削片機是人造板和造紙行業(yè)中用以制備工藝木片的最基本設(shè)備。隨著木片需求量的不斷增長，對削片機的需求也越來越多。國內(nèi)外已研制及生產(chǎn)的固定式和移動式削片機雖然有上百種型號，但削片機本身的切削特性決定了其切削功率的利用極不合理，功率消耗和振動噪聲都較大。在所有木工機械中，削片機是噪聲最嚴(yán)重的機械設(shè)備之一，嚴(yán)重影響了工人的身心健康。針對以上問題，本文在有限元理論的基礎(chǔ)上進行削片機動載荷優(yōu)化設(shè)計研究，通過對削片機進行全面的動態(tài)測試和理論分析，研究削片機動載荷對切削功率、振動和噪聲的影響因素，尋求一種更為完善的切削方式和設(shè)計方法，使削片機的工作狀況能夠達到切削比較平穩(wěn)、振動噪聲較小、功率消耗較少的目的，為削片機的改進以及新型削片機的設(shè)計提供理論依據(jù)。
1、削片機參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
    削片機是一個彈性系統(tǒng)，在一定條件下（例如當(dāng)旋轉(zhuǎn)件不平衡或切削力變化時）會產(chǎn)生激振力振動。當(dāng)振幅超出允許的范圍時，將導(dǎo)致木材加工面粗糙，刀具磨損加劇，生產(chǎn)效率降低，嚴(yán)重時削片機甚至不能工作。所以只研究削片機的靜剛度是不夠的，還需研究其動態(tài)特性�；�礎(chǔ)振幅的變化與動態(tài)載荷、切削刀具和木材相互作用的頻率有直接關(guān)系，可利用有限元法將無限多個自由度系統(tǒng)離散成有限多個自由系統(tǒng)。本文以ANSYS為支撐軟件，通過計算HR215型鼓式削片機床身的動態(tài)特性固有頻率和振型，確定設(shè)計中的結(jié)構(gòu)或機器零部件的振動特性。
    本文設(shè)計變量初始確定的3個參數(shù)如下：B．(x)為主軸頻率、B2(x)為刀盤頻率和B3(x)為殼體頻率，各設(shè)計變量Bi(x)的優(yōu)化范圍為：150Hz≤Bi(x)≤700Hz(i=1，2，3)。各設(shè)計參數(shù)的變化將影響優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)值，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計最小目標(biāo)函數(shù)的目的是降低噪聲，從而使削片機在承受沖擊載荷作用時能夠減小振動，分析結(jié)果也可以作為下一步對參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)改進的理論依據(jù)。ANSYS參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)過程。
2、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計后結(jié)構(gòu)動載荷噪聲模態(tài)分析
    優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)動載荷固有頻率及噪聲計算結(jié)果見表1～3。從表中數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化后各設(shè)計變量Bi(x)的各階固有頻率均有明顯下降，其中主軸頻率降低較小，說明主軸頻率優(yōu)化響應(yīng)的敏度較低，同時優(yōu)化后噪聲響應(yīng)敏度也較低，由此可見單一參量優(yōu)化難以達到目標(biāo)函數(shù)的預(yù)期目的。隨著優(yōu)化階數(shù)的增加，優(yōu)化頻率響應(yīng)的敏度加大，后兩階優(yōu)化頻率明顯降低，表明結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能有明顯改善，其原因是由于參數(shù)優(yōu)化后頻率減小間接提高了結(jié)構(gòu)剛度。
   從前兩階振型看出結(jié)構(gòu)動剛度的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)在殼體部分。參數(shù)變量Bi(x)各階的固有頻率對噪聲影響程度均不同，前兩階影響較小，第3、4、5階影響較大。通過對優(yōu)化前后頻率值的對照可以看出，隨著階數(shù)的增加，敏度響應(yīng)靈敏的刀盤頻率和殼體頻率趨于穩(wěn)定，整體優(yōu)化后的頻率則隨著階數(shù)的增加數(shù)值逐漸分離，避免產(chǎn)生共振，振動噪聲得到明顯降低。三個參數(shù)經(jīng)有限元優(yōu)化后噪聲模態(tài)分布曲線見圖2，從模態(tài)分布曲線可以看出優(yōu)化前后噪聲值降低10%左右。
3、結(jié)論
    本文利用ANSYS的參數(shù)化模塊建模．并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，同時通過后處理模塊直觀反映設(shè)計變量、狀態(tài)變量以及目標(biāo)函數(shù)三者隨迭代過程的變化關(guān)系，有效降低了削片機的振動和噪聲，提高了生產(chǎn)率和木片質(zhì)量，使消耗功率、刀盤轉(zhuǎn)速、殼體振動電壓、殼體振動速率、主軸振動位移等參數(shù)都得到了有效控制，取得了很好的優(yōu)化設(shè)計效果，同時也避免了結(jié)構(gòu)設(shè)計需要對模態(tài)參數(shù)進行計算這一復(fù)雜過程，使設(shè)計工作變得簡單、高效，且保持良好的動態(tài)性能。