重組竹材竹方冷壓裝料自動(dòng)化生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析

龔 正，袁少飛，王洪艷，張 建，李 琴

重組竹材竹方冷壓裝料自動(dòng)化生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析

龔 正1,2，袁少飛2，王洪艷2，張 建2，李 琴2

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 杭州 311300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江省竹類(lèi)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 31002）

針對(duì)當(dāng)前重組竹材竹方冷壓裝料工藝中存在的自動(dòng)化水平不高、生產(chǎn)效率低、用工成本高等問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的重組竹材竹方冷壓裝料生產(chǎn)工序進(jìn)行合理的自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，以經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、自動(dòng)化為原則，提出了一種可實(shí)現(xiàn)重組竹材竹方冷壓裝料工序自動(dòng)化生產(chǎn)的生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)構(gòu)建。該自動(dòng)化生產(chǎn)線包括竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、計(jì)量上料機(jī)構(gòu)、模具自動(dòng)進(jìn)出機(jī)構(gòu)、模具蓋板放置機(jī)構(gòu)、銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)、模具轉(zhuǎn)向運(yùn)輸機(jī)構(gòu)共六個(gè)組成模塊，可減少用工數(shù)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，為實(shí)現(xiàn)重組竹材竹方冷壓裝料自動(dòng)化生產(chǎn)提供了技術(shù)思路和借鑒。

重組竹材；冷壓；裝料；自動(dòng)化生產(chǎn)

我國(guó)竹類(lèi)資源豐富，竹材制品種類(lèi)繁多，其中重組竹材已成為我國(guó)竹材工業(yè)的主流產(chǎn)品和增長(zhǎng)速度最快的一個(gè)新型竹材[1-2]。重組竹材又稱(chēng)重竹，是我國(guó)20世紀(jì)90年代自主研發(fā)的竹材產(chǎn)品，是一種以竹束為原料，按順紋組坯、熱壓（或冷壓）膠合成板材或方材的新型竹質(zhì)材料。相比于其他竹材產(chǎn)品重組竹材的原料利用率可達(dá)到90%以上[3-4]，全國(guó)年產(chǎn)量超過(guò)50萬(wàn)m3，是一種制造家裝材料和高強(qiáng)度工程材料的不可多得的綠色生物質(zhì)材料[5-7]。目前，重組竹材部分工序?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，但由于其生產(chǎn)工藝的特殊性，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程還不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和連續(xù)式生產(chǎn)[8]，仍存在工藝繁瑣、用工多、生產(chǎn)效率低、能耗大、自動(dòng)化水平低等問(wèn)題。重組竹材生產(chǎn)中成型工藝分為先冷壓后熱固化成型和直接熱壓固化成型兩種[7]。當(dāng)前重組竹材企業(yè)普遍采用先冷壓后熱固化成型的生產(chǎn)方法，其中竹方冷壓裝料成型是重組竹材生產(chǎn)的關(guān)鍵工序[9]，也是存在生產(chǎn)效率低、用工多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、自動(dòng)化水平低等問(wèn)題的重要工序之一。因此，對(duì)重組竹材生產(chǎn)中的冷壓熱固化成型工序進(jìn)行自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)非常有必要，也是實(shí)際生產(chǎn)中急需解決的問(wèn)題。

本文以重組竹材竹方冷壓裝料工序?yàn)檠芯繉?duì)象，從技術(shù)和理論層面，提出了實(shí)現(xiàn)重組竹材竹方冷壓裝料工序連續(xù)式自動(dòng)化生產(chǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)思路，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的裝置裝備，旨在為提高重組竹材生產(chǎn)自動(dòng)化水平提供思路和借鑒。

1 冷壓裝料生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

重組竹材竹方冷壓裝料工序主要包括原料稱(chēng)量、模具放置、原料裝入、蓋板放置、加壓裝模、銷(xiāo)釘安裝、模具取出共7個(gè)生產(chǎn)單元。其中以冷壓工序最為繁瑣，所需工人最多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，是企業(yè)最希望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工序。

竹束原料稱(chēng)量時(shí)，工人利用電子秤稱(chēng)取重組竹竹方模具所需質(zhì)量的竹束，待模具放置到冷壓機(jī)后進(jìn)行裝料，整個(gè)過(guò)程效率較低。模具材料一般為鑄鐵，內(nèi)部有效規(guī)格尺寸根據(jù)冷壓機(jī)和重組竹材產(chǎn)品具體要求而定，長(zhǎng)度一般為200 cm，較為沉重。模具放置時(shí)至少需要兩名工人抬至導(dǎo)軌上然后再推入冷壓機(jī)壓腔內(nèi)，該步驟工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大。稱(chēng)量后的竹束可以由人工手動(dòng)或放料裝置自動(dòng)放入模具，但兩種放料方式仍需要人工將放置后的竹束原料兩端修整整齊，以保證竹方質(zhì)量。竹束原料裝入模具后，人工將模具蓋板放置在竹束原料最上方，由于模具蓋板較重且冷壓機(jī)壓腔狹小，放置較為不便。安裝銷(xiāo)釘時(shí)需要工人先將一組銷(xiāo)釘逐一放入冷壓機(jī)內(nèi)的模具銷(xiāo)釘槽中，由于模具較長(zhǎng)在擺放銷(xiāo)釘時(shí)需要換邊擺放兩次，雖然工作強(qiáng)度不大但是較為消耗時(shí)間。冷壓機(jī)加壓將竹束壓縮至要求位置，人工再將銷(xiāo)釘逐一推入模具銷(xiāo)釘孔，初步固定模具。冷壓機(jī)冷壓完成卸壓復(fù)位后，工人將模具取出再用螺栓將模具鎖緊固定，模具的輸入和輸出主要依靠人力實(shí)現(xiàn)，工作效率不高。

近年來(lái)，高校、科研院所和企業(yè)等技術(shù)人員，在重組竹材生產(chǎn)設(shè)備研制及自動(dòng)化水平提升上開(kāi)展了相關(guān)研究，或者通過(guò)現(xiàn)有生產(chǎn)線改造、增加裝置等措施，實(shí)現(xiàn)了重組竹材半自動(dòng)化生產(chǎn)裝備與人工操作相結(jié)合的生產(chǎn)方式，部分工序?qū)崿F(xiàn)了連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)。但重組竹材竹方冷壓裝料整個(gè)工序仍未能實(shí)現(xiàn)連續(xù)式自動(dòng)化生產(chǎn)，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是竹束稱(chēng)量需要人工操作；二是竹束裝入模具后容易散亂，不整齊，需要人工修正；三是模具放入導(dǎo)軌、模具蓋板放置和模具取出仍需人工操作；四是銷(xiāo)釘自動(dòng)安裝需人工先把銷(xiāo)釘放到指定位置，最后由人工或推動(dòng)裝置把銷(xiāo)釘推入模具銷(xiāo)釘孔。本生產(chǎn)線主要針對(duì)這四個(gè)方面進(jìn)行自動(dòng)化改造。

1－竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu)；2－計(jì)量上料機(jī)構(gòu)；3－模具蓋板放置機(jī)構(gòu)；4－冷壓機(jī)；5－銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)；6－模具轉(zhuǎn)向輸送機(jī)構(gòu)；7－模具。

Figure 1 Sketch of cold press and feeding operation from production line for bamboo scrimber

2 生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)重組竹材冷壓裝料工序中的原料稱(chēng)量、模具放置、原料裝入、蓋板放置、加壓裝模、銷(xiāo)釘安裝、模具取出共七個(gè)生產(chǎn)單元（圖1）。在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)竹束原料連續(xù)自動(dòng)落入上料設(shè)備；上料設(shè)備能夠計(jì)量并自動(dòng)將原料推入模具；模具蓋板自動(dòng)落入上料設(shè)備；模具自動(dòng)輸入和輸出冷壓機(jī)；模具銷(xiāo)釘自動(dòng)入位；總體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定協(xié)調(diào)的連續(xù)式自動(dòng)化生產(chǎn)。在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)重組竹材竹方生產(chǎn)效率提高30%以上，減少人工50%以上。重組竹材竹方冷壓成型自動(dòng)生產(chǎn)線包括竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、計(jì)量上料機(jī)構(gòu)、模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)、模具蓋板放置機(jī)構(gòu)、銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)、模具轉(zhuǎn)向運(yùn)輸機(jī)構(gòu)共六個(gè)組成模塊，具體機(jī)構(gòu)及布局如圖1。

表1 工序時(shí)間

在對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)之間的工作節(jié)拍配合會(huì)直接影響到各工序之間的銜接情況從而影響到整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。而在原有生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程中，工人運(yùn)料和上下模具等工作的節(jié)拍較為合理，生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)較長(zhǎng)的等待以及不和諧的地方，所以在構(gòu)建新的自動(dòng)化生產(chǎn)線時(shí)，各個(gè)機(jī)械設(shè)備遵循原有的工作節(jié)拍并在此基礎(chǔ)上盡量減少各個(gè)工序的工作時(shí)間。根據(jù)原有工序生產(chǎn)時(shí)間調(diào)整后設(shè)計(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)線各工序所需時(shí)間如表1，其中冷壓機(jī)不重新設(shè)計(jì)所以壓制時(shí)間不變。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

生產(chǎn)時(shí)，竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu)將竹束原料連續(xù)輸送至計(jì)量上料機(jī)構(gòu)，并進(jìn)入計(jì)量上料機(jī)構(gòu)的上料槽中。在此過(guò)程中，模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)將重組竹材竹方專(zhuān)用模具自動(dòng)輸送到冷壓機(jī)的模具槽中。待上料槽中的竹束質(zhì)量達(dá)到壓制一個(gè)竹方需要的竹束質(zhì)量時(shí)，停止原料輸送；上料槽運(yùn)行至模具一側(cè)，上料推板將竹束原料推進(jìn)模具。模具蓋板放置機(jī)構(gòu)將模具蓋板放在竹束原料上部，冷壓機(jī)加壓將竹束壓制成竹方。銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)啟動(dòng)將銷(xiāo)釘推入模具銷(xiāo)釘孔，鎖緊模具。冷壓機(jī)卸壓后，啟動(dòng)模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)將模具拉出，輸送至模具轉(zhuǎn)向運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，再輸送至集中堆放區(qū)域。

2.2.1 竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu) 竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu)由倉(cāng)體、撥料輥筒、安裝架、輸送帶組成，整體裝置如圖2所示。倉(cāng)體整體呈漏斗形，可以?xún)?chǔ)備盛放大量竹束原料，底部設(shè)有出料口。倉(cāng)體兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)窗口，用于觀察內(nèi)部的具體情況以及堵塞時(shí)方便清理和維修。倉(cāng)體內(nèi)部中下方安裝了兩排撥料滾筒用于篩選原料。輥筒筒身設(shè)計(jì)了撥料齒，兩端裝有軸承，由鏈輪、鏈條帶動(dòng)整個(gè)輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)。輸送帶寬度設(shè)計(jì)比竹束略長(zhǎng)，兩邊安裝有擋板。工作時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，輥筒開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，第一排輥筒從上方堆疊的大量竹束中撥離出一部分竹束，落到第二排輥筒上，第二排輥筒再將竹束進(jìn)一步撥離整理，以保證竹束從倉(cāng)體底部的出料口順利平穩(wěn)的落于下部的輸送帶上。

2.2.2 計(jì)量上料機(jī)構(gòu) 計(jì)重上料機(jī)構(gòu)主要由上料槽、上料推板、滑臺(tái)、導(dǎo)軌、壓力傳感器、機(jī)架組成。具體機(jī)構(gòu)如圖3。

1－電機(jī)；2－倉(cāng)體；3－輥筒；4－支架；5－擋板；6－輸送帶。

Figure 2 Conveying device for bamboo bundle

1－控制板；2－滑臺(tái)；3－上料推板；4－上料槽；5－導(dǎo)軌；6－機(jī)架；7－壓力傳感器。

Figure 3 Weighing and feeding device

2.2.3 模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu) 模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)主要由滾筒、撥桿、拖鉤、支架、拖鉤罩、擋鉤、鏈輪、鏈條、出模架組成，具體機(jī)構(gòu)如圖4。

模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)是在一般輥筒運(yùn)輸帶的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，根據(jù)重組竹材冷壓生產(chǎn)的特點(diǎn)增加一些輔助裝置進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)裝模的效果，主要用于在冷壓前將模具送入壓機(jī)內(nèi)和在冷壓后將模具勾出并送入下一個(gè)裝置。機(jī)構(gòu)總體呈運(yùn)輸帶狀，主要由滾筒運(yùn)輸模具。在裝置末端有一個(gè)拖鉤罩，內(nèi)部安裝有一個(gè)拖鉤通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下擺動(dòng)從而勾住和松開(kāi)模具，整體通過(guò)鏈輪鏈條帶動(dòng)，能左右平移控制模具出入。撥桿機(jī)構(gòu)，由兩根撥桿組成，撥桿斜跨于滾筒傳送帶，上方裝有兩個(gè)滾輪與模具滾動(dòng)接觸。工作時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)將其上的模具輸送至壓機(jī)中，由壓機(jī)內(nèi)的限位裝置定位，待冷壓完成后拖鉤進(jìn)入壓機(jī)將壓制完成的模具勾出至滾筒上，由兩根撥桿將模具撥至出模架上。出模架通過(guò)擋鉤將模具鉤住并運(yùn)輸至下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

1－滾筒；2－撥桿；3－拖鉤；4－支架；5－拖鉤罩；6－擋鉤；7－鏈條；8－鏈輪；9－出模架。

Figure 4 Mold conveying device

2.2.5 銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu) 銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)用于銷(xiāo)釘自動(dòng)連續(xù)落入銷(xiāo)釘槽，主要由銷(xiāo)釘夾、固定件、導(dǎo)軌組成，具體機(jī)構(gòu)如圖6。銷(xiāo)釘夾下方呈半圓形與鎖模機(jī)上的半圓形銷(xiāo)釘槽形成一個(gè)直徑比銷(xiāo)釘直徑稍大且恰好能通過(guò)氣壓推桿的圓形孔。銷(xiāo)釘夾內(nèi)部用于儲(chǔ)存銷(xiāo)釘，其長(zhǎng)度和寬度比銷(xiāo)釘?shù)拈L(zhǎng)度和直徑都稍大，可同時(shí)裝載多枚銷(xiāo)釘。銷(xiāo)釘夾橫截面積較大的兩側(cè)，中部鏤空一個(gè)矩形，可觀察銷(xiāo)釘在銷(xiāo)釘夾內(nèi)的排列情況和處理銷(xiāo)釘夾內(nèi)的特殊狀況。銷(xiāo)釘夾橫截面積較小的兩側(cè)，上方各有兩對(duì)螺紋孔。將銷(xiāo)釘夾固定在液壓機(jī)銷(xiāo)釘槽上方，當(dāng)推桿通過(guò)銷(xiāo)釘夾下方的半圓孔與鎖模機(jī)上的半圓形銷(xiāo)釘槽形成的圓形孔將銷(xiāo)釘推入模具后銷(xiāo)釘夾內(nèi)上方的銷(xiāo)釘通過(guò)重力自動(dòng)下降，達(dá)到連續(xù)自動(dòng)入位的效果。固定件呈U字形，固定件平行的兩個(gè)壁上有兩對(duì)螺紋孔。螺栓頭呈扁平的圓弧狀，與銷(xiāo)釘夾裝配的時(shí)候，頭部在銷(xiāo)釘夾內(nèi)側(cè)，兩個(gè)螺栓同時(shí)穿過(guò)銷(xiāo)釘夾和固定件上的兩對(duì)螺紋孔。導(dǎo)軌是兩根長(zhǎng)方體的鐵柱，其寬度略小于固定件的寬度，其高度略小于固定件兩螺紋孔之間的距離。銷(xiāo)釘夾通過(guò)兩邊的固定件，固定在導(dǎo)軌上，銷(xiāo)釘夾之間的距離可隨意調(diào)節(jié)，滿足各種大小的模具情況。

1－鏈輪；2－推臺(tái)；3－儲(chǔ)板槽；4－導(dǎo)板；5－支架。

Figure 5 Mold cover device

1－銷(xiāo)釘夾；2－固定件；3－螺栓；4－螺帽；5－銷(xiāo)釘；6－導(dǎo)軌；7－銷(xiāo)釘槽底座。

Figure 6 Pin locking device

2.2.6 模具轉(zhuǎn)向運(yùn)輸機(jī)構(gòu) 模具轉(zhuǎn)向運(yùn)輸機(jī)構(gòu)主要分為模具運(yùn)輸機(jī)構(gòu)和模具轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩部分，具體機(jī)構(gòu)如圖7。承接架是一根中空直桿，其側(cè)面突出兩根較短的直桿用于從模具下方托住模具，兩根較短的直桿內(nèi)側(cè)各有一段輥筒由電機(jī)帶動(dòng)，用于模具的運(yùn)輸。較粗的長(zhǎng)方形中空直桿兩端底部各安裝有一根液壓桿用于承接架的起落，兩側(cè)安裝有承接架滑輪在承接架起落時(shí)減少與主支架的摩擦。轉(zhuǎn)向器為轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在外部側(cè)面連接一根液壓桿帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并配合導(dǎo)軌、滑輪轉(zhuǎn)向。工作時(shí)，承接架轉(zhuǎn)動(dòng)90°伸入模具運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上的模具下方，由液壓桿帶動(dòng)升起承接架，承接架抬起一個(gè)模具之后轉(zhuǎn)向器開(kāi)始工作，經(jīng)導(dǎo)軌和滑輪輔助轉(zhuǎn)回起始位置，最后由輥筒帶動(dòng)模具進(jìn)入下一個(gè)裝置。

1－承接架滑輪；2－承接架；3－輥筒；4－滑輪；5－液壓桿；6－導(dǎo)軌；7－轉(zhuǎn)向器；8－模具；9－支架；10－鏈輪鏈條；11－鏈條支架。

Figure 7 Mold steering and conveying device

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，常用的控制技術(shù)主要有三種：（1）單片機(jī)控制系統(tǒng)；（2）DSP控制系統(tǒng)；（3）PLC控制系統(tǒng)[10]。本設(shè)計(jì)選用PLC可編程邏輯控制器作為整條生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)使用靈活、可靠性高，能夠適應(yīng)車(chē)間里復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境[11]。上述生產(chǎn)線中各個(gè)工序之間的節(jié)拍配合、承接復(fù)位都要用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行一體化控制，保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的有序進(jìn)行，還需有急停按鈕應(yīng)對(duì)緊急情況。根據(jù)重組竹材竹方冷壓裝料自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)線中各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行流程構(gòu)建了控制系統(tǒng)流程圖如圖8。本生產(chǎn)線在實(shí)際運(yùn)行中主要可以分為以下幾個(gè)步驟：（1）原料的運(yùn)輸與模具的運(yùn)輸在生產(chǎn)過(guò)程中并不干涉，當(dāng)生產(chǎn)線啟動(dòng)后，兩條運(yùn)輸帶同時(shí)運(yùn)行；（2）當(dāng)上料機(jī)內(nèi)的原料達(dá)到額定重量時(shí)，模具蓋板運(yùn)輸裝置啟動(dòng)將蓋板運(yùn)至上料機(jī)內(nèi)的原料上方。同時(shí)模具轉(zhuǎn)向裝置將模具轉(zhuǎn)向并運(yùn)至模具進(jìn)出裝置上，模具進(jìn)出輸送裝置將模具送入冷壓機(jī)內(nèi)；（3）竹束自動(dòng)計(jì)量上料裝置將原料及蓋板推入冷壓機(jī)內(nèi)的模具中；（4）冷壓機(jī)工作，壓制完成后銷(xiāo)釘推送裝置將銷(xiāo)釘推入；（5）模具進(jìn)出裝置將壓制完成的模具拉出。根據(jù)以上幾個(gè)步驟繪制了程序框圖如圖9。

圖8 控制系統(tǒng)流程圖

Figure 8 Control system flow chart

Figure 9 Block diagram of control system

4 應(yīng)用試驗(yàn)

應(yīng)用試驗(yàn)于2019年9月在湖州市安吉縣浙江永裕竹業(yè)股份有限公司進(jìn)行。重組竹材生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，現(xiàn)有生產(chǎn)線還未能全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，本次應(yīng)用試驗(yàn)主要對(duì)重組竹材冷壓裝料生產(chǎn)工序中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)的竹束計(jì)量自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、模具自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、模具銷(xiāo)釘自動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)共三個(gè)自動(dòng)化機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和測(cè)試分析。

4.1 竹束計(jì)量自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

竹束計(jì)量上料機(jī)構(gòu)的有效工作時(shí)間分為稱(chēng)量時(shí)間和上料時(shí)間兩部分，因?yàn)樵戏Q(chēng)量完畢之后需要等待模具運(yùn)輸就緒才能開(kāi)始上料，所以?xún)刹糠謺r(shí)間分開(kāi)計(jì)時(shí)，本次試驗(yàn)隨機(jī)抽取10次動(dòng)作進(jìn)行計(jì)時(shí)（表2），稱(chēng)量步驟平均用時(shí)65 s，上料時(shí)間平均用時(shí)8 s，總平均用時(shí)約73 s，測(cè)試過(guò)程中除了有少量竹束掉落并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他問(wèn)題。而原有的上料方式為工人先用臺(tái)秤稱(chēng)量每個(gè)竹方所需竹束質(zhì)量55 kg，然后將稱(chēng)量完的竹束抱至冷壓機(jī)中的模具內(nèi)裝料，該過(guò)程平均用時(shí)約120 s。兩者相比，雖然都是一名工人操作，但竹束計(jì)量自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)不僅生產(chǎn)效率提高了64%，還大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2 模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)

模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)主要測(cè)試模具轉(zhuǎn)向時(shí)間、模具送入時(shí)間和模具送出時(shí)間3部分，每個(gè)部分隨機(jī)抽樣計(jì)時(shí)10次。測(cè)試結(jié)果（表3）中，模具的轉(zhuǎn)向平均用時(shí)為11 s，模具送入冷壓機(jī)的平均用時(shí)為6 s，壓制完的模具從冷壓機(jī)中送出的平均用時(shí)為4 s，三部分總用時(shí)約21 s。而原有的模具運(yùn)輸方式為叉車(chē)將模具運(yùn)到冷壓機(jī)旁，由2名工人將模具抬至冷壓機(jī)內(nèi)，平均用時(shí)約為40 s，壓制完成后再抬出模具，平均用時(shí)約20 s，兩部分總用時(shí)約60 s。兩者相比，模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)節(jié)省了1名工人，生產(chǎn)效率提高2倍，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和人工成本。

表2 竹束計(jì)量上料機(jī)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 模具進(jìn)出機(jī)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.3 模具銷(xiāo)釘自動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)

模具銷(xiāo)釘自動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)在測(cè)試時(shí)能做到銷(xiāo)釘連續(xù)自動(dòng)落入銷(xiāo)釘槽并不耗費(fèi)時(shí)間，所以本次試驗(yàn)只記錄推桿把銷(xiāo)釘推入模具的時(shí)間，隨機(jī)對(duì)10次銷(xiāo)釘推入動(dòng)作進(jìn)行計(jì)時(shí)（表4），平均用時(shí)為12 s。而原有的實(shí)現(xiàn)方式都是由2個(gè)工人提前將銷(xiāo)釘逐個(gè)放入冷壓機(jī)銷(xiāo)釘槽，再拿鐵桿一個(gè)個(gè)將銷(xiāo)釘推入模具銷(xiāo)釘孔，最后將模具取出，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，固定一個(gè)模具平均需要120 s。模具銷(xiāo)釘自動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)的使用替代了人工作業(yè)的方式，節(jié)省了2名工人，生產(chǎn)效率大大提高，大大降低人工成本。

表4 銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與討論

（1）對(duì)重組竹材竹方冷壓裝料工藝詳細(xì)分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝和現(xiàn)有設(shè)備，從技術(shù)層面設(shè)計(jì)構(gòu)建了重組竹材竹方冷壓裝料自動(dòng)化生產(chǎn)線總體方案。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)了重組竹材竹方冷壓裝料自動(dòng)生產(chǎn)線的竹束運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、計(jì)量上料機(jī)構(gòu)、模具進(jìn)出輸送機(jī)構(gòu)、模具蓋板放置機(jī)構(gòu)、銷(xiāo)釘鎖緊機(jī)構(gòu)、模具轉(zhuǎn)向運(yùn)輸機(jī)構(gòu)共六個(gè)組成模塊。

（3）重組竹材竹方冷壓裝料實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)可大大減少用工量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，生產(chǎn)效率可提高50%以上，減少用工60%以上。

（4）本研究涉及學(xué)科和領(lǐng)域較多，各模塊及機(jī)構(gòu)之間在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定聯(lián)動(dòng)工作及其自動(dòng)控制系統(tǒng)等方面還需進(jìn)行深入研究和優(yōu)化，以達(dá)到整個(gè)冷壓裝料工序自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，盡快用于實(shí)際生產(chǎn)。

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Design of Feeding Operation from Cold Press Automatic Production Line for Bamboo Scrimber

GONG Zheng1,2，YUAN Shao-fei2，WANG Hong-yan2，ZHANG Jian2，LI Qin2

（1. Zhejiang A & F University, Hangzhou 311300, China; 2. Key Laboratory for Bamboo Research of Zhejiang Province, Zhejiang Academy of Forestry, Hangzhou 310023, China）

Aiming at the problems such as low automation level, low production efficiency and high labor cost in the feeding operation of bamboo scrimber cold-press production line, rational automation of the operation was designed. The operation included automatic weighing and feeding device of bamboo bundle, automatic mold conveying device, automatic mold cover device and automatic pin locking device. The test of the operation demonstrated that it could reduce the number of labor by 60% and improve automation and production efficiency by 50%.

bamboo scrimber; cold-press; feeding; automatic production

TS65

A

1001-3776（2019）06-0092-08

10.3969/j.issn.1001-3776.2019.06.015

2019-04-23；

2019-10-11

浙江省林業(yè)廳省院合作重大項(xiàng)目（2017SY11）

龔正，碩士研究生，從事林業(yè)機(jī)械方面的研究；E-mail:460582848@qq.com。

張建，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，從事竹木材綜合利用研究。E-mail:zhjianzj@126.com。

張建（1978-），男，安徽淮北人，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事竹木材綜合利用方面的研究。E-mail:zhjianzj@126.com