技术领域：
本发明属于纤维板制造技术领域，具体涉及一种基于分形理论的热磨机磨片纵向解离性能评价方法。
背景技术：
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据国家林业局的统计数据显示，2013年至2018年，我国纤维板产量均在6000万立方米以上，最高年产量达到6651.22万立方米(2016年)。过去十年我国纤维板类产品年均增速达8.49％，已成为世界纤维板生产的第一大国。
热磨机是纤维板生产中的核心设备，热磨机磨片是热磨机直接分离木纤维的关键部件，而磨片作为热磨机最重要的组成部分，它直接影响着纤维的分离质量和分离能耗。磨片研磨性能的好坏，取决于磨片各研磨区齿形结构参数的设置，以及各研磨区之间的研磨递进作用。以三区(破碎区、粗磨区和精磨区)磨片为例，破碎区是对木材原料进行第一步的破碎，将木材原料破碎成粗大纤维，粗磨区是将粗大纤维研磨成尺寸更小的纤维束，精磨区是将纤维束进一步解离和精整，使纤维束帚化，纤维在形态和尺寸上合乎纤维板生产要求的单体纤维或细纤维。研磨过程中磨片性能的好坏直接体现在纤维原料形态变化上：若各研磨区都能将处于各研磨区的纤维研磨至适当的形态，木材原料从进入研磨区直至被研磨成符合生产要求的单体纤维或细纤维离开研磨区，各研磨区纤维形态变化均匀，则细小纤维和粗大纤维比例低纤维质量高，磨片各研磨区磨损均匀，磨片使用寿命长，研磨过程中能量消耗低。若研磨区不能将纤维研磨至适当的形态，则必然会增加其他研磨区的研磨强度，使其他研磨区的磨齿过度磨损，缩短磨片的使用寿命，也会增加细小纤维或者粗大纤维的比例。所以评价一副磨片研磨能力的好与坏，不但要看磨片各区齿形结构参数设置的是否合理，还要看磨片各研磨区之间的递进作用是否合理。现有的磨片研磨性能评价方法主要有每秒切断长、齿刃比负荷和单位热磨功率(比能耗)三种。其中，每秒切断长和齿刃比负荷是以磨片设置磨齿的长度为基础，理论计算磨片的横向切断作用长度，从而评价磨片的研磨强度。但并没有考虑齿槽宽、磨齿倾角等磨齿参数和木材原料的物理性质等对磨片磨齿横向切断作用的影响，也无法评价各研磨区磨齿结构参数设置的合理性；单位热磨功率只是定量评价生产单位重量的绝干纤维时所耗用的功率，从而间接评价齿形结构参数变化对磨片性能的影响。以上三种方法都没有对磨片各研磨区齿形结构参数设计的合理性进行评价，也没有对磨片各研磨区之间的递进作用进行评价。
目前，我国纤维板生产技术相对落后，磨片生产多以仿制为主，生产的磨片使用寿命和生产纤维的质量远低于欧美国家。因此，急需要一种热磨机磨片性能评价方法，为磨片结构设计优化提供技术支持，以指导热磨机磨片进行齿形结构参数优化，提高纤维生产质量，延长磨片的使用寿命，降低纤维板生产的能量消耗。
技术实现要素：
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本发明为克服现有磨片使用寿命短，生产的纤维质量低的缺陷，提供了一种基于分形理论的热磨机磨片纵向解离性能评价方法，该评价方法可对热磨机磨片的研磨纵向解离性能进行全面评价，该评价方法可以弥补现有评价方法脱离生产实际的不足，为磨片结构优化设计提供技术支持，将有利于提高纤维分离质量，延长热磨机磨片使用寿命，降低生产过程中的能量消耗。
本发明采用的技术方案在于：一种基于分形理论的热磨机磨片纵向解离性能评价方法，具体步骤如下：
步骤一：采集木材原料样本，根据磨片尺寸每个研磨分区设定两个以上的木材原料样本采集区，采集位于采集区内齿槽中的木材原料作为样本；
步骤二：木材原料样本的筛选、名义长度尺寸的测量和分级的确定
1)对采集区中木材原料样品进行筛选：
2)对各采集区木材原料样本名义长度尺寸测量：
3)确定各采集区中木材原料测量样本名义长度尺寸的分级级差：
步骤三：验证木材原料测量样本名义长度尺寸分级级差的合理性；
步骤四：确定各采集区测量样本的计算长度尺寸；
步骤五：建立磨片研磨区木材原料纵向形态变化回归方程，对磨片研磨区中采集区测量样本的计算长度尺寸数据及其采集区中心位置径向半径进行线性回归；
步骤六：计算木材原料纵向解离维数；
步骤七：重复步骤一至步骤六，至少测试相同工况下三副磨片上采集的纤维样本，计算每副磨片木材原料纵向解离维数均值；
步骤八：计算得出木材原料纵向解离维数均值特征系数；
步骤九：根据计算得出的磨片纵向解离性能均衡系数值，来判断磨片各研磨区纵向解离纤维的能耗和产生的磨片磨损情况。
优选地，所述步骤一中，根据磨片尺寸每个研磨分区设3～8个木材原料样本采集区，设每个采集区中心位置径向半径为rij，则采集区位于径向半径rij-5～rij+5的圆环区域内。
优选地，所述步骤二中，
1)采集区中木材原料样品筛选的具体过程是：先将从各采集区中采集到的木材原料样本分别置于试管中，然后往试管中加入适量的水，最后将试管置于振荡器上使木材原料样本充分疏解；
2)各采集区木材原料样本名义长度尺寸测量的具体过程是：先从充分疏解的各采集区采集的木材原料样本中，然后分别选取n条木材原料样本作为该采集区木材原料的测量样本，n≥100，n能被10整除，最后利用光学显微镜测量其名义长度尺寸；
3)计算各采集区中木材原料测量样本名义长度尺寸的分级级差公式为：
式中，δlij为磨片第i研磨分区第j采集区的木材原料测量样本的名义长度尺寸分级级差，lmaxij和lminij分别为该采集区测量样本名义长度尺寸的最大值和最小值，mlij为每个采集区木材原料测量样本名义长度尺寸的分级数，mlij≥3，mlij取整数。
优选地，所述步骤三中，通过以下公式来验证木材原料测量样本名义长度尺寸分级级差的合理性，该公式为：
式中，ρlijk为磨片第i研磨区第j采集区木材原料测量样本名义长度尺寸分级中第k(k＝1，2，...，mlij)级分区中测量样本的数量占测量样本总数的比例系数，nlijh为该采集区中木材原料测量样本名义长度尺寸分级的第h(h＝1，2，...，mlij)级分区中测量样本的数量，当ρlij1和
优选地，所述步骤四中，通过以下公式得出各采集区测量样本的计算长度尺寸，该公式为：
式中，ljij为磨片第i研磨分区第j采集区的木材原料测量样本计算长度尺寸，lminij为该采集区纤维名义长度尺寸的最小值，δlij该采集区测量样本名义长度尺寸分级级差，nlijk为该采集区木材原料测量样本名义长度尺寸分级的第k(k＝1，2，...，mlij)级分区中测量样本的数量。
优选地，所述步骤五中，通过以下公式得出磨片研磨区木材原料纵向形态变化回归方程，该公式为：
ln(lymax-ljij)＝kliln(rij)+cli
式中，若ljij和rij为磨片第i研磨区数据，则kli为磨片第i研磨区木材原料长度尺寸变化回归方程的斜率，若ljij和rij为磨片全部研磨区数据，则kli为磨片研磨区木材原料长度变化回归方程的斜率，lymax为木材原料最大线性尺寸均值，cli为各回归方程拟合所得常数。
优选地，所述步骤六中，通过以下公式得出木材原料纵向解离维数，该公式为：
dli＝2kli
式中，若kli为磨片第i研磨区木材原料长度尺寸变化回归方程的斜率，则dli为磨片第i研磨区木材原料纵向解离维数，若kli为磨片研磨区木材原料长度尺寸变化回归方程的斜率，则dli为磨片研磨区木材原料纵向解离维数。
优选地，所述步骤七中，通过以下公式得出每副磨片木材原料纵向解离维数均值，该公式为：
式中，dlij为第j副磨片第i研磨区纵向解离维数，dlji为磨片第i研磨区木材原料纵向解离维数均值，n为测量的磨片副数，n≥3，n取整数。
优选地，所述步骤八中，通过以下公式得出木材原料纵向解离维数均值特征系数，该公式为：
式中，n为磨片研磨区数，dlj1，dlj2，...，dljn分别为磨片各研磨区木材原料纵向解离维数均值，dlj0为磨片研磨区木材原料纵向解离维数均值。
优选地，所述步骤九中，通过以下公式得出磨片纵向解离性能均衡系数，该公式为：
式中，dljh为磨片纵向解离性能均衡系数，该系数越小证明磨片各研磨区纵向解离性能越均衡，木材原料解离过程中各研磨区纵向解离纤维的能耗和产生的磨片磨损均衡，纤维质量好，反之，若该值越大，则证明磨片各研磨区纵向解离性能差异大，各区纵向解离纤维的能耗和产生的磨片磨损不均衡现象严重，磨片使用寿命短，纤维质量差。
本发明的有益效果是：
1、本发明设计的热磨机磨片研磨性能评价方法采用的是一个新思路，即将同一齿形结构参数的磨片纵向研磨解离木材原料的过程看成木材原料长度尺寸分形分解的一个随机过程，木材原料长度尺寸分形分解的变化规律，完全由磨片齿形结构参数决定。评价是基于测量木材原料长度尺寸变化的数据进行的，这些数据的分形分解特征主要由磨片齿形结构参数决定。该评价方法不但能评价磨片齿形结构参数设置的整体合理性，并且能够评价磨片各研磨区齿形结构参数设置的合理性和磨片各齿型结构参数之间的耦合作用与磨片各研磨区纵向研磨性能的递进关系进行评价，从而对磨片研磨纵向解离性能进行全面评价。
2、本发明采用的评价方法可以弥补现有评价方法脱离生产实际的不足，为磨片结构优化设计提供技术支持，将有利于提高纤维分离质量，延长热磨机磨片使用寿命，降低生产过程中的能量消耗。
具体实施方式：
本发明为一种基于分形理论的热磨机磨片纵向解离性能评价方法，其步骤如下：
步骤一：采集木材原料样本
根据磨片尺寸每个研磨分区设3～8个木材原料样本采集区，设每个采集区中心位置径向半径为rij，则采集区位于径向半径rij-5～rij+5的圆环区域内，采集位于采集区内齿槽中的木材原料作为样本；
步骤二：木材原料样本筛选、名义长度尺寸测量和分级
1)采集区中木材原料样品筛选：将从各采集区中采集到的木材原料样本分别置于试管中，并往试管中加入适量的水，然后将试管置于振荡器上使木材原料样本充分疏解；
2)各采集区木材原料样本名义长度尺寸测量：从充分疏解的各采集区采集的木材原料样本中，分别选取n条木材原料样本作为该采集区木材原料的测量样本，n≥100，n能被10整除，并利用光学显微镜测量其名义长度尺寸；
3)确定各采集区中木材原料测量样本名义长度尺寸的分级级差：
式中，δlij为磨片第i研磨分区第j采集区的木材原料测量样本的名义长度尺寸分级级差，lmaxij和lminij分别为该采集区测量样本名义长度尺寸的最大值和最小值，mlij为每个采集区木材原料测量样本名义长度尺寸的分级数，mlij≥3，mlij取整数；
步骤三：验证木材原料测量样本名义长度尺寸分级级差的合理性
式中，ρlijk为磨片第i研磨区第j采集区木材原料测量样本名义长度尺寸分级中第k(k＝1，2，...，mlij)级分区中测量样本的数量占测量样本总数的比例系数，nlijh为该采集区中木材原料测量样本名义长度尺寸分级的第h(h＝1，2，...，mlij)级分区中测量样本的数量，当ρlij1和
步骤四：确定各采集区测量样本的计算长度尺寸
式中，ljij为磨片第i研磨分区第j采集区的木材原料测量样本计算长度尺寸，lminij为该采集区纤维名义长度尺寸的最小值，δlij该采集区测量样本名义长度尺寸分级级差，nlijk为该采集区木材原料测量样本名义长度尺寸分级的第k(k＝1，2，...，mlij)级分区中测量样本的数量；
步骤五：磨片研磨区木材原料纵向形态变化回归方程建立
对磨片研磨区中采集区测量样本的计算长度尺寸数据及其采集区中心位置径向半径rij进行线性回归，得到磨片研磨区的木材原料长度尺寸变化回归方程如下：
ln(lymax-ljij)＝kliln(rij)+cli
式中，若ljij和rij为磨片第i研磨区数据，则kli为磨片第i研磨区木材原料长度尺寸变化回归方程的斜率，若ljij和rij为磨片全部研磨区数据，则kli为磨片研磨区木材原料长度变化回归方程的斜率，lymax为木材原料最大线性尺寸均值，cli为各回归方程拟合所得常数；
步骤六：计算木材原料纵向解离维数
dli＝2kli
式中，若kli为磨片第i研磨区木材原料长度尺寸变化回归方程的斜率，则dli为磨片第i研磨区木材原料纵向解离维数，若kli为磨片研磨区木材原料长度尺寸变化回归方程的斜率，则dli为磨片研磨区木材原料纵向解离维数；
步骤七：计算木材原料纵向解离维数均值
重复步骤一至步骤六，至少测试相同工况下三副磨片上采集的纤维样本，计算每副磨片木材原料纵向解离维数dli，并求其均值：
式中，dlij为第j副磨片第i研磨区纵向解离维数，dlji为磨片第i研磨区木材原料纵向解离维数均值，n为测量的磨片副数，n≥3，n取整数；
步骤八：计算木材原料纵向解离维数均值特征系数
1)计算木材原料纵向解离维数均值特征系数：
式中，n为磨片研磨区数，dlj1，dlj2，...，dljn分别为磨片各研磨区木材原料纵向解离维数均值，dlj0为磨片研磨区木材原料纵向解离维数均值；
步骤九：计算磨片纵向解离性能均衡系数
式中，dljh为磨片纵向解离性能均衡系数，该系数越小证明磨片各研磨区纵向解离性能越均衡，木材原料解离过程中各研磨区纵向解离纤维的能耗和产生的磨片磨损均衡，纤维质量好，反之，若该值越大，则证明磨片各研磨区纵向解离性能差异大，各区纵向解离纤维的能耗和产生的磨片磨损不均衡现象严重，磨片使用寿命短，纤维质量差。
本实施例设计的热磨机磨片研磨性能评价方法采用的是一个新思路，即将同一齿形结构参数的磨片纵向研磨解离木材原料的过程看成木材原料长度尺寸分形分解的一个随机过程，木材原料长度尺寸分形分解的变化规律，完全由磨片齿形结构参数决定。评价是基于测量木材原料长度尺寸变化的数据进行的，这些数据的分形分解特征主要由磨片齿形结构参数决定。该评价方法不但能评价磨片齿形结构参数设置的整体合理性，并且能够评价磨片各研磨区齿形结构参数设置的合理性和磨片各齿型结构参数之间的耦合作用与磨片各研磨区纵向研磨性能的递进关系进行评价，从而对磨片研磨纵向解离性能进行全面评价。该评价方法可以弥补现有评价方法脱离生产实际的不足，为磨片结构优化设计提供技术支持，将有利于提高纤维分离质量，延长热磨机磨片使用寿命，降低生产过程中的能量消耗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。