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林产工业 2024年第1期61卷 72-78页

作者：廖政洲刁燕李政豪段必成四川大学机械工程学院四川成都610065

竹材易栽培、生长快,加工后能替代木材或其他产品。然而,目前的原竹初加工生产线设施布局主要依靠人工经验,存在物料运输距离远、运输路径干涉多等问题,导致生产线的建设和运维成本较高。针对以上问题,本文以降低运输成本和减少路径干... 详细信息

竹材易栽培、生长快,加工后能替代木材或其他产品。然而,目前的原竹初加工生产线设施布局主要依靠人工经验,存在物料运输距离远、运输路径干涉多等问题,导致生产线的建设和运维成本较高。针对以上问题,本文以降低运输成本和减少路径干涉为目标,建立了原竹初加工生产线数学模型;提出了一种基于NSGA-Ⅱ和A^(*)算法,且能实现最优运输路径规划的生产线设施布局多目标优化方法。相较于传统算法采用的曼哈顿距离,该方法采用A^(*)算法来计算优化目标,可获得更低的物料运输成本,且具备处理运输障碍和路径干涉等问题的能力。结果表明:优化后,物料运输成本平均降低18.1%,物料运输成本最多降低10.5%,交叉干涉点最多减少97.5%,表明本文所提出的方法在原竹初加工生产线布局方面切实有效。

关键词：原竹初加工生产线布局优化 NSGA-Ⅱ A^(*)算法

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原竹定长截断、分选、剖分连续化设备的设计与研究

原竹定长截断、分选、剖分连续化设备的设计与研究

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作者：田兴国四川大学

学位级别：硕士

“以竹代木”是我国应对木材供需不平衡的最佳选择。竹材成长周期短、固碳能力强,目前已广泛应用于建筑、家具、造纸等领域。竹工机械包括竹材初加工设备、竹材人造板设备、竹纸加工设备和竹筷加工设备等一系列机械设备。其中用于原竹... 详细信息

“以竹代木”是我国应对木材供需不平衡的最佳选择。竹材成长周期短、固碳能力强,目前已广泛应用于建筑、家具、造纸等领域。竹工机械包括竹材初加工设备、竹材人造板设备、竹纸加工设备和竹筷加工设备等一系列机械设备。其中用于原竹定长截断、竹段径级分选、竹段剖分三道工序的竹材初加工设备存在自动化程度低、劳动强度大、生产效率低、工序间缺乏连续性等系列问题。针对以上问题,本文提出了一种以毛竹原竹为加工对象,以2m竹集成材所用竹条为目标产品的原竹定长截断、分选、剖分连续化设备。实现了从原竹到竹条的自动化加工,提高了竹材加工的生产效率和原竹出材率。本文主要工作内容如下:(1)进行连续化设备总体方案设计。以DQ竹业有限公司的调研数据为参考确定连续化设备的日产能。以现有竹材初加工设计为基础,明确连续化设备所需工序、工步及其对应工时。针对连续化设备日产能需求进行各工序模块的产能匹配,并以工艺流程、物料运输为基础,实现连续化设备的总体布局。(2)实现连续化设备整体结构设计。连续化设备包含原竹定长截断、竹段输送和竹段剖分三道工序共十七道工步。其中原竹定长截断模块采用原竹横向进给-锯片固定的锯切方式,通过使用多个锯片在一次锯切中完成整根原竹的定长截断作业,提高了加工效率。根据连续化设备各工步的工作内容进行各工步模块的结构设计,各工步模块基于竹材加工顺序组成对应工序模块,各工序模块基于连续化设备的总体布局组成连续化设备的整体结构。(3)基于出材率的剖分刀具自动选择。以连续化设备加工所得竹条用于侧压型竹集成材为前提,以竹条的后续加工方式(四面铣削三面剖分)为基础,在扇形竹条的基础上推导出竹段剖分刀具的可选范围、竹条可加工竹方厚度和对应的竹材出材率计算公式。连续化设备进行剖分刀具选择时在刀具可选范围内选择对应最高出材率的刀具作为竹段剖分刀具,且后续竹条分类储存工步以竹条可加工竹方厚度为标准进行竹条的分类储存。建立基于python的剖分刀具自动选择软件,获得不同径级竹段的剖分数、竹方厚度和竹材出材率,采用该方法选择剖分刀具时可达到83%(铣削余量为0.5mm)的平均出材率,提高了加工效率和竹材利用率。(4)建立原竹锯切力数学模型,对连续化设备的锯片和原竹截断模块进行预应力模态分析。以木材切削模型为基础推导出毛竹锯切数学模型,并通过Workbench平台下的LS-DYNA模块进行锯切仿真,以此验证锯切数学模型的有效性。对作为连续化设备关键零部件的锯片和原竹截断模块进行预应力模态分析,分析结果表明二者在设计工况下不会发生共振,其结构设计满足设计需求。

关键词：原竹初加工截断剖分刀具选择切削力连续化

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