竹筒的自動輸送裝置

張素梅，林金國

(福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院，福建福州350002)

竹筒的自動輸送裝置

張素梅，林金國

(福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院，福建福州350002)

對現(xiàn)有的竹筒支架進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，開發(fā)一種既可儲放竹筒又可進(jìn)行自動輸送的裝置，將竹筒逐根輸送到破竹機(jī)或展平機(jī)等后續(xù)加工設(shè)備的接料裝置上.采用制作的手搖式裝置進(jìn)行試驗(yàn)，確定了排列傾斜角度為4°～6°，分隔輪的輻條長度約等于竹筒直徑，得到分隔輪轉(zhuǎn)速和電機(jī)功率的計(jì)算式.

竹筒排列；竹筒輸送；設(shè)備

竹篾、竹地板、竹片等的制備都需將鋸截后的竹筒剖分成竹條，再經(jīng)后續(xù)工序加工制成.盡管竹材加工業(yè)的興起推動了剖竹加工機(jī)械的快速發(fā)展，出現(xiàn)了普通劈竹機(jī)、破竹機(jī)，以及各種新型剖竹機(jī)和毛竹展平機(jī)等[1－5]，但目前我國竹筒剖分加工自動化程度低，竹子鋸截成竹筒后一般先儲放在竹筒支架上，然后由操作人員放進(jìn)破竹機(jī)或展平機(jī)的接料裝置上將其剖分成竹條，再手工收集竹條.這種操作方式勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低，無法適應(yīng)現(xiàn)代大規(guī)模連續(xù)化的竹膠合板、竹木復(fù)合板、竹地板及竹家具板材等的生產(chǎn)要求.為改變這種狀況，本文對現(xiàn)有的普通竹筒支架進(jìn)行改造，開發(fā)一種既可儲放竹筒又可進(jìn)行自動排列并輸送到破竹機(jī)或展平機(jī)接料裝置上的機(jī)械裝置，將竹子的鋸截工序與竹筒的剖分工序連接起來，實(shí)現(xiàn)竹筒剖分的自動送料.

1 竹筒自動輸送裝置的設(shè)計(jì)

目前竹板材加工企業(yè)一般將鋸截后的竹筒堆放在簡易支架或底部帶小輪的支架(圖1)上備用，該類支架無法實(shí)現(xiàn)竹筒自動排列.竹筒截面一般呈圓形，易沿斜面滾動或滑動，故對現(xiàn)有竹筒支架進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成既可儲放竹筒又可進(jìn)行自動排列輸送的機(jī)械裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.

該竹筒自動輸送裝置主要由機(jī)架、排列導(dǎo)向槽、分隔輸送機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向槽傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、動力及傳動裝置組成.機(jī)架主要由底部帶輪子的底座、機(jī)架、前支柱、后支柱、頂部拉桿組成，排列導(dǎo)向槽主要由底層導(dǎo)向桿、隔條、導(dǎo)向桿、支桿軸、銷軸、前支柱和后支柱組成，整個導(dǎo)向槽呈S形結(jié)構(gòu)，竹筒在導(dǎo)向槽中的排列以單層為宜.分隔輸送機(jī)構(gòu)主要由分隔輪、輪軸、輪軸支架、手柄、拉鉤組成，導(dǎo)向槽傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由支座和滑槽組成，動力和傳動裝置由電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、鏈傳動或帶傳動組成.

2 竹筒自動輸送裝置的制作

2.1 手搖式竹筒排列輸送裝置的制作

選用不銹鋼材料制作手搖竹筒自動排列輸送裝置.如圖3所示，該裝置為可拆裝的簡易裝置，為了使整個導(dǎo)向槽受力平衡，在前支柱及后支柱處增設(shè)了若干拉桿.該自動排列輸送裝置的關(guān)鍵部分是導(dǎo)向槽的傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和分隔輸送機(jī)構(gòu).若導(dǎo)向槽的傾角過大，會對排在下層的竹筒產(chǎn)生擠壓，若導(dǎo)向槽的傾角過小則無法移到底部的分隔輪.而分隔輪輻條的長度、輻條數(shù)目及轉(zhuǎn)速會影響竹筒的輸送效果.

2.2 試驗(yàn)材料

制備若干竹筒，竹筒的大端直徑為5～9 mm，竹筒長度為700～1 000 mm.

3 輸送裝置關(guān)鍵參數(shù)的確定與試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 導(dǎo)向桿傾斜角度的確定

為了確定合適的導(dǎo)向桿傾斜角度，使竹筒沿S形導(dǎo)向槽排列，并轉(zhuǎn)移到分隔輸送機(jī)構(gòu)，在制作的手搖式簡易裝置上進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn).將竹筒放在導(dǎo)向桿上，當(dāng)竹筒截面接近圓形時，只要導(dǎo)向桿稍微傾斜，竹筒便自動沿斜面滾落到分隔輸送機(jī)構(gòu).但在同樣的傾斜角度下，將1根截面一側(cè)帶有凹弧的竹筒放上去既不滾動也不滑動.為此對放在斜面上的竹筒進(jìn)行受力分析，計(jì)算出使竹筒自動向下滑動的傾斜角度.假設(shè)竹筒與兩導(dǎo)向桿的接觸面均接近平面，通過對圖4上斜面的受力分析可得，當(dāng)竹筒處于平衡的臨界狀態(tài)時，tanφ＝f.取金屬表面的靜摩擦系數(shù)f＝0.15[6]，解得:

φ＝arctanf＝arctan 0.15＝8.53°

式中，φ為摩擦角.當(dāng)導(dǎo)向桿與水平線之間的夾角即導(dǎo)向桿傾斜角度θ＞φ時，竹筒將沿斜面下滑.

從竹子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)看，帶凹弧的竹節(jié)在相鄰竹節(jié)上一般是錯開的，為進(jìn)一步確定合適的傾斜角度θ，在制作裝置上進(jìn)行調(diào)試.如圖5所示，將1根相鄰兩節(jié)凹弧錯開的竹筒放在導(dǎo)向桿上，當(dāng)兩導(dǎo)向桿的傾斜角度θ由2°增大到4°時，竹筒開始沿導(dǎo)向桿緩慢向下滑動；繼續(xù)加大θ，滑動速度增大，并開始滾動.在θ為4°時，若該竹筒后面還有其它竹筒，竹筒將自動下滑.由此可得，當(dāng)導(dǎo)向桿θ為4°～6°時較為合適.

3.2 分隔輪參數(shù)及輪軸轉(zhuǎn)速的確定

分隔輪的輻條數(shù)及長度的取值應(yīng)使得單根竹筒能順利落入兩輻條之間又能將排在其后面的竹筒隔開.取分隔輪的輻條數(shù)為z，則分隔輪每轉(zhuǎn)1圈輸送z根竹筒.設(shè)后續(xù)的竹筒剖分機(jī)或展平機(jī)的送料推進(jìn)機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動1次的時間為t，則每剖分(或展平)1根竹筒分隔輪轉(zhuǎn)過1/z圈.設(shè)分隔輪輪軸的轉(zhuǎn)速為n，可得:n＝60/(zt).

根據(jù)竹筒截面呈圓形的特點(diǎn)，該試驗(yàn)裝置取輻條數(shù)目z＝4，竹筒平均直徑為d，輻條長度B≈d，如圖6所示.

在手搖裝置(圖3)上進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)節(jié)導(dǎo)向桿上端支座下的墊片厚度或數(shù)量，當(dāng)導(dǎo)向桿及底層導(dǎo)向桿的傾斜角度能使竹筒在排列導(dǎo)向槽中順利落下即可.脫開拉鉤，緩慢轉(zhuǎn)動手柄，讓竹筒從底層導(dǎo)向桿落入分隔輪的相鄰兩分輻條之間，分隔輪相鄰兩輻條在帶走前一個竹筒的同時把排在其后面的竹筒隔開，從而將放在導(dǎo)向槽內(nèi)的竹筒依次輸送出去.

4 電動機(jī)功率的確定

手搖裝置作為備用裝置主要用于自動輸送前的調(diào)試，調(diào)試正常后手柄可卸下，由電動機(jī)驅(qū)動.竹筒輸送裝置由電動機(jī)驅(qū)動時，取電動機(jī)軸到分隔輪輪軸的傳動比為i，傳動總效率為η，單根竹筒重量為G，則單根竹筒對分隔輪輪軸的阻力矩T＝Gd/2≈GB/2.排在后面的竹筒對前面竹筒的擠壓力，隨著導(dǎo)向桿傾斜角度的增大而增大，致使驅(qū)動輪軸自動轉(zhuǎn)動，將輻條上的竹筒輸送出去，這樣輸送頻率無法控制.當(dāng)竹筒沿導(dǎo)向桿向下做勻速運(yùn)動時，可以認(rèn)為電機(jī)的驅(qū)動力矩主要是用來克服單根竹筒及轉(zhuǎn)動副中的摩擦力矩.電動機(jī)轉(zhuǎn)速n電＝ni，電動機(jī)軸力矩T電＝T/(iη)，得到電動機(jī)軸傳遞的功率P的計(jì)算公式[7]:

按計(jì)算結(jié)果查標(biāo)準(zhǔn)手冊，所選電動機(jī)的額定功率應(yīng)不小于上述計(jì)算值.

5 小結(jié)

(1)本研究中竹筒自動排列輸送裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本低廉，操作方便靈活，占地面積小，極大地降低了勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率；導(dǎo)向槽傾斜角度可調(diào)，通過試驗(yàn)調(diào)試得到較為合適的傾斜角度為4°～6°.當(dāng)導(dǎo)向桿材料改變時，以實(shí)際調(diào)試的傾斜角度為準(zhǔn).前后導(dǎo)向桿的間距、導(dǎo)向桿的長度可根據(jù)竹筒長度、儲放竹筒的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整.

(2)該裝置可將儲放在機(jī)架上的竹筒自動排列，輸送到破竹機(jī)或展平機(jī)等后續(xù)加工設(shè)備的接料裝置上，將竹子的鋸截工序與后續(xù)的剖分或展平工序連接起來，實(shí)現(xiàn)竹筒剖條的自動化輸送加工，為實(shí)現(xiàn)竹篾的連續(xù)自動化生產(chǎn)提供了初步條件.

(3)該裝置可通過電動實(shí)現(xiàn)連續(xù)排列輸送，也可通過手搖進(jìn)行輸送.對該裝置的導(dǎo)向槽間隙及分隔輪尺寸做適當(dāng)調(diào)整，可用于構(gòu)成竹板材的厚竹片的排列輸送.

[1]袁伯增，錢俊.竹材剖分細(xì)化類設(shè)備概況及發(fā)展前景[J].木材加工機(jī)械，2009(2):37－41.

[2]林海，付明遠(yuǎn)，譚慶龍，等.圓竹展平機(jī):中國，200920121598.4[P].2010－05－26.

[3]姜新波，龍倩倩，任洪娥.剖竹機(jī)自動對心機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)[J].木材加工機(jī)械，2014(1):14－16.

[4]欒鳳艷.竹片展平工藝與設(shè)備[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2007，35(5):51－52.

[5]候鐵民，楊煥蝶，李北崗，等.竹篾制備及篾簾編織加工設(shè)備[J].林業(yè)科技通訊，1995(7):17－18.

[6]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)(上冊)[M].北京:高等教育出版社，1981:39－141.

[7]楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生，等.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2013:73.

(責(zé)任編輯:葉濟(jì)蓉)

An automatic transport equipment of bamboo sections

ZHANG Sumei，LIN Jinguo
(College of Material Engineering，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002，China)

An automatic conveying equipment was developed from existing bamboo storage rack，so that bamboo could be transported to splitting or flattening devices for subsequent processes.The degree of automatic arrange was 4°－6°，with the length of spokes of wheel separator being equivalent to the diameter of bamboo by experiment in the simple device driven by hand.Moreover，calculation method for the speed of wheel separator and the power of electromotor were formulated.

bamboo sections compositor；bamboo sections transport；equipment

TH122；S777；TK122

:A

:1671-5470(2016)06-0726-04

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.06.019

2016－04－06

:2016－06－10

福建省科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2014NZ0003)；福建省高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大資助項(xiàng)目(2014H6001)；國家星火計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2015GA720006).

張素梅(1965－)，女，副教授.研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)與理論、林產(chǎn)品加工及裝備.Email:zhangsm16305＠126.com.