实心竹盘卷机直径检测装置的设计与计算

黄　峥，黄泽界，杨　莹

实心竹盘卷机直径检测装置的设计与计算

黄峥，黄泽界，杨莹

(遵义职业技术学院，贵州 遵义 563000)

在现有竹制品的加工过程中通常以不同直径的实心竹为原材料，因此在使用实心竹盘卷机进行作业时，需要根据实心竹直径的差异来调整盘卷速度。直径检测装置可以在实心竹盘卷机进行盘卷作业之前完成对实心竹直径的自动检测，并将检测数据传输给实心竹盘卷机控制单元来调整盘卷速度，以保证加工效率和加工质量。为满足实心竹盘卷机的实际作业需求，通过方案设计和参数计算研发了一款实心竹盘卷机直径检测装置，试验证明能有效提高盘卷机的自动化程度，提升盘卷机作业效率。

实心竹；盘卷机；直径检测装置

竹子是我国非常重要的自然森林资源，它不同于其他林木，具有生长周期短、成林快、产量高等特点，用途非常广泛，经济价值高[1]。据统计，2018 年我国竹产业产值达3000亿人民币。2019年发布的《中国森林资源报告》中指出我国竹林面已达到641.16万hm2，约占全球竹林面积的30%以上。我国竹林分布于福建、江西、浙江、湖南、四川、广东、安徽、广西等17个省(自治区)[2]，因竹资源受益的农村人口近5000万人，占产区农民收入的20%以上。2022年，全国竹林面积达701万hm2，竹产品进出口贸易总额约22亿美元[3]。目前，我国市场上现有的竹产品有100多个系列，上万个品种，被广泛应用日常生活如建材、建筑、家居等多个领域[4-5]。

加工企业在竹制家居产品的生产过程中为满足外形的美观要求，通常需要使用大量由实心竹盘卷而成的圆形构件。目前加工企业在进行这类圆形构件的加工时，首先要在加热容器中将实心竹加热到一定温度使其软化后，再将实心竹的一端卡在圆筒工装上，依靠人力将实心竹缠绕在圆筒工装上，根据需要盘卷成各式各样的圆形构件。其次待其温度冷却后让实心竹圆形构件固定成型，再将圆形构件取出备用。

为满足实心竹盘卷的机械化、自动化的作业需求，研发了一款实心竹盘卷机(以下简称：盘卷机)，能够完成对不同直径、不同形状的圆形构件的自动化盘卷，并装配有实心竹直径检测装置(以下简称：直径检测装置)，可以够精确检测出实心竹的直径数据，并将数据反馈给盘卷机控制单元，以提升作业效率。

1　设计方案

1.1　工作原理

操作人员将实心竹插入直径检测装置上伸出的检测杆和检测台之间，此时传感器将检测到的直径数据反馈给实心竹盘卷机控制单元，控制单位根据数据发出相应的操作指令，该装置的结构和工作原理如图1所示。

1　螺母；2　直径检测装置；3　实心竹；4　盘卷机工作台；5　传感器。

用螺母将直径检测装置安装并固定在实心竹盘卷机的工作台面上，且在台面上留有一腰型孔，以便于操作人员在进行不同规格和形状的圆形构件加工时，可以根据回转轴上安装的工具尺寸，及时调整直径检测装置的位置，以达到最佳的作业效果，如图2所示。

1　直径检测装置；2　工作台面；3　盘卷工具。

1.2　内部结构

该款直径检测装置由腔体、弹簧、检测杆、检测台、和传感器等部分组成，内部结构如图3所示。

1　腔体；2　弹簧；3　检测杆；4　检测台；5　传感器。

2　传感器选用

本设计方案选用直线位移传感器，工作原理如下：通过螺纹将传感器固定在直径检测装置的检测台中心的螺纹孔上，在直径检测装置的工作过程中，通过直线位移传感器的伸缩杆自身弹簧的弹力与检测杆的滑块始终保持接触的状态，将伸缩杆的直线位移量转换为传感器的输出信号，以传输给控制器。

3　弹簧的设计和计算

3.1　弹簧设计

本设计方案选用压缩弹簧，一是确保测量杆在工作时能够压紧实心竹；二是在完成盘卷任务后，确保检测杆能够恢复到初始位置；三是在初始状态下能够抵消传感器弹簧的弹力。

则许用切应力为：

则曲度系数为：

2.2 神经生化代谢的改变 周艳平等［8］研究表明，糖尿病大鼠存在工作记忆障碍，其主要特点是记忆处理速度减慢。体内神经示踪结果表明糖尿病大鼠的海马、感觉皮层和内嗅皮层均存在明显的轴突和树突病变，其特征为轴突肿胀、膨大和树突病变。相关分析表明，空腹血糖水平以及认知功能的高低与轴突和树枝状病变均呈正相关。

弹簧的直径为：

设置弹簧的工作载荷F为100N，查询GB/T1358-1993圆柱螺旋弹簧尺寸系列标准，选用弹簧的材料直径为2.0mm。

弹簧的实际旋绕比为：

则弹簧的外径为：

小于直径检测装置腔体的内腔直径。

有效圈数为：

式中：G表示材料的切变模量79 000 MPa；k表示弹性刚度1.2 N/mm。

3.2　弹簧校核

3.2.1强度校核

弹簧的切应力为：

满足强度要求。

3.2.2刚度校核

弹簧的刚度为：

满足刚度要求。

3.2.3稳定性校核

弹簧的节距为：

弹簧的自由长度为：

稳定临界载荷为：

4　总结

在实心竹盘卷机上装配该款直径检测装置进行试验后证明：

(1)该款直径检测装置的误差在±2 mm以内，误差来自零件装配、零件加工、传感器误差等几个部分，满足设计要求；

(2)该款直径检测装置的检测范围在17～65 mm，能够满足目前市面上主要的实心竹原材料的检测需求；

(3)可有效提高盘卷机的自动化程度，提升盘卷机的工作效率。

[1] 沈冯峥,徐康,李琴,等.竹材初加工机械研究现状及发展趋势[J].浙江林业科技,2019,39(6):105-110.

[2] 国家林业和草原局[编制].中国森林资源报告：2014—2018［M］.北京:中国林业出版社，2019.

[3] 费本华,漆良华.实施我国国家竹材储备战略计划的思考[J].世界林业研究,2020,33(3):38-42.

[4] 方亚丽.立足特色做强“竹”产业[J].当代贵州,2020(32): 32.

[5] 樊志权.我国竹产业发展现状及对策[J].现代园艺,2020, 43(18):22-23.

Design and calculation of solid bamboo coil diameter detection device

HUANG Zheng, HUANG Zejie, YANG Ying

(Zunyi Vocational and Technical College, Zunyi, Guizhou 563000, China)

In the processing of existing bamboo products, solid bamboo with different diameters is usually used as raw materials. Therefore, when using the solid bamboo reeling machine for operation, the reeling speed needs to be adjusted according to the difference in solid bamboo diameters. The diameter detection device can complete the automatic detection of the diameter of solid bamboo before the solid bamboo reeling machine performs the reeling operation, and transmit the detection data to the control unit of the solid bamboo reeling machine to adjust the reeling speed to ensure the processing efficiency and quality. To meet the actual operation requirements of the solid bamboo reeler, a diameter detection device for the solid bamboo reeler has been developed through scheme design and parameter calculation. The test results show that it can effectively improve the automation of the reeler and improve the operation efficiency of the reeler.

solid bamboo; coiling machine; diameter measuring device

TS43

A

2096–8736(2022)06–0032–03

黄峥 (1988—)，湖南邵东人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为农业机械化。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军