竹材旋切的数学模型建立与理论分析

论文摘要

【目的】为加工出等厚连续的整张竹单板,减小竹材无卡轴旋切机加工竹材选取的局限性,扩大旋切设备的应用范围,提高竹材旋切的整体出材率和成品率,提出一种以"对数螺旋线"为基础的新型旋切曲线数学模型,并计算竹单板的理论出材率,分析讨论所建立模型是否适用于无卡轴竹材旋切机的使用。【方法】对旋切机2种旋切曲线进行数学建模,利用Matlab软件对传统无卡轴旋切理论"阿基米德螺旋线"的数学模型及改进的旋切曲线数学模型（呈椭圆形的"对数螺旋线"旋切曲线）进行仿真分析,建立待加工竹材段的三维模型,结合Matlab仿真结果,对竹材旋切出材率公式进行推导。【结果】通过Matlab仿真结果可知,"阿基米德螺旋线"为圆形螺旋线,由于竹材横截面不规则且近似为椭圆形,壁薄,旋成圆形后,竹材壁厚加工余量小,圆形螺旋线旋切曲线并不完全适用于加工自然生长的竹材,存在加工竹单板易碎、形状不整等缺陷;改进后的"对数螺旋线"旋切曲线呈椭圆形,旋切曲线贴近竹材实际形状,可以保证相邻螺旋线距离误差精确度在许可范围内,模型更加适用于竹单板旋切。数学模型参数可以根据竹材内外径大小实时调整,缩小竹材选取局限性。对推导出的出材率数学模型进行分析,得出竹材的材率η与竹段长度L无关,但应注意长度、壁厚和尖削度的相互影响。【结论】改进后的旋切曲线数学模型以"对数螺旋线"为基础,在旋切竹材时单板厚度误差小,旋切效率更高,具有很高的可靠性和加工精度。在满足加工要求的前提下,为保证竹材出材率、旋切效率、旋切质量等具体要求,加工竹段长度L应在0.8～1 m,竹材壁厚大于10 mm,尖削度小于3～4 mm·m-1。新的旋切模型的建立可提升竹材的整体利用率,拓宽加工范围,为竹材旋切设备设计提供基础理论,对无卡轴竹材旋切加工提出一个新的发展方向。

论文目录

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘九庆,张贺,马岩,范芯蕊,杨春梅,周玉成

关键词: 无卡轴旋切,竹材旋切,阿基米德螺线,对数螺线,出材率

来源: 林业科学 2019年03期

年度: 2019

分类: 农业科技,基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 数学,轻工业手工业,林业

单位: 东北林业大学机电工程学院,山东建筑大学信息与电气工程学院

基金: 中央高校基本科研业务费专项资金(2572016EBC3),哈尔滨市应用技术研究与开发项目(2016RQYXJ015)

分类号: O182;S781.9

页码: 134-140

总页数: 7

文件大小: 1410K

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