基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊制造技术

本发明专利技术公开一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，沿径向由外向内依次为进料辊齿、进料辊外蒙圈、双V附耳型负泊松比填充层材料和进料辊轮毂；所述双V附耳型负泊松比填充层材料位于进料辊轮毂与进料辊外蒙圈之间，双V附耳型负泊松比填充层材料固结于进料辊轮毂，进料辊齿底座阵列设在各组相连的负泊松比胞元的附耳连接处。本发明专利技术的进料辊通过结合负泊松比材料与胞元结构，使进料辊在径向与轴向都具备负泊松比特性、可压缩性、强度与刚度受压增强特性，进而增大进料辊圆周工作面与伐倒木之间的接触面积，在工作面内增加若干对进料辊齿，提高林木联合采育机生产效率。

The feed roller of combined harvester based on the structure of negative Poisson's ratio

【技术实现步骤摘要】
基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊
本专利技术涉及林业采伐机械领域，特别涉及一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊。
技术介绍
目前广泛使用的林木联合采育机进料辊是联合伐木机在工作过程中代替人力，提高生产效率的综合实施方案，但现有的林木联合采育机进料辊的圆周工作面为直齿结构，在加工伐倒木过程中，由于圆周工作面与伐倒木的接触面较少与伐倒木直径不一而导致伐倒木加工表面加工不均匀甚至损坏。另外由于传统林木联合采育机进料辊由刚性材料制作且内部不设有减震缓冲部件，从而导致进料障碍、进料不稳定、加工效率降低、加快进料辊或者联合伐木机其他部件磨损甚至发生安全事故，存在安全隐患。中国大陆专利申请第CN201420178943.9号公开了一种联合伐木机伐木头进料辊，包括辊轴本体，齿轮辊套，压缩弹簧，圆环固定片，垫片和螺钉，辊轴本体圆周阵列有多个凹形槽，凹形槽内设有两个沿辊轴本体轴向均匀分布的弹簧定位孔，弹簧定位孔内设有压缩弹簧，齿轮辊套内壁对应凹形槽圆周阵列有定位凸台，定位凸台两侧的径向平面与凹形槽两侧的径向平面相对应，定位凸台中间设有宽度与压缩弹簧外径等长的凹形槽，压缩弹簧两端分别与弹簧定位孔底面和凹形槽底面相抵触，从一定程度上减少了进给伐倒木时产生的振动，提高了进料稳定性。但是中国大陆专利申请第CN201420178943.9号所公开的联合伐木机发木头进料辊结构，单纯为机械结构式的减震缓冲构造，受制于压缩弹簧行程与弹簧刚度的影响，减震缓冲作用十分有限；其在传统进料辊结构基础上增加机械减震缓冲部件的方案，在一定程度上削弱了进料辊的整体强度与刚度，同时其机械减震结构需要定期维护，进一步影响了进料辊的工作寿命。且该进料辊施加的弹性力使得进料辊受力环境更为复杂，进料辊与伐倒木会受到更加严重的冲击。而且该专利并没有从根本上解决加工过程中进料辊与伐倒木的接触面较少的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，凭借其在径向与侧向的负泊松比效应显著改善进料辊在圆周工作面上与伐倒木之间的强度刚度与接触性，同时进料辊结构稳定、整体性较好，减震缓冲性能突出，抗震性能好，负泊松比胞元结构自身的几何-性能关系也为本新型进料辊提供了良好的功能导向设计。为了实现以上目的，本专利技术提供一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，沿径向由外向内依次包括进料辊齿、进料辊外蒙圈、双V附耳型负泊松比填充层材料和进料辊轮毂；所述进料辊齿固定在双V附耳型负泊松比填充材料层上，进料辊外蒙圈对进料辊齿起着限位与固定作用，双V附耳型负泊松比填充材料层位于进料辊外蒙圈与进料辊轮毂之间。进一步，所每个负泊松比胞元结构呈左右对称的V字型结构，在V型结构两端分别设有两只附耳结构。。进一步，双V附耳型负泊松比胞元通过各负泊松比附耳周向连接，在圆周方向均匀分布，构成一个圆环状的结构。进一步，双V附耳型负泊松比填充材料层由若干层直径不同同心圆环状负泊松比胞元组构成，所述圆环状负泊松比胞元组在双V附耳型负泊松比填充材料层中从内圈到外圈呈放射状延伸分布。进一步，所述各圆环状负泊松比胞元组中负泊松比胞元数随着进料辊尺寸与用途而改变。进一步，用来制造进料辊齿的材料可以是金属、陶瓷、聚合物材料、有机或无机材料等；制造方法可以是铸造、冲压、3D打印等。进一步，进料辊齿通过焊接、铆接、粘接或者其他方式连接固定在双V附耳型负泊松比填充材料层的进料辊齿底座上。此外，所述进料辊齿底座位于圆环状负泊松比胞元组的附耳连接平台上且数量若干。而且，各层圆环状负泊松比胞元组附耳径向尺寸n决定该层圆环状负泊松比胞元组的直径。而且，进料辊外蒙圈具备柔性与韧性，可随着负泊松比填充层材料形变而发生形变并贴合。本专利技术与现有技术相比，其优点和积极效果在于：1、本专利技术的双V附耳型负泊松比胞元周期性排列呈圆周阵列式分布，能有效进行减震缓冲与变形贴合伐倒木，该结构能够满足受力压缩时，其与力垂直方向同时进行收缩，进料辊圆周工作面曲率降低，致使更多压缩后的负泊松比结构受力，进而增大了进料辊圆周工作面与伐倒木之间的接触面积，在工作面内增加若干对进料辊齿，提高林木联合采育机生产效率。2、本专利技术的双V附耳型负泊松比胞元组受力收缩后，受力区域周围的材料向受力点方向聚集，使得该负泊松比结构受压之后密度变大，抵抗剪切变形的能力增强，同时提高了进料辊整体的刚度与强度，满足进料辊工作时的受力特性、进一步提升了进料辊工作的整体性与稳定性。3、本专利技术的进料辊齿通过焊接、铆接、粘接或者其他方式连接固定在双V附耳型负泊松比填充材料层的进料辊齿底座上，进料辊齿底座设在相连的负泊松比胞元的附耳连接处，使得负泊松比结构组受力更加均匀稳定、进料辊齿与负泊松比结构组运动随动性强，可在加工伐倒木工作中为进料辊齿提供更强的支撑力。4、本专利技术的进料辊外蒙圈在保证强度的范围内，兼具柔性与韧性，可随着负泊松比填充层材料形变而发生形变并贴合，通过对进料辊外蒙圈的进料辊齿限位孔进行切向支撑与加强处理，进料辊齿限位孔可在发生形变的过程中始终为进料辊齿提供充足的切向支撑力，并准确限位定位。5、本专利技术的双V附耳型填充层材料、进料辊外蒙圈等部件采用新型有机或复合材料，且大量镂空中空结构代替传统实心金属结构，可大大减轻进料辊的重量、减少环境污染、降低进料辊转动惯量，减少工作能耗，通过进一步的模块化设计与拓扑优化，其效能将更为显著。附图说明图1为本专利技术基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊的结构示意图；图2为本专利技术的双V附耳型负泊松比内结构示意图；图3为本专利技术的外蒙圈示意图；图4为本专利技术的双V附耳型负泊松比胞元结构正视图；图5为本专利技术的双V附耳型负泊松比胞元结构示意图；图6为本专利技术的双V附耳型负泊松比结构变形机理示意图；图7为本专利技术的伐木作业过程轴测图；图8为本专利技术的伐木作业过程主视图；附图标记说明：1、进料辊内结构，2、进料辊外蒙圈，3、进料辊齿，4、进料辊轮毂，5、双V附耳型负泊松比填充层材料，6、进料辊齿底座，7、进料辊齿限位孔，8、进料辊蒙圈毂。具体实施方式下面结合附图、通过具体实施例对本专利技术作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，附图中的沿进料辊轴方向为轴向，圆周方向为周向，沿半径的方向为径向，内圈直径小于外圈直径，“上”、“底部”等方位或位置描述性词语，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或零件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。参见图1-3，如图1-3为本专利技术请求保护的一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，沿径向由外向内依次包括进料辊齿(3)、进料辊外蒙圈(2)、双V附耳型负泊松比填充层材料(5)和进料辊轴(4)；所述双V附耳型负泊松比填本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，其特征在于，沿径向由外向内依次包括进料辊齿(3)、进料辊外蒙圈(2)、双V附耳型负泊松比填充层材料(5)和进料辊轮毂(4)；所述进料辊齿(3)固定在双V附耳型负泊松比填充材料层(5)上，进料辊外蒙圈(2)对进料辊齿起着限位与固定作用，双V附耳型负泊松比填充材料层(5)位于进料辊外蒙圈(2)与进料辊轮毂(4)之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，其特征在于，沿径向由外向内依次包括进料辊齿(3)、进料辊外蒙圈(2)、双V附耳型负泊松比填充层材料(5)和进料辊轮毂(4)；所述进料辊齿(3)固定在双V附耳型负泊松比填充材料层(5)上，进料辊外蒙圈(2)对进料辊齿起着限位与固定作用，双V附耳型负泊松比填充材料层(5)位于进料辊外蒙圈(2)与进料辊轮毂(4)之间。


2.如权利要求1所述的基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，其特征在于，每个负泊松比胞元结构呈左右对称的V字型结构，在V型结构两端分别设有两只附耳结构。


3.如权利要求1所述的基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，其特征在于，双V附耳型负泊松比胞元通过各负泊松比附耳周向连接，在圆周方向均匀分布，构成一个圆环状的结构。


4.如权利要求1所述的基于负泊松比结构的林木联合采育机进料辊，其特征在于，双V带耳型负泊松比填充材料层(5)由若干层直径不同同心圆环状负泊松比胞元组构成，所述圆环状负泊松比胞元组在双V带耳型负泊松比填充材料层(5)中从内圈到外圈呈放射状延伸分布。


5.如权利要求4所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王典，王栋，曲云飞，黄青青，刘晋浩，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11