新型竹筒破削機的設計

雷日揚

0 引言

根據《中國竹產業發展規劃》，到2020年，中國竹產業總產值將達到480億美元，竹產業直接就業人數達到1000萬人。比如，廣西的資源、田林、白色、玉林等縣市的竹產業都取得了快速發展，已經成為該地區經濟社會發展的支柱產業和農民家庭經濟收入的主要來源。竹簽是竹加工產品中產銷量較大的一種，目前竹簽生產的工藝流程是：裁竹→破竹→拉絲→按要求長度切斷竹簽絲→拋光→削尖→分選→點數（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，一端對準刀片后，沖頭快速沖擊竹筒另一端，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，浪費人力。研制具有能夠代替人手托料的自動上料功能，且能把破好的竹片自動收集的安全可靠，工效成倍提高的新型破竹機具有重要的應用價值。

1 新型竹筒破削機的技術方案

圖1是新型竹筒破削機的三維仿真設計圖，新型竹筒破削機由竹筒提升喂送機構、竹筒破削機構和竹片收集機構組成，實現竹筒的自動喂送、破竹、破出的竹片自動收集歸攏的功能。新型竹筒破削機的工作原理是：竹筒提升機構電機通過皮帶傳動，帶動減速器減速，減速器輸出端帶動鏈條傳動，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。軌道底部設有竹筒喂送機構，該喂送機構由喂送氣缸提供動力。待前一竹筒破削完成復位后，喂送氣缸開始動作，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作，破竹沖頭沖擊竹筒，把竹筒推向破削刀具，實現破竹動作。竹片破出的同時，竹片收集氣缸開始動作，氣缸活塞桿推出，帶動推桿動作，推桿帶動抓爪導桿沿著特殊設計的導軌運動，實現左右抓爪的合攏收集竹片動作，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，竹筒托爪活動軸上設有復位彈簧，在彈簧作用下竹筒托爪復位。竹筒提升電機又開始動作，把另一竹筒輸送到位，完成一個工作循環。

圖1 新型竹筒破削機的三維仿真結構設計圖

2 新型竹筒破削機的結構設計

新型竹筒破削機由竹筒提升喂送機構、竹筒破削機構和竹片收集機構組成。

2.1 竹筒提升喂送機構設計

圖2是竹筒提升喂送機構設計圖，竹筒的提升機構由電機、皮帶傳動機構、減速器、鏈條傳動機構、輸送鏈條及竹筒托爪構成。采用變頻器控制電機的轉速。電機通過皮帶傳動，帶動減速器減速，減速器輸出端帶動輸送鏈條傳動，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構的閘爪攔住竹筒。竹筒喂送機構安裝在軌道底部，圖3是竹筒喂送機構設計圖。竹筒喂送機構由竹筒喂送氣缸、推桿、擺桿、轉軸、閘爪構成；推桿與竹筒喂送氣缸的活塞桿固定連接，擺桿與轉軸固定連接，兩個閘爪與轉軸固定連接，且轉軸與固定在機架上軸孔座配合，可以轉動；推桿與擺桿通過導向槽配合工作，轉軸帶動閘爪實現向上張開及向下收攏動作；閘爪安裝在軌道底部。當前一竹筒破削完成后，喂送氣缸開始動作，帶動推桿向前推出，推桿帶動擺桿擺動，擺桿通過轉軸帶動閘爪向上打開，竹筒就可以通過閘爪向下滾落到破削機構的竹筒托爪上，完成一次竹筒喂送動作，喂送氣缸回收，閘爪重新復位，攔住下一個竹筒。

圖2 竹筒提升喂送機構設計圖

圖3 竹筒喂送機構總成圖

2.2 竹筒破削機構設計

如圖4所示，竹筒破削機構由機架、破竹氣缸、一對竹筒托爪、刀架及破削刀具構成。竹筒托爪安裝在竹筒喂送閘門下端，當竹筒喂送閘門打開，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，破竹沖頭沖擊竹筒，將竹筒推向破削刀具，完成竹筒破削動作。破削刀具安裝在刀架上，竹筒托爪的導軌上設有復位彈簧，在復位彈簧作用下竹筒托爪復位，承接下一個待破削竹筒。

圖4 竹筒破削機構及竹片收集機構設計圖

2.3 竹片收集機構設計

如圖4所示，竹片收集機構由竹片收集氣缸、推桿、竹片收集抓爪、抓爪導軌、收集箱、導桿和滑塊組成。竹片收集氣缸的活塞桿與推桿固定相連，推桿帶動導桿沿著抓爪導軌運動，實現左右抓爪的合攏收集竹片動作，將破出的竹片收集落在收集箱中。抓爪導軌為拋物線形，導桿下部固定有兩條導向軸，導向軸與滑塊通過孔配合相對運動，帶動抓爪實現橫向收攏動作。竹片收攏工作過程：在竹片破削開始的同時，竹片收集氣缸開始動作，氣缸活塞桿帶動推桿動作，推桿推動導桿動作，導桿沿著特殊設計的導軌槽動作，導軌槽設計成拋物線形，導桿下部固定著兩條導向軸、導向軸與滑塊通過孔配合相對運動、帶動抓爪實現橫向收攏動作；同時，滑塊通過抓爪導向軸帶動抓爪沿著滑塊導軌縱向運動，實現抓爪跟隨竹片破削伸出動作。

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向滑塊上。竹片收集抓爪總成由導桿、滑動軸、導套、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，安裝座通過滑動軸與導桿連接。該結構可實現抓爪對竹片的彈性抓緊作用。

抓爪導向滑塊沿著滑塊導軌運動，實現抓爪總成的縱向運動。滑塊導軌安裝在滑塊導軌固定座上，滑塊導軌固定座安裝在機架上。

圖5 竹片收集抓爪總成圖

3 新型竹筒破削機的主要特點

（1）創新設計竹筒提升喂送機構，利用帶有托爪的鏈條循環輸送機構把竹筒輸送到待破削區。利用氣缸作為動力，氣缸活塞頭部接特殊設計的竹筒喂送機構，活塞每一次動作，就投放一個竹筒進行破削，實現竹筒自動投放動作。

（2）創新設計竹筒破削機構，創新設計竹筒破削托爪。托爪能夠隨著竹筒破削過程進行移動，保證竹筒能夠破削完全，破削完后自動復位，且保證不與沖頭板相碰。

（3）創新設計破削竹片收集機構，利用氣缸作為動力，氣缸活塞頭部接特殊設計的竹片收集機構，竹片收集氣缸與竹筒破削氣缸同時動作，活塞每一次動作，就把刀片破削出的竹片同時進行收集，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 結束語

本文針對竹簽生產過程中破竹工序存在的問題設計一種新型竹筒破削機。經過制造樣機進行試驗，得出竹筒破削機的提升機構、喂送機構、破竹機構、竹片收攏歸集機構動作配合合理，結構穩定，達到設計目的。設計的竹筒破削機結構合理，構思巧妙，具有創新性。新型竹筒破削機已獲得國家知識產權局實用新型專利授權，專利號ZL 201621115250.0.該機可解決舊破竹機人手托料易傷手的安全生產問題，可實現竹筒自動上料、破竹、破出竹片自動收集歸攏功能，提高竹產品生產的自動化水平，大大提高生產效率，對竹產品生產具有重要的應用價值。

[1]張素梅，林全國 .竹筒的自動輸送裝置[J].福建林業大學學報（自然科學版），2016，45（6）：726-729.

[2]孫曉東，尹 華.竹材去內節破竹機的設計[J].湖南林業科技，2009，36（5）：15-18.