竹筒的自动输送装置

张素梅，林金国

(福建农林大学材料工程学院，福建福州350002)

竹筒的自动输送装置

张素梅，林金国

(福建农林大学材料工程学院，福建福州350002)

对现有的竹筒支架进行改进设计，开发一种既可储放竹筒又可进行自动输送的装置，将竹筒逐根输送到破竹机或展平机等后续加工设备的接料装置上.采用制作的手摇式装置进行试验，确定了排列倾斜角度为4°～6°，分隔轮的辐条长度约等于竹筒直径，得到分隔轮转速和电机功率的计算式.

竹筒排列；竹筒输送；设备

竹篾、竹地板、竹片等的制备都需将锯截后的竹筒剖分成竹条，再经后续工序加工制成.尽管竹材加工业的兴起推动了剖竹加工机械的快速发展，出现了普通劈竹机、破竹机，以及各种新型剖竹机和毛竹展平机等[1－5]，但目前我国竹筒剖分加工自动化程度低，竹子锯截成竹筒后一般先储放在竹筒支架上，然后由操作人员放进破竹机或展平机的接料装置上将其剖分成竹条，再手工收集竹条.这种操作方式劳动强度大、生产率低，无法适应现代大规模连续化的竹胶合板、竹木复合板、竹地板及竹家具板材等的生产要求.为改变这种状况，本文对现有的普通竹筒支架进行改造，开发一种既可储放竹筒又可进行自动排列并输送到破竹机或展平机接料装置上的机械装置，将竹子的锯截工序与竹筒的剖分工序连接起来，实现竹筒剖分的自动送料.

1 竹筒自动输送装置的设计

目前竹板材加工企业一般将锯截后的竹筒堆放在简易支架或底部带小轮的支架(图1)上备用，该类支架无法实现竹筒自动排列.竹筒截面一般呈圆形，易沿斜面滚动或滑动，故对现有竹筒支架进行改进，设计成既可储放竹筒又可进行自动排列输送的机械装置，其结构示意图见图2.

该竹筒自动输送装置主要由机架、排列导向槽、分隔输送机构、导向槽倾角调节机构、动力及传动装置组成.机架主要由底部带轮子的底座、机架、前支柱、后支柱、顶部拉杆组成，排列导向槽主要由底层导向杆、隔条、导向杆、支杆轴、销轴、前支柱和后支柱组成，整个导向槽呈S形结构，竹筒在导向槽中的排列以单层为宜.分隔输送机构主要由分隔轮、轮轴、轮轴支架、手柄、拉钩组成，导向槽倾角调节机构由支座和滑槽组成，动力和传动装置由电动机、减速器、联轴器、链传动或带传动组成.

2 竹筒自动输送装置的制作

2.1 手摇式竹筒排列输送装置的制作

选用不锈钢材料制作手摇竹筒自动排列输送装置.如图3所示，该装置为可拆装的简易装置，为了使整个导向槽受力平衡，在前支柱及后支柱处增设了若干拉杆.该自动排列输送装置的关键部分是导向槽的倾角调节机构和分隔输送机构.若导向槽的倾角过大，会对排在下层的竹筒产生挤压，若导向槽的倾角过小则无法移到底部的分隔轮.而分隔轮辐条的长度、辐条数目及转速会影响竹筒的输送效果.

2.2 试验材料

制备若干竹筒，竹筒的大端直径为5～9 mm，竹筒长度为700～1 000 mm.

3 输送装置关键参数的确定与试验验证

3.1 导向杆倾斜角度的确定

为了确定合适的导向杆倾斜角度，使竹筒沿S形导向槽排列，并转移到分隔输送机构，在制作的手摇式简易装置上进行调试试验.将竹筒放在导向杆上，当竹筒截面接近圆形时，只要导向杆稍微倾斜，竹筒便自动沿斜面滚落到分隔输送机构.但在同样的倾斜角度下，将1根截面一侧带有凹弧的竹筒放上去既不滚动也不滑动.为此对放在斜面上的竹筒进行受力分析，计算出使竹筒自动向下滑动的倾斜角度.假设竹筒与两导向杆的接触面均接近平面，通过对图4上斜面的受力分析可得，当竹筒处于平衡的临界状态时，tanφ＝f.取金属表面的静摩擦系数f＝0.15[6]，解得:

φ＝arctanf＝arctan 0.15＝8.53°

式中，φ为摩擦角.当导向杆与水平线之间的夹角即导向杆倾斜角度θ＞φ时，竹筒将沿斜面下滑.

从竹子的结构特点看，带凹弧的竹节在相邻竹节上一般是错开的，为进一步确定合适的倾斜角度θ，在制作装置上进行调试.如图5所示，将1根相邻两节凹弧错开的竹筒放在导向杆上，当两导向杆的倾斜角度θ由2°增大到4°时，竹筒开始沿导向杆缓慢向下滑动；继续加大θ，滑动速度增大，并开始滚动.在θ为4°时，若该竹筒后面还有其它竹筒，竹筒将自动下滑.由此可得，当导向杆θ为4°～6°时较为合适.

3.2 分隔轮参数及轮轴转速的确定

分隔轮的辐条数及长度的取值应使得单根竹筒能顺利落入两辐条之间又能将排在其后面的竹筒隔开.取分隔轮的辐条数为z，则分隔轮每转1圈输送z根竹筒.设后续的竹筒剖分机或展平机的送料推进机构往复运动1次的时间为t，则每剖分(或展平)1根竹筒分隔轮转过1/z圈.设分隔轮轮轴的转速为n，可得:n＝60/(zt).

根据竹筒截面呈圆形的特点，该试验装置取辐条数目z＝4，竹筒平均直径为d，辐条长度B≈d，如图6所示.

在手摇装置(图3)上进行试验，调节导向杆上端支座下的垫片厚度或数量，当导向杆及底层导向杆的倾斜角度能使竹筒在排列导向槽中顺利落下即可.脱开拉钩，缓慢转动手柄，让竹筒从底层导向杆落入分隔轮的相邻两分辐条之间，分隔轮相邻两辐条在带走前一个竹筒的同时把排在其后面的竹筒隔开，从而将放在导向槽内的竹筒依次输送出去.

4 电动机功率的确定

手摇装置作为备用装置主要用于自动输送前的调试，调试正常后手柄可卸下，由电动机驱动.竹筒输送装置由电动机驱动时，取电动机轴到分隔轮轮轴的传动比为i，传动总效率为η，单根竹筒重量为G，则单根竹筒对分隔轮轮轴的阻力矩T＝Gd/2≈GB/2.排在后面的竹筒对前面竹筒的挤压力，随着导向杆倾斜角度的增大而增大，致使驱动轮轴自动转动，将辐条上的竹筒输送出去，这样输送频率无法控制.当竹筒沿导向杆向下做匀速运动时，可以认为电机的驱动力矩主要是用来克服单根竹筒及转动副中的摩擦力矩.电动机转速n电＝ni，电动机轴力矩T电＝T/(iη)，得到电动机轴传递的功率P的计算公式[7]:

按计算结果查标准手册，所选电动机的额定功率应不小于上述计算值.

5 小结

(1)本研究中竹筒自动排列输送装置结构简单紧凑，成本低廉，操作方便灵活，占地面积小，极大地降低了劳动强度，提高生产率；导向槽倾斜角度可调，通过试验调试得到较为合适的倾斜角度为4°～6°.当导向杆材料改变时，以实际调试的倾斜角度为准.前后导向杆的间距、导向杆的长度可根据竹筒长度、储放竹筒的数量进行调整.

(2)该装置可将储放在机架上的竹筒自动排列，输送到破竹机或展平机等后续加工设备的接料装置上，将竹子的锯截工序与后续的剖分或展平工序连接起来，实现竹筒剖条的自动化输送加工，为实现竹篾的连续自动化生产提供了初步条件.

(3)该装置可通过电动实现连续排列输送，也可通过手摇进行输送.对该装置的导向槽间隙及分隔轮尺寸做适当调整，可用于构成竹板材的厚竹片的排列输送.

[1]袁伯增，钱俊.竹材剖分细化类设备概况及发展前景[J].木材加工机械，2009(2):37－41.

[2]林海，付明远，谭庆龙，等.圆竹展平机:中国，200920121598.4[P].2010－05－26.

[3]姜新波，龙倩倩，任洪娥.剖竹机自动对心机构的研究与设计[J].木材加工机械，2014(1):14－16.

[4]栾凤艳.竹片展平工艺与设备[J].林业机械与木工设备，2007，35(5):51－52.

[5]候铁民，杨焕蝶，李北岗，等.竹篾制备及篾帘编织加工设备[J].林业科技通讯，1995(7):17－18.

[6]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(上册)[M].北京:高等教育出版社，1981:39－141.

[7]杨可桢，程光蕴，李仲生，等.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社，2013:73.

(责任编辑:叶济蓉)

An automatic transport equipment of bamboo sections

ZHANG Sumei，LIN Jinguo
(College of Material Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 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

福建省科技重大专项资助项目(2014NZ0003)；福建省高校产学合作科技重大资助项目(2014H6001)；国家星火计划重点资助项目(2015GA720006).

张素梅(1965－)，女，副教授.研究方向:机械设计与理论、林产品加工及装备.Email:zhangsm16305＠126.com.