竹筷子智能生产工艺技术的研究与应用

摘 要：为解放生产力，减轻工人的工作量，在竹筷子生产工艺流程中，采用机械智能化代替人工操作。项目通过研究开发出竹筷抛光烘干一体机，自动理筷机、筷子自动上漆机等智能设备，应用于竹筷生产流程中，以提高生产的智能化水平，效率相比传统的通过人工分步进行抛光以及烘干的工艺，提高一倍以上，从而极大地提高企业的生产效率和机械自动化程度。

关键词：智能生产技术；竹筷；理筷；上漆；抛光

中图分类号：TP278 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）31-0023-07

Abstract： In order to liberate productivity and reduce the workload of workers， mechanical intelligence is used instead of manual operation in the bamboo chopstick production process. Through research and development， the project has developed intelligent equipment such as a bamboo chopstick polishing and drying integrated machine， an automatic chopstick arranging machine， and an automatic chopstick painting machine， which are applied in the bamboo chopstick production process to improve the intelligent level of production. The efficiency is compared to the traditional manual process. The process of polishing and drying step by step has more than doubled， thus greatly improving the company's production efficiency and mechanical automation.

Keywords： intelligent production technology; bamboo chopsticks; chopstick preparation; painting; polishing

目前，许多生产竹筷子的企业在生产竹筷子过程中对筷竹的抛光、烘干、理筷、上漆等工艺流程都采用人工操作，或采用半自动机械设备生产，本项目研发竹筷抛光烘干一体机，并结合福建华韵竹木有限公司自有的1项实用新型专利技术及1项授权使用的发明专利技术，将自动理筷机、筷子自动上漆机的关键设备技术应用于竹筷生产，以提高生产的智能化和自动化水平，经实测，效率相比传统的通过人工分步进行抛光以及烘干的工艺，提高一倍以上。

1 竹家486bb151bfee589355d5e3f2020e4877居（筷子）智能生产流程中关键技术研发和应用的背景和意义

1.1 项目产品开发的背景

福建华韵竹木有限公司（以下简称华韵公司）是一家集竹品研发、生产、销售、售后服务于一体的规模以上企业，公司主营竹木筷子、砧板、竹家具等竹家居制品，目前是闽北地区规模最大的竹加工企业之一[1]。我国是世界上竹资源最丰富的国家[2]，开发新型竹家居制品，是一条缓解木材资源紧张，满足家居制品市场需求的行之有效且非常重要的途径。随着竹家居制品的设计不断丰富，越来越多的人青睐于竹家居制品，逐渐喜欢上了以竹代木的生活，低碳环保的竹家居制品将会越来越受到消费者的追捧，具有更广阔的市场前景。

1.2 项目开发的意义

根据市场需求，华韵公司通过自主研发和技术引进新技术，开展有关创新技术及工艺设备[3]方面的研究。本项目将通过研发竹筷抛光烘干一体化设备，并将有核心专利技术的科技成果进行转化。华韵公司将2项专利技术，应用于竹筷生产工艺流程中，从而极大地提高了企业的生产效率和机械智能化水平[4]，使企业中大量的人员从工作量大、并且上漆对身体有害等繁琐的工作中解放出来。同时公司产品和工艺技术水平也得到了不断提升，解放生产力依靠科技不断创新，项目的应用可降低企业生产成本，提高产品市场占有率等具有重要的意义。

2 项目研究开发的必要性与主要创新点

2.1 具体研究开发内容和必要性

2.1.1 竹筷抛光烘干一体机研发

竹筷生产流程中，竹木材质的筷坯在成型后需要进行上油抛光并烘干，使竹筷表面光滑。目前国内企业对筷坯的抛光以及烘干分2道工序进行，需要人工持续参与完成，存在效率低下、人工成本高的问题。

本项目研发的竹筷抛光烘干一体设备[5]，通过设计可自转的滚筒，配置烘干装置和喷油装置，在竹筷翻滚搅拌的同时进行喷油抛光及烘干，实现竹筷抛光与烘干的自动化。

2.1.2 自动理筷机研发

筷子是一种消耗品，年产量巨大。在筷子的生产过程中，加工成的筷胚在漂白及烘干时通常是散乱堆放在一起的，需要将筷子整理整齐后才能进行后续加工。目前一般使用人工来手工整理筷胚，生产方式劳动强度较大，工作效率较低。

华韵公司将发明专利“自动理筷机”（专利号ZL201510269008.2） 进行成果转化，生产出自动理筷设备。该设备可以将散乱的筷胚整齐地收集在一起，通过竖直往复升降运动使料斗中的筷胚从振动杆之间掉落至输送机构。

2.1.3 筷子自动上漆机研发

在现有的筷子加工设备中，缺乏对筷子进行上漆的加工设备，大多数筷子加工企业的加工设备非常落后，并且还有一些是以手工作坊的形式进行加工，效率低，产品质量差异性大，而且对工人身体健康造成一定的影响，上漆工艺环节已经在很大程度上成为制约筷子制造产业进一步发展的技术瓶颈。

该研发是对华韵公司受让的发明专利“筷子自动上漆机及其使用方法”（专利号ZL201410269963.1）进行成果转化，针对上述现有技术的缺点，提供一种筷子自动上漆机及其使用方法，结构合理，使用方便，能够自动对筷子进行上漆操作，批量对筷子进行上漆，筷子在放入、推送、夹紧、上漆和取下的过程中完全实现了自动化，免去了人工上漆的生产方式，提高了上漆的工作效率，提高了生产效率，并且避免了漆料对工人的人身健康产生影响，从而保护了工人健康。

2.2 项目的特色和创新之处

2.2.1 竹筷抛光烘干一体机

当成型后的竹筷需要进行抛光及烘干时，将成型后的竹筷放置于滚筒中，通过滚筒自转，带动竹筷在滚筒中翻滚搅拌，在搅拌的过程中，泵体将油罐中的油抽至喷油管，由喷油管均匀喷洒于滚筒内部，通过竹筷的搅拌翻滚，使竹筷表面均匀涂油抛光；同时加热装置给空气加热，通过风机向风管中引入加热的空气，形成热风，通过风管将热风引入滚筒，实现竹筷的自动烘干。

2.2.2 自动理筷机

自动理筷机包括机架、固定在机架上的料斗、若干水平定位在料斗中的振动杆、用于带动振动杆往复升降以不断对料斗中筷胚方向进行梳理的竖直运动机构、用于运送筷胚的输送机构、将电动机动力传送给整理机构与输送机构的第一传动机构；振动杆的两端在水平方向上分别穿越料斗的两侧侧壁并且分别固定在2块连接板上，2块连接板又在竖直运动机构带动下往复升降；料斗的侧壁制有若干可供振动杆竖直运动的滑动槽。自动理筷机可以将散乱的筷胚整齐地收集在一起，通过竖直往复升降运动使料斗中的筷胚从振动杆之间掉落至输送机构，但使用时，料斗中每次处理的筷胚不宜太多，筷胚容易卡在振动杆上，影响生产效率。

2.2.3 筷子自动上漆机

该机器包括机架，机架上安装有一组柔性夹持件，柔性夹持件的一侧设有漆斗，柔性夹持件的另一侧设有推杆组，柔性夹持件上连接有步进循环传动件，该筷子自动上漆机的使用方法是通过推杆组推动筷子、柔性夹持件夹持筷子、漆斗对筷子上漆、步进循环传动件输送筷子来实现筷子的自动上漆。

2.2.4 设计达到的技术指标

1）筷坯含水率：小于等于12%。

2）抛光烘干速度：10 000～12 000根/30 min。

3）理筷速度：7 000～8 000根/min。

4）上漆速度：180～200根/min。

3 竹家居（筷子）智能生产流程中的关键技术研发和应用研究开发完成情况

3.1 竹筷抛光烘干一体机研发

3.1.1 设计思路

竹木材质的筷坯在成型后需要进行上油抛光并烘干，使竹筷表面光滑。福建华韵竹木有限公司原来也和国内其他企业一样，将筷坯的抛光、烘干分2道工序进行，需要人工持续参与完成，效率低下，人工成本高。经过长期摸索和具体研发，将抛光、烘干2种工序结合在一起，设计出一种竹筷抛光烘干一体机。通过设计可自转的滚筒、烘干装置和喷油装置，在竹筷翻滚搅拌的同时进行喷油抛光及烘干，实现竹筷抛光与烘干的自动化结合，相比传统的通过人工分步进行抛光以及烘干的工艺，大大节省人工成本，并大大提高工作效率。

3.1.2 设备构造

该设备主要由基座、滚筒、烘干装置、喷油装置、驱动装置和控制器组成。竹筷抛光烘干一体机的结构示意图如图1所示，竹筷抛光烘干一体机的驱动装置结构示意图如图2所示。

注：基座1，滚筒2，烘干装置3，喷油装置4，第一轴承5，第二轴承6，第一圆台体21，第二圆台体22，凸条23，加热装置31，风机32，风管33，油罐41，喷油管42，泵体43。

图1 竹筷抛光烘干一体机的结构示意图

注：第一轴承5，第二轴承6，电机7，主动轮8，从动轮9。

图2 竹筷抛光烘干一体机的驱动装置结构示意图

滚筒2、烘干装置3、喷油装置4、驱动装置固定在基座1上。滚筒可转动地架设于基座1上。滚筒包括滚筒2上段和滚筒2下段，由2个圆台体22焊合而成，这样设计使滚筒2开口处收紧，也起到防止竹筷掉出的作用，从而使滚筒2能够设置更高的转速。滚筒2下部轴向与水平面成22°角，滚筒2下部的内部均匀设置有多个凸条，这2个设计可使竹筷更均匀地搅拌，防止竹筷掉出。

喷油装置4包括油罐41、泵体43和喷油管42。油罐41连接于基座1上，进口端连接于油罐41的喷油管42出口端设置有喷油嘴，延伸至滚筒2下段的开口处，由泵体43作用向滚筒内喷油。

烘干装置包括加热装置31、风机32和风管33。加热装置为蒸汽锅炉，固定连接于基座1，始端连接于加热装置的风管，末端延伸至滚筒下段内部，由连接风管的风机将热风吹入滚筒下段。

驱动装置包括电机7、主动轮8、传动皮带和从动轮9，用于驱动滚筒的自转。控制器与泵体43、风机33、加热装置31、电机7电性连接。

3.1.3 工作原理

当成型后的竹筷需要进行抛光及烘干时，将成型后的竹筷放置于滚筒2中，通过滚筒2自转，带动竹筷在滚筒2中翻滚搅拌。在搅拌的过程中，通过泵体43将油罐41中的油抽至喷油管42，通过喷油管42均匀喷洒于滚筒2下段内部，通过竹筷的搅拌翻滚，使竹筷表面均匀涂油抛光；同时通过加热装置31给空气加热，通过风机32向风管33中引入加热的空气，形成热风，通过风管33将热风引入滚筒2下段，实现竹筷的自动烘干。

3.1.4 实施效果

该设备为自主研发的非标设备，目前已自制1台竹筷抛光烘干一体机应用于生产，使用情况良好。经实测，符合设计的技术指标“抛光烘干10 000～12 000根/30 min”，达11 377根/30 min，效率相比传统的通过人工分步进行抛光以及烘干的工艺，提高1倍以上。竹筷抛光烘干一体机设备如图3所示。

图3 竹筷抛光烘干一体机

3.2 自动理筷机研发

2017年1月，华韵公司获国家知识产权局发明专利证书“自动理筷机”（专利号ZL201510269008.2），但是该专利一直未进行成果转化并应用于生产。本次项目包括竹筷在智能生产流程中的“关键技术研发”和“技术应用”2部分。对专利进行成果转化，将纸面的技术转换为实际的设备，研制生产设备应用于生产，是智能生产流程中的“技术应用”部分。

3.2.1 设计思路

在筷子的生产过程中，加工成的筷胚在漂白及烘干时通常是散乱堆放在一起的，需要在梳理整齐后才能进行后续加工。目前一般使用人工来手工整理筷胚，这样生产方式不仅劳动强度较大，而且工作效率较低。

根据本发明专利，设计一种自动理筷机，将散乱的筷坯放在料斗中，通过复升降以不断对料斗中筷胚方向进行梳理，将散乱的筷胚整齐地收集在一起。

3.2.2 设备构造

自动理筷机主要由理筷箱、振动机构、拨杆机构、机架和储筷箱几部分构成。自动理筷机构造如图4所示。

注：理筷箱1，振动机构2，拨杆机构3，机架4，储筷箱5，隔板6，放料口7，出料口8，第一电动机9，带传动组件10，偏心轮11，连杆12，滑动组件13，滑块14，滑道15，第二电动机16，减速器17，链传动组件18，拨杆轴19，拨杆组件20，拨杆21，拨杆套22，拨料块23。

图4 自动理筷机构造图

理筷箱1为无盖的箱体，箱体设有3个平行于理筷箱侧面的隔板，隔板之间的距离等于1/2的筷子长度；理筷箱还包括放料口7和出料口8，放料口7位于隔板6一端的上方，隔板6在放料口7处的上表面，设有锯齿形的拨料块，出料口8位于隔板6另一端且开设于理筷箱1侧面底部，理筷箱1的底面为斜面，理筷箱1的放料口7处的底面高于出料口8处的底面。振动机构2包括第一电动机9、带传动组件10、偏心轮11、连杆12和滑动组件12。拨杆机构包括第二电动机16、减速器7、链传动组件18、拨杆轴19和拨杆组件20，每个拨杆组件上设有至少2根拨杆21。拨杆组件位于理筷箱1的放料口7处的隔板6之间。

3.2.3 工作原理

工作时，拨杆21在第二电动机16的作用下沿着拨杆21轴旋转，理筷箱1在第一电动机9的作用下沿着隔板6长度方向做往复直线运动，散乱的筷子放入理筷箱1的放料口7后，在拨杆21和振动机构2作用下被打散，打散的筷子掉落至隔板6之间，在振动机构2作用下沿着理筷箱1的底面滑落至出料口8的储筷箱内，自动理放整齐。

3.2.4 实施效果

该设备为自主研发的非标设备如图5所示，目前已购置相关材料和零件，自制1台自动理筷机应用于生产，使用情况良好。经实测，符合设计的技术指标“理筷速度7 000～8 000根/min”，达7 564根/min，效率相比传统的人工整理，提高5倍以上。

图5 自动理筷机实体图片

3.3 筷子自动上漆机研发

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华韵公司为实现筷子的智能生产，在筷子上漆工艺方面，经庆元县新华机械制造有限公司转让于华韵竹木有限公司，获得了发明专利“筷子自动上漆机及其使用方法”（专利号ZL201410269963.1）的授权使用，自行进行成果转化，自制一种筷子自动上漆机，能够自动、批量对筷子进行上漆，筷子在放入、推送、夹紧、上漆和取下的过程中完全实现了自动化，免去了人工上漆的生产方式。

3.3.1 设计思路

在整个竹筷生产流程中，上漆是重要工序，当前主要采用人工上漆方式，不仅效率低下，对工作人员的身体健康影响也非常大。针对此情况设计一种筷子自动上漆机，不仅能够提高生产效率，也能够减少对上漆人员的身体伤害。

3.3.2 设备构造

设备构造如图6所示。

设计的筷子自动上漆机包括机架1，机架1上安装有一组用于将筷子柔性夹持限位在机架1上的柔性夹持件2，柔性夹持件2的一侧设有用于对筷子进行上漆的漆斗3，柔性夹持件2的另一侧设有用于将筷子推入柔性夹持件2的推杆组4，柔性夹持件2上连接有带动柔性夹持件2在机架1上作循环运动的步进循环传动件5，漆斗3、推杆组4、步进循环传动件5均安装在机架1上，柔性夹持件2与推杆组4之间设有用于将筷子校正位置便于推杆组4将筷子推入柔性夹持件2的校对件6，校对件6安装在机架1上，校对件6包括2个相互嵌合且在横向上可相对移动的上校对杆7和下校对杆8，上校对杆7上设有一组第一固定块7-1，下校对杆8上设有一组第二固定块8-1，第一固定块7-1和第二固定块8-1之间呈相互交错排列设置，第一固定块7-1和第二固定块8-1的前后两侧上均安装有圆台9，圆台9通过螺栓10分别活动连接在第一固定块7-1和第二固定块8-1上，圆台9底面的直径小于顶面的直径。

推杆组4上连接有用于容置筷子的料斗11，料斗11安装在机架1上，料斗11内分布有一组呈排列设置的嵌块12，相邻2个嵌块12之间留有用于容置单个筷子的空隙13，嵌块12设置在推杆组4和校对件6之间，嵌块12固定在机架1上，嵌块12的顶面呈三角形状设置。

漆斗3上靠近柔性夹持件2的一端内侧设有用于容纳漆料的容置槽14，容置槽14内设有用于将容置槽14内的漆料提升至漆斗3内的升降板15，升降板15上连接有用于驱动升降板15在容置槽14内做上下运动的第一气缸16，第一气缸16安装在漆斗3的侧面上。漆斗3上靠近柔性夹持件2的一端外壁上连接有一组固定片17，固定片17通过可拆卸卡扣18固定在漆斗3上，固定片17上开有用于让固定在柔性夹持件2上的筷子穿过固定片17延伸至漆斗3内的通孔19，通孔19内安装有用于刮除筷子上多余漆料的刮漆皮圈20。

柔性夹持件2包括2个柔性夹持杆2-1，2个柔性夹持杆2-1之间留有用于夹紧筷子的间隙2-2。

推杆组4上连接有用于驱动推杆组4运动的第二气缸21，漆斗3上连接有用于驱动漆斗3在机架1上运动的第三气缸22。

步进循环传动件5上安装有用于将步进循环传动件5限位在机架1上的限位板23，限位板23安装在机架1上。

柔性夹持件2与步进循环传动件5之间设有用于在筷子被推入到柔性夹持件2中后保持筷子稳定在柔性夹持件2上的固定条24，固定条24上开有一组用于让筷子穿过固定条夹持在柔性夹持件2上的C形槽25，固定条24上紧固有覆盖在固定条24上用于封闭住C形槽25的弹性条26，固定条24和弹性条26均安装在机架1上。

3.3.3 工作原理

工作时，先将成堆筷子置入到料斗11内，单个筷子分别落入到嵌块12之间的空隙13内，第二气缸21驱动推杆组4向筷子推动，当筷子头端被推动到校对件6上时，上校对杆7和下校对杆8分离，筷子头端穿过校对件6进入到柔性夹持件2内，当筷子的尾端被推动到校对件6上时，上校对杆7和下校对杆8嵌合，上校对杆7和下校对杆8上的圆台9将位置不正的筷子校对调整到正确的位置，使筷子呈平行排列状态分布在柔性夹持件2上，然后启动第三气缸22，第三气缸22启动将漆斗3向内推送，推送完毕后，筷子穿过通孔19延伸至漆斗3内，然后第一气缸16启动带动升降板15从容置槽14内升起，升降板15将漆料从容置槽14内带出使筷子进行上漆操作，上漆完毕后，第一气缸16带动升降板15在容置槽14内下降，漆料被带回容置槽14内，第三气缸22驱动漆斗3向外运动使筷子脱离漆斗，当漆斗3脱离筷子时刮漆皮圈20在漆斗3上滑动将筷子上多余的漆料刮除，当筷子完全脱离漆斗3后，筷子上漆完毕，然后步进循环传动件5带动柔性夹持件2循环运动到机架I上与漆斗3相反的一侧，在该侧将上漆完毕的筷子取下，完成筷子自动上漆的过程。

3.3.4 实施效果

能够自动、批量对筷子进行上漆气操作，并在机架上移动的漆斗实现对筷子进行自动上漆的效果，漆斗固定片上的刮漆皮圈也能够刮除筷子上多余的油漆，保证了筷子上漆的精度，免去油漆的浪费。

该设备为筷子自动上漆机如图7所示，为华韵公司自制的非标设备，目前已自制2台筷子自动上漆机应用于生产，使用情况良好。经实测，符合设计的技术指标“上漆速度180～200根/min”，达192根/min，效率相比传统的人工上漆，提高2倍以上。

图7 筷子自动上漆机

4 项目技术指标设计与完成情况

经检测，达到以下技术指标，均符合设计要求（表1）。

表1 技术指标

注：以上技术指标相对应的设备抛光烘干一体机、自动理筷机、筷子自动上漆机等都是华韵公司自主研发生产，都属于非xf3I3R8yp8KGgVnbQ/4YPg==标设备。

5 结论

综上所述，福建华韵竹木有限公司通过研发竹筷抛光烘干一体化设备，同时将其他2项专利进行成果转化，将这些技术集成，应用于竹筷生产中，实现了竹筷等竹家居制品在生产过程中自动抛光烘干、自动理筷、自动上漆工艺技术，具有速度快、节约人力、提高效率等优点，极大地提高了企业的生产效率和机械化智能化程度，使企业中大量的人员从繁重、污染、单调重复的工作中解放出来。研发目标产品抛光烘干一体机、自动理筷机、自动上漆机等设备已经投入生产，应用效果好，可起到示范作用，公司自动化加工水平得到大幅提升，可为企业扩大生产规模和生产领域提供了广阔前景。

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