削片機是人造板和造紙行業中用以制備工藝木片的最基本設備。隨著木片需求量的不斷增長，對削片機的需求也越來越多。國內外已研制及生產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，削片機是噪聲最嚴重的機械設備之一，嚴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上進行削片機動載荷優化設計研究，通過對削片機進行全面的動態測試和理論分析，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計方法，使削片機的工作狀況能夠達到切削比較平穩、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計提供理論依據。
1、削片機參數優化設計
削片機是一個彈性系統，在一定條件下（例如當旋轉件不平衡或切削力變化時）會產生激振力振動。當振幅超出允許的范圍時，將導致木材加工面粗糙，刀具磨損加劇，生產效率降低，嚴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，還需研究其動態特性。基礎振幅的變化與動態載荷、切削刀具和木材相互作用的頻率有直接關系，可利用有限元法將無限多個自由度系統離散成有限多個自由系統。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特性固有頻率和振型，確定設計中的結構或機器零部件的振動特性。
本文設計變量初始確定的3個參數如下：B．(x)為主軸頻率、B2(x)為刀盤頻率和B3(x)為殼體頻率，各設計變量Bi(x)的優化范圍為：150Hz≤Bi(x)≤700Hz(i=1，2，3)。各設計參數的變化將影響優化設計目標值，參數優化設計最小目標函數的目的是降低噪聲，從而使削片機在承受沖擊載荷作用時能夠減小振動，分析結果也可以作為下一步對參數優化設計和結構改進的理論依據。ANSYS參數優化設計的實現過程。
2、參數優化設計后結構動載荷噪聲模態分析
優化前后結構動載荷固有頻率及噪聲計算結果見表1～3。從表中數據可以看出，優化后各設計變量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，說明主軸頻率優化響應的敏度較低，同時優化后噪聲響應敏度也較低，由此可見單一參量優化難以達到目標函數的預期目的。隨著優化階數的增加，優化頻率響應的敏度加大，后兩階優化頻率明顯降低，表明結構的動態性能有明顯改善，其原因是由于參數優化后頻率減小間接提高了結構剛度。
從前兩階振型看出結構動剛度的薄弱環節出現在殼體部分。參數變量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。通過對優化前后頻率值的對照可以看出，隨著階數的增加，敏度響應靈敏的刀盤頻率和殼體頻率趨于穩定，整體優化后的頻率則隨著階數的增加數值逐漸分離，避免產生共振，振動噪聲得到明顯降低。三個參數經有限元優化后噪聲模態分布曲線見圖2，從模態分布曲線可以看出優化前后噪聲值降低10%左右。
3、結論
本文利用ANSYS的參數化模塊建模．并在此基礎上進行優化設計，同時通過后處理模塊直觀反映設計變量、狀態變量以及目標函數三者隨迭代過程的變化關系，有效降低了削片機的振動和噪聲，提高了生產率和木片質量，使消耗功率、刀盤轉速、殼體振動電壓、殼體振動速率、主軸振動位移等參數都得到了有效控制，取得了很好的優化設計效果，同時也避免了結構設計需要對模態參數進行計算這一復雜過程，使設計工作變得簡單、高效，且保持良好的動態性能。
