雙頭自動(dòng)喂竹破竹機(jī)的研制

羅永新

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雙頭自動(dòng)喂竹破竹機(jī)的研制

羅永新

（懷化學(xué)院，湖南 懷化 418008）

舊式破竹機(jī)采用人工持竹喂送加工竹料，操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，有危險(xiǎn)性，且單向工作，空程時(shí)間長(zhǎng)，加工效率低。通過(guò)改良設(shè)計(jì)，增加機(jī)械喂竹、自動(dòng)分竹送料機(jī)構(gòu)等機(jī)械自動(dòng)裝置，通過(guò)設(shè)定頂筒的移動(dòng)速度來(lái)設(shè)計(jì)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，協(xié)調(diào)凸輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)匹配，用凸輪機(jī)構(gòu)控制竹料支撐板的倒伏與立起，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)喂竹功能；用槽輪機(jī)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分竹。增加了一個(gè)破竹刀頭，使回行也進(jìn)行破竹工作，雙向破竹。改進(jìn)設(shè)計(jì)后，提高移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)了改善操作工的操作條件，大大提高了安全和效率。

自動(dòng)機(jī)械；破竹機(jī)；自動(dòng)喂竹

圖1所示為一款人工喂竹的圓竹剖分機(jī)，又名破竹機(jī)，該機(jī)器將圓竹破分成竹條片，為后續(xù)竹蔑加工提供粗材料。該機(jī)器有如下缺點(diǎn)：

（1）人工喂竹[1-4]，操作員手持圓竹在破竹刀具和快速移動(dòng)的頂筒之間，有一定的危險(xiǎn)性；

（2）加工效率低[1-4]：首先是空回程，其次為保證操作工的安全，破竹機(jī)的運(yùn)行速度不宜過(guò)快，使頂筒移動(dòng)嚴(yán)格控制在較低速度下。

圖1 人工喂竹的破竹

為了改善生產(chǎn)條件，提高生產(chǎn)效率，對(duì)破竹機(jī)做了改良設(shè)計(jì)。

1 自動(dòng)破竹機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)方案

（1）將人工喂竹改為機(jī)械喂竹，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)喂竹功能，機(jī)器增加了喂竹機(jī)構(gòu)和分竹送竹機(jī)構(gòu)；

（2）將單頭剖分竹筒改為雙頭剖分筒，并可以適當(dāng)提高運(yùn)動(dòng)速度，提高加工效率。

1.2 傳動(dòng)原理

圖2為自動(dòng)喂竹的雙頭破竹機(jī)的傳動(dòng)原理圖。由1臺(tái)4 kW的異步電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)2級(jí)減速后傳到Ⅲ軸后，分成3個(gè)分支，分別去帶動(dòng)破竹機(jī)床鞍上的頂筒移動(dòng)、機(jī)械喂竹機(jī)構(gòu)動(dòng)作、分竹送竹機(jī)構(gòu)分竹送料。除電動(dòng)機(jī)輸出級(jí)采用皮帶傳動(dòng)，其他的均采用鏈傳動(dòng)，較好地保證了三個(gè)分支運(yùn)動(dòng)間的配合，實(shí)現(xiàn)分料送料、機(jī)械支撐喂料、破竹3個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

圖2 破竹機(jī)的傳動(dòng)原理圖

1.3 設(shè)計(jì)結(jié)果

設(shè)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 喂竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1.1 喂竹機(jī)構(gòu)的原理

圖4所示為喂竹機(jī)構(gòu)的工作原理圖。

1、5.機(jī)械喂竹機(jī)構(gòu) 2.分竹機(jī)構(gòu) 3.貯竹輪 4.頂筒

當(dāng)頂板凸輪頂起竹料支撐板時(shí)，圓竹從貯竹輪的凹槽中滑落到竹料支撐板上，破竹機(jī)的頂筒將圓竹頂壓在刀具和頂筒之間以后，頂板凸輪運(yùn)行到凹下曲線段，竹料支撐板在拉彈簧的作用下，兩竹料支撐板向中間倒伏，頂筒推著竹料繼續(xù)向前移動(dòng)，經(jīng)過(guò)刀具將圓竹剖分成若干等分，頂筒返回，當(dāng)頂筒返程接近另一頭時(shí)，頂板凸輪轉(zhuǎn)過(guò)2/3轉(zhuǎn)，再次頂上竹料支撐板，將竹料支撐板頂起，準(zhǔn)備接受下一次剖分的竹筒。

圖4 喂竹機(jī)構(gòu)工作原理圖

2.1.2 喂竹機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

喂竹機(jī)構(gòu)的竹料支撐板與頂板凸輪結(jié)構(gòu)如圖5所示，竹料支撐板支撐部位的圓弧做成大于180°，是為“握住”圓竹，使從貯竹輪上掉下來(lái)的竹筒能夠被竹料支撐板“接住”，并且較快地穩(wěn)定下來(lái)。支撐板上斜向貯竹輪側(cè)伸出一段，可以使貯竹輪靠后安裝，讓床鞍頂筒運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)干涉。為了讓頂板凸輪大圓弧曲線段通過(guò)，竹料支撐板下方分割出一個(gè)剛好能讓頂板凸輪大圓弧通過(guò)的槽，當(dāng)頂板凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，使竹料支撐板成90°直立，由于這段是圓弧，整段圓弧通過(guò)時(shí)，竹料支撐板保持直立狀態(tài)，大圓弧段完全從竹料支撐板槽中通過(guò)后，由于小圓弧曲線段半徑小于凸輪中心到竹料支撐板鉸鏈中心距離，在拉彈簧的作用下，立即倒伏，與避免床鞍發(fā)生干涉。頂板凸輪的大圓弧的弧度在75°左右，保證竹料支撐板直立時(shí)間在整個(gè)周期內(nèi)約為1/4時(shí)間左右，為分竹送竹機(jī)構(gòu)分竹送竹動(dòng)作留有充足的時(shí)間。

1.轉(zhuǎn)動(dòng)銷 2.竹料支撐板 3.拉彈簧 4.頂板凸輪 5.傳動(dòng)軸

根據(jù)圖3的傳動(dòng)原理圖，設(shè)頂筒的移動(dòng)速度為，破竹機(jī)單程移動(dòng)距離為，帶動(dòng)頂筒移動(dòng)的的傳動(dòng)鏈輪半徑為，從Ⅲ軸到傳動(dòng)鏈輪的傳動(dòng)比為1，那么，破竹機(jī)1個(gè)周期（頂筒移動(dòng)一個(gè)來(lái)回）Ⅲ軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)為：

＝（2/2π）＋1

為保證頂板凸輪在破竹機(jī)1周期內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，則Ⅲ軸到Ⅳ軸的傳動(dòng)比為：

＝

頂板凸輪的控制曲線將控制過(guò)程劃分為3個(gè)過(guò)程，時(shí)間劃分如表1所示。

表1 凸輪控制過(guò)程

2.2 分竹機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.2.1 分竹機(jī)構(gòu)的原理

（1）工作原理

圖6所示為分竹機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)圖。為了配合喂竹機(jī)構(gòu)喂竹，在破竹機(jī)1個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)分竹機(jī)構(gòu)只分送1根竹料。槽輪機(jī)構(gòu)采用單銷拔盤，為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)從Ⅲ軸到Ⅴ軸的傳動(dòng)比同樣是，那么，要實(shí)現(xiàn)拔盤轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，槽輪只能拔動(dòng)1次，即拔盤插銷嵌入嵌出槽輪的弧長(zhǎng)等于槽輪外徑等分的弧長(zhǎng)，即：

2π/＝

式中：為槽輪的等分?jǐn)?shù)。

（2）傳動(dòng)原理

圖7所示為分竹機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理圖。運(yùn)動(dòng)從Ⅲ軸通過(guò)鏈送到鏈輪6，由拔盤1間歇地拔動(dòng)槽輪2，帶動(dòng)貯竹輪5分竹到喂竹裝置上。齒輪3、4是用來(lái)匹配貯竹輪貯竹數(shù)量的。設(shè)槽輪的槽數(shù)為Z，貯竹輪能夠存貯竹料根，則齒輪3、4的傳動(dòng)比為：/。

圖6 分竹機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)工作原理圖

1.槽輪機(jī)構(gòu)拔盤 2.槽輪 3.傳動(dòng)齒輪 4.傳動(dòng)齒輪 5.貯竹輪 6.鏈輪

2.2.2 分竹機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

圖8所示為貯竹輪的零件結(jié)構(gòu)圖。竹料是通過(guò)兩個(gè)輪子上的U形槽存放要加工的竹料的。當(dāng)存放有竹料的U形槽經(jīng)過(guò)喂竹機(jī)構(gòu)的上方位置時(shí)，竹料就剛好從U形槽中滑落到喂料裝置的竹料支撐板上，完成一次分竹送料工作。將U形槽設(shè)計(jì)成底陷結(jié)構(gòu)，是為防止當(dāng)貯竹輪槽處在水平位置時(shí)貯竹輪因回轉(zhuǎn)振動(dòng)而滑出竹料。操作時(shí)，工作人員向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的貯竹輪掛竹，大大減少了工作損害率，提高了安全性能。

圖8 貯竹輪

3 結(jié)論

（1）本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)器占地面積沒(méi)有加大，改良成本較低。

（2）經(jīng)過(guò)改良設(shè)計(jì)后，操作員不再手持竹料站在頂筒和破竹刀具之間喂竹，大大減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安全性能。

（3）雙頭都安裝了破竹刀具，用兩套喂竹機(jī)構(gòu)和分竹送竹機(jī)構(gòu)，加工效率提高了一倍。

（4）由于所有裝置采用一個(gè)運(yùn)動(dòng)源，方便機(jī)構(gòu)的動(dòng)作調(diào)試，采用鏈傳動(dòng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定，機(jī)械調(diào)試安裝成功后協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)保持好，不需要再調(diào)試。

（5）采用機(jī)械送竹喂料，將頂筒32 m/min[1-2]的移動(dòng)速度提高調(diào)整到50 m/min左右，進(jìn)一步提高了加工效率。

[1]龍倩倩. 剖竹加工工藝分析及其數(shù)控加工機(jī)床的設(shè)計(jì)[D]. 哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2014.

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[5]懷化學(xué)院，羅永新. 一種雙頭機(jī)械喂竹破竹機(jī)[P]. 中國(guó)：ZL 201521050056.4, 2016.6.15.

Improved Design on Double Bamboo Splitting Machine Using Automatic Feeding Bamboo

LUO Yongxin

( Huaihua University, Huaihua 418008,China)

The old bamboo splitting machine worked by worker artificial feeding to bamboo between the cutting tool and the moving bunt tube, the worker bore the higher labor intensity and dangerous. The machine worked one-side, so it had lower work efficiency because of empty time long. The author did improved design, and increased automatic mechanical feeding to bamboo, and automatic bamboo conveyed mechanism, he designed transmission chain links by setting the top tube of the moving speed, to coordinate the movement of CAM mechanism and slot wheel mechanism, and designed the lodging and set up of the bamboo material support plate by CAM mechanism controlling, and completes automatic feeding bamboo function; And he desinged still more the slot wheel mechanism，using it completes automatic bamboo division. Added a broken bamboo blade to make the return trip also carry out the bamboo work, the new bamboo splitting machine can work by double splitting bamboo, it can make the movement bunt tube move faster, and the operator’s work conditions is better,is the more safety and more efficiency.

automatic mechanism；bamboo splitting machine；automatic mechanical feeding to bamboo

TP2

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.01.013

1006－0316 (2018) 01－0062－04

2017－05－10

羅永新（1967－），男，湖南新化人，碩士，教授，主要研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床及應(yīng)用。