新型竹筒破削机的设计

雷日扬

0 引言

根据《中国竹产业发展规划》，到2020年，中国竹产业总产值将达到480亿美元，竹产业直接就业人数达到1000万人。比如，广西的资源、田林、白色、玉林等县市的竹产业都取得了快速发展，已经成为该地区经济社会发展的支柱产业和农民家庭经济收入的主要来源。竹签是竹加工产品中产销量较大的一种，目前竹签生产的工艺流程是：裁竹→破竹→拉丝→按要求长度切断竹签丝→抛光→削尖→分选→点数（称重）包装。其中破竹步骤中，目前采用用人手抓住要破成片的竹筒，一端对准刀片后，冲头快速冲击竹筒另一端，把竹筒往刀片方向推送，完成破竹。这种操作存在效率低下，人手若收不快易受冲头冲伤，产生不安全隐患。另外，破开的竹片四方散开，需要人来收集，浪费人力。研制具有能够代替人手托料的自动上料功能，且能把破好的竹片自动收集的安全可靠，工效成倍提高的新型破竹机具有重要的应用价值。

1 新型竹筒破削机的技术方案

图1是新型竹筒破削机的三维仿真设计图，新型竹筒破削机由竹筒提升喂送机构、竹筒破削机构和竹片收集机构组成，实现竹筒的自动喂送、破竹、破出的竹片自动收集归拢的功能。新型竹筒破削机的工作原理是：竹筒提升机构电机通过皮带传动，带动减速器减速，减速器输出端带动链条传动，竹筒托爪固定在输送链条上，待破削的竹筒放在竹筒托爪上，随着链条的向上输送而提升，到最高位置向下沿轨道滚下，轨道底部有竹筒喂送闸门，挡住滚下的竹筒。轨道底部设有竹筒喂送机构，该喂送机构由喂送气缸提供动力。待前一竹筒破削完成复位后，喂送气缸开始动作，打开竹筒喂送闸门，竹筒就滚落到竹筒破削托爪上，接着竹筒破削气缸开始动作，破竹冲头冲击竹筒，把竹筒推向破削刀具，实现破竹动作。竹片破出的同时，竹片收集气缸开始动作，气缸活塞杆推出，带动推杆动作，推杆带动抓爪导杆沿着特殊设计的导轨运动，实现左右抓爪的合拢收集竹片动作，把破出的竹片收集落在收集箱中。破削完后冲头随气缸活塞杆往回收，竹筒托爪活动轴上设有复位弹簧，在弹簧作用下竹筒托爪复位。竹筒提升电机又开始动作，把另一竹筒输送到位，完成一个工作循环。

图1 新型竹筒破削机的三维仿真结构设计图

2 新型竹筒破削机的结构设计

新型竹筒破削机由竹筒提升喂送机构、竹筒破削机构和竹片收集机构组成。

2.1 竹筒提升喂送机构设计

图2是竹筒提升喂送机构设计图，竹筒的提升机构由电机、皮带传动机构、减速器、链条传动机构、输送链条及竹筒托爪构成。采用变频器控制电机的转速。电机通过皮带传动，带动减速器减速，减速器输出端带动输送链条传动，输送链条上固定有竹筒托爪，待破削的竹筒放在竹筒托爪上，随着输送链条的向上输送而提升，到最高位置向下沿轨道滚下，轨道下端有竹筒喂送机构的闸爪拦住竹筒。竹筒喂送机构安装在轨道底部，图3是竹筒喂送机构设计图。竹筒喂送机构由竹筒喂送气缸、推杆、摆杆、转轴、闸爪构成；推杆与竹筒喂送气缸的活塞杆固定连接，摆杆与转轴固定连接，两个闸爪与转轴固定连接，且转轴与固定在机架上轴孔座配合，可以转动；推杆与摆杆通过导向槽配合工作，转轴带动闸爪实现向上张开及向下收拢动作；闸爪安装在轨道底部。当前一竹筒破削完成后，喂送气缸开始动作，带动推杆向前推出，推杆带动摆杆摆动，摆杆通过转轴带动闸爪向上打开，竹筒就可以通过闸爪向下滚落到破削机构的竹筒托爪上，完成一次竹筒喂送动作，喂送气缸回收，闸爪重新复位，拦住下一个竹筒。

图2 竹筒提升喂送机构设计图

图3 竹筒喂送机构总成图

2.2 竹筒破削机构设计

如图4所示，竹筒破削机构由机架、破竹气缸、一对竹筒托爪、刀架及破削刀具构成。竹筒托爪安装在竹筒喂送闸门下端，当竹筒喂送闸门打开，待破削的竹筒就滚落到竹筒托爪上。破竹气缸的活塞杆连接有破竹冲头，竹筒滚落到竹筒托爪后，破竹气缸启动，破竹冲头冲击竹筒，将竹筒推向破削刀具，完成竹筒破削动作。破削刀具安装在刀架上，竹筒托爪的导轨上设有复位弹簧，在复位弹簧作用下竹筒托爪复位，承接下一个待破削竹筒。

图4 竹筒破削机构及竹片收集机构设计图

2.3 竹片收集机构设计

如图4所示，竹片收集机构由竹片收集气缸、推杆、竹片收集抓爪、抓爪导轨、收集箱、导杆和滑块组成。竹片收集气缸的活塞杆与推杆固定相连，推杆带动导杆沿着抓爪导轨运动，实现左右抓爪的合拢收集竹片动作，将破出的竹片收集落在收集箱中。抓爪导轨为抛物线形，导杆下部固定有两条导向轴，导向轴与滑块通过孔配合相对运动，带动抓爪实现横向收拢动作。竹片收拢工作过程：在竹片破削开始的同时，竹片收集气缸开始动作，气缸活塞杆带动推杆动作，推杆推动导杆动作，导杆沿着特殊设计的导轨槽动作，导轨槽设计成抛物线形，导杆下部固定着两条导向轴、导向轴与滑块通过孔配合相对运动、带动抓爪实现横向收拢动作；同时，滑块通过抓爪导向轴带动抓爪沿着滑块导轨纵向运动，实现抓爪跟随竹片破削伸出动作。

图5是竹片收集抓爪总成图，竹片收集抓爪总成安装在抓爪导向滑块上。竹片收集抓爪总成由导杆、滑动轴、导套、弹簧及抓爪组成。抓爪通过两连接杆与安装座相连，两连接杆一端与抓爪固定连接，另一端均穿过安装座与导套相连，两连接杆上套接有弹簧，弹簧安装在安装座与抓爪之间，安装座通过滑动轴与导杆连接。该结构可实现抓爪对竹片的弹性抓紧作用。

抓爪导向滑块沿着滑块导轨运动，实现抓爪总成的纵向运动。滑块导轨安装在滑块导轨固定座上，滑块导轨固定座安装在机架上。

图5 竹片收集抓爪总成图

3 新型竹筒破削机的主要特点

（1）创新设计竹筒提升喂送机构，利用带有托爪的链条循环输送机构把竹筒输送到待破削区。利用气缸作为动力，气缸活塞头部接特殊设计的竹筒喂送机构，活塞每一次动作，就投放一个竹筒进行破削，实现竹筒自动投放动作。

（2）创新设计竹筒破削机构，创新设计竹筒破削托爪。托爪能够随着竹筒破削过程进行移动，保证竹筒能够破削完全，破削完后自动复位，且保证不与冲头板相碰。

（3）创新设计破削竹片收集机构，利用气缸作为动力，气缸活塞头部接特殊设计的竹片收集机构，竹片收集气缸与竹筒破削气缸同时动作，活塞每一次动作，就把刀片破削出的竹片同时进行收集，收集的竹片集中放入竹片收集箱中，解决破出的竹片四下飞散的难题。

4 结束语

本文针对竹签生产过程中破竹工序存在的问题设计一种新型竹筒破削机。经过制造样机进行试验，得出竹筒破削机的提升机构、喂送机构、破竹机构、竹片收拢归集机构动作配合合理，结构稳定，达到设计目的。设计的竹筒破削机结构合理，构思巧妙，具有创新性。新型竹筒破削机已获得国家知识产权局实用新型专利授权，专利号ZL 201621115250.0.该机可解决旧破竹机人手托料易伤手的安全生产问题，可实现竹筒自动上料、破竹、破出竹片自动收集归拢功能，提高竹产品生产的自动化水平，大大提高生产效率，对竹产品生产具有重要的应用价值。

[1]张素梅，林全国 .竹筒的自动输送装置[J].福建林业大学学报（自然科学版），2016，45（6）：726-729.

[2]孙晓东，尹 华.竹材去内节破竹机的设计[J].湖南林业科技，2009，36（5）：15-18.