新型竹筒破削機(jī)的設(shè)計(jì)

雷日揚(yáng)

0 引言

根據(jù)《中國竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國竹產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到480億美元，竹產(chǎn)業(yè)直接就業(yè)人數(shù)達(dá)到1000萬人。比如，廣西的資源、田林、白色、玉林等縣市的竹產(chǎn)業(yè)都取得了快速發(fā)展，已經(jīng)成為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民家庭經(jīng)濟(jì)收入的主要來源。竹簽是竹加工產(chǎn)品中產(chǎn)銷量較大的一種，目前竹簽生產(chǎn)的工藝流程是：裁竹→破竹→拉絲→按要求長度切斷竹簽絲→拋光→削尖→分選→點(diǎn)數(shù)（稱重）包裝。其中破竹步驟中，目前采用用人手抓住要破成片的竹筒，一端對準(zhǔn)刀片后，沖頭快速?zèng)_擊竹筒另一端，把竹筒往刀片方向推送，完成破竹。這種操作存在效率低下，人手若收不快易受沖頭沖傷，產(chǎn)生不安全隱患。另外，破開的竹片四方散開，需要人來收集，浪費(fèi)人力。研制具有能夠代替人手托料的自動(dòng)上料功能，且能把破好的竹片自動(dòng)收集的安全可靠，工效成倍提高的新型破竹機(jī)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 新型竹筒破削機(jī)的技術(shù)方案

圖1是新型竹筒破削機(jī)的三維仿真設(shè)計(jì)圖，新型竹筒破削機(jī)由竹筒提升喂送機(jī)構(gòu)、竹筒破削機(jī)構(gòu)和竹片收集機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)竹筒的自動(dòng)喂送、破竹、破出的竹片自動(dòng)收集歸攏的功能。新型竹筒破削機(jī)的工作原理是：竹筒提升機(jī)構(gòu)電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)減速器減速，減速器輸出端帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，竹筒托爪固定在輸送鏈條上，待破削的竹筒放在竹筒托爪上，隨著鏈條的向上輸送而提升，到最高位置向下沿軌道滾下，軌道底部有竹筒喂送閘門，擋住滾下的竹筒。軌道底部設(shè)有竹筒喂送機(jī)構(gòu)，該喂送機(jī)構(gòu)由喂送氣缸提供動(dòng)力。待前一竹筒破削完成復(fù)位后，喂送氣缸開始動(dòng)作，打開竹筒喂送閘門，竹筒就滾落到竹筒破削托爪上，接著竹筒破削氣缸開始動(dòng)作，破竹沖頭沖擊竹筒，把竹筒推向破削刀具，實(shí)現(xiàn)破竹動(dòng)作。竹片破出的同時(shí)，竹片收集氣缸開始動(dòng)作，氣缸活塞桿推出，帶動(dòng)推桿動(dòng)作，推桿帶動(dòng)抓爪導(dǎo)桿沿著特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左右抓爪的合攏收集竹片動(dòng)作，把破出的竹片收集落在收集箱中。破削完后沖頭隨氣缸活塞桿往回收，竹筒托爪活動(dòng)軸上設(shè)有復(fù)位彈簧，在彈簧作用下竹筒托爪復(fù)位。竹筒提升電機(jī)又開始動(dòng)作，把另一竹筒輸送到位，完成一個(gè)工作循環(huán)。

圖1 新型竹筒破削機(jī)的三維仿真結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 新型竹筒破削機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型竹筒破削機(jī)由竹筒提升喂送機(jī)構(gòu)、竹筒破削機(jī)構(gòu)和竹片收集機(jī)構(gòu)組成。

2.1 竹筒提升喂送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2是竹筒提升喂送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，竹筒的提升機(jī)構(gòu)由電機(jī)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速器、鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送鏈條及竹筒托爪構(gòu)成。采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)減速器減速，減速器輸出端帶動(dòng)輸送鏈條傳動(dòng)，輸送鏈條上固定有竹筒托爪，待破削的竹筒放在竹筒托爪上，隨著輸送鏈條的向上輸送而提升，到最高位置向下沿軌道滾下，軌道下端有竹筒喂送機(jī)構(gòu)的閘爪攔住竹筒。竹筒喂送機(jī)構(gòu)安裝在軌道底部，圖3是竹筒喂送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。竹筒喂送機(jī)構(gòu)由竹筒喂送氣缸、推桿、擺桿、轉(zhuǎn)軸、閘爪構(gòu)成；推桿與竹筒喂送氣缸的活塞桿固定連接，擺桿與轉(zhuǎn)軸固定連接，兩個(gè)閘爪與轉(zhuǎn)軸固定連接，且轉(zhuǎn)軸與固定在機(jī)架上軸孔座配合，可以轉(zhuǎn)動(dòng)；推桿與擺桿通過導(dǎo)向槽配合工作，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閘爪實(shí)現(xiàn)向上張開及向下收攏動(dòng)作；閘爪安裝在軌道底部。當(dāng)前一竹筒破削完成后，喂送氣缸開始動(dòng)作，帶動(dòng)推桿向前推出，推桿帶動(dòng)擺桿擺動(dòng)，擺桿通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閘爪向上打開，竹筒就可以通過閘爪向下滾落到破削機(jī)構(gòu)的竹筒托爪上，完成一次竹筒喂送動(dòng)作，喂送氣缸回收，閘爪重新復(fù)位，攔住下一個(gè)竹筒。

圖2 竹筒提升喂送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖3 竹筒喂送機(jī)構(gòu)總成圖

2.2 竹筒破削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示，竹筒破削機(jī)構(gòu)由機(jī)架、破竹氣缸、一對竹筒托爪、刀架及破削刀具構(gòu)成。竹筒托爪安裝在竹筒喂送閘門下端，當(dāng)竹筒喂送閘門打開，待破削的竹筒就滾落到竹筒托爪上。破竹氣缸的活塞桿連接有破竹沖頭，竹筒滾落到竹筒托爪后，破竹氣缸啟動(dòng)，破竹沖頭沖擊竹筒，將竹筒推向破削刀具，完成竹筒破削動(dòng)作。破削刀具安裝在刀架上，竹筒托爪的導(dǎo)軌上設(shè)有復(fù)位彈簧，在復(fù)位彈簧作用下竹筒托爪復(fù)位，承接下一個(gè)待破削竹筒。

圖4 竹筒破削機(jī)構(gòu)及竹片收集機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.3 竹片收集機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示，竹片收集機(jī)構(gòu)由竹片收集氣缸、推桿、竹片收集抓爪、抓爪導(dǎo)軌、收集箱、導(dǎo)桿和滑塊組成。竹片收集氣缸的活塞桿與推桿固定相連，推桿帶動(dòng)導(dǎo)桿沿著抓爪導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左右抓爪的合攏收集竹片動(dòng)作，將破出的竹片收集落在收集箱中。抓爪導(dǎo)軌為拋物線形，導(dǎo)桿下部固定有兩條導(dǎo)向軸，導(dǎo)向軸與滑塊通過孔配合相對運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)抓爪實(shí)現(xiàn)橫向收攏動(dòng)作。竹片收攏工作過程：在竹片破削開始的同時(shí)，竹片收集氣缸開始動(dòng)作，氣缸活塞桿帶動(dòng)推桿動(dòng)作，推桿推動(dòng)導(dǎo)桿動(dòng)作，導(dǎo)桿沿著特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌槽動(dòng)作，導(dǎo)軌槽設(shè)計(jì)成拋物線形，導(dǎo)桿下部固定著兩條導(dǎo)向軸、導(dǎo)向軸與滑塊通過孔配合相對運(yùn)動(dòng)、帶動(dòng)抓爪實(shí)現(xiàn)橫向收攏動(dòng)作；同時(shí)，滑塊通過抓爪導(dǎo)向軸帶動(dòng)抓爪沿著滑塊導(dǎo)軌縱向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抓爪跟隨竹片破削伸出動(dòng)作。

圖5是竹片收集抓爪總成圖，竹片收集抓爪總成安裝在抓爪導(dǎo)向滑塊上。竹片收集抓爪總成由導(dǎo)桿、滑動(dòng)軸、導(dǎo)套、彈簧及抓爪組成。抓爪通過兩連接桿與安裝座相連，兩連接桿一端與抓爪固定連接，另一端均穿過安裝座與導(dǎo)套相連，兩連接桿上套接有彈簧，彈簧安裝在安裝座與抓爪之間，安裝座通過滑動(dòng)軸與導(dǎo)桿連接。該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)抓爪對竹片的彈性抓緊作用。

抓爪導(dǎo)向滑塊沿著滑塊導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抓爪總成的縱向運(yùn)動(dòng)?；瑝K導(dǎo)軌安裝在滑塊導(dǎo)軌固定座上，滑塊導(dǎo)軌固定座安裝在機(jī)架上。

圖5 竹片收集抓爪總成圖

3 新型竹筒破削機(jī)的主要特點(diǎn)

（1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)竹筒提升喂送機(jī)構(gòu)，利用帶有托爪的鏈條循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)把竹筒輸送到待破削區(qū)。利用氣缸作為動(dòng)力，氣缸活塞頭部接特殊設(shè)計(jì)的竹筒喂送機(jī)構(gòu)，活塞每一次動(dòng)作，就投放一個(gè)竹筒進(jìn)行破削，實(shí)現(xiàn)竹筒自動(dòng)投放動(dòng)作。

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)竹筒破削機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)竹筒破削托爪。托爪能夠隨著竹筒破削過程進(jìn)行移動(dòng)，保證竹筒能夠破削完全，破削完后自動(dòng)復(fù)位，且保證不與沖頭板相碰。

（3）創(chuàng)新設(shè)計(jì)破削竹片收集機(jī)構(gòu)，利用氣缸作為動(dòng)力，氣缸活塞頭部接特殊設(shè)計(jì)的竹片收集機(jī)構(gòu)，竹片收集氣缸與竹筒破削氣缸同時(shí)動(dòng)作，活塞每一次動(dòng)作，就把刀片破削出的竹片同時(shí)進(jìn)行收集，收集的竹片集中放入竹片收集箱中，解決破出的竹片四下飛散的難題。

4 結(jié)束語

本文針對竹簽生產(chǎn)過程中破竹工序存在的問題設(shè)計(jì)一種新型竹筒破削機(jī)。經(jīng)過制造樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，得出竹筒破削機(jī)的提升機(jī)構(gòu)、喂送機(jī)構(gòu)、破竹機(jī)構(gòu)、竹片收攏歸集機(jī)構(gòu)動(dòng)作配合合理，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。設(shè)計(jì)的竹筒破削機(jī)結(jié)構(gòu)合理，構(gòu)思巧妙，具有創(chuàng)新性。新型竹筒破削機(jī)已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利授權(quán)，專利號ZL 201621115250.0.該機(jī)可解決舊破竹機(jī)人手托料易傷手的安全生產(chǎn)問題，可實(shí)現(xiàn)竹筒自動(dòng)上料、破竹、破出竹片自動(dòng)收集歸攏功能，提高竹產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，大大提高生產(chǎn)效率，對竹產(chǎn)品生產(chǎn)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

[1]張素梅，林全國 .竹筒的自動(dòng)輸送裝置[J].福建林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，45（6）：726-729.

[2]孫曉東，尹 華.竹材去內(nèi)節(jié)破竹機(jī)的設(shè)計(jì)[J].湖南林業(yè)科技，2009，36（5）：15-18.