重组竹碾压疏解竹丝高效组合设备的创新研究-徐有明

-4-2014年12月第25卷第6期-4-研究与设计重组竹碾压疏解竹丝高效组合设备的创新研究徐有明1，滕方玲1，陈红1，王营1，王志勇2，周骏2（1.华中农业大学，武汉..430070；2.湖北巨宁森工股份有限公司，咸宁..437000）摘要：介绍了新研制的竹丝高效疏解组合设备的工作原理、结构特点、主要技术参数及工作过程。与旧设备测试比较表明，新设备将竹材去节、去青、去黄、点裂、疏解、展平等过程组合成一台机床，占地面积由40平米降到10平米，总动力由52.5千瓦变为24千瓦，降低60.38%，用工数由6~8人降为2人，碾压疏解竹丝能力由每小时300~400千克提高到800~900千克，竹材资源利用率由60~65%增加到75%以上，竹丝疏解完全，产品质量达到国标要求，明显降低了重组竹生产成本，经济效益显著。关键词：竹材加工；重组竹；竹丝；碾压疏解设备；创新设计与研发DOI编码：10.13594/j.cnki.mcjgjx.2014.06.002中图分类号：TS642文献标识码：A文章编号：1001-036X(2014)06-0004-05TheinnovationresearchonmangleanddefiberingequipmentofbamboofilamentwithhighefficiencyforreconstitutedbamboolumberXUYou-ming1,TENGFang-ling1,CHENHong1,WANGYing1,WANGZhi-yong2,ZHOUYun2(1.HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China;2.HubeiJuNingForestIndustryLimitedCompany,Xianning437000,China)Abstract:Thispaperdescribedtheworkingprinciple,structurecharacteristics,maintechnicalparametersandworkingprocessofanewefficientcombinationofmangleanddefiberingequipmentofreconstitutedbamboolumberwhichwasresearchedanddevelopedrecently.Incomparisonwiththetraditionalequipmenttest,thenewdevicecangettingridofbambooknot,outboardbamboo,inboardbamboo,splittinginpoint,defiberingandflatteningandcombinedintooneprocess.Andthecoveringareareducedfrom40squaremetersto10squaremeters.Thetotalpowerreducedfrom52.5kwto24kw,anditreducedby60.38%.Thenumberofworkersreducedfrom6~8to2.Inaddition,theproductionefficiencyincreasedfrom300~400kgperhourto800~900kgperhour.Theresourceutilizationincreasedfrom60~65%tomorethan75%.Furthermore,thebamboofilamentwasdefiberedcompletelyandtheproductsqualityalsoreachedthenationalstandardrequirements.Itgreatlyreducedthecostofproducingrecombinantbambooandbroughtremarkableeconomicbenefit.Keywords:bambooprocessing;reconstitutedbamboolumber;bamboofilament;mangleanddefiberingequipment;creativedesignandinnovationresearch收稿日期:2014-08-25作者简介:徐有明（1963-），男，教授。基金项目:湖北省2013年重大科技创新计划项目“高性能多用途竹基纤维复合板材(重组竹)生产加工技术转化示范”（2013ABB006）资助。重新组合工序制成的高强度、幅面尺寸大、具有天然竹材纹理结构的新型人造板[1]。它突破了传统的切削加工方式，采用碾压疏解机械设备加工竹材，为竹材的综合利用开辟了一条新的途径。随着竹材资源的深入开发和竹加工企业生产规模持续加大，竹材加工设备也得到相应的快速发展。但与现代化木材加工企业比较，竹材加工设备、工艺技术和自动化程度仍然处于较低的水平。由于竹子纵向厚度尺寸不均匀，其茎杆本身直径小、中空，竹材外表面有较多近几年，我国竹产业发展很快，尤其重组竹产品的研发，对竹产业的发展起到重大推动作用。重组竹是在不打乱竹质纤维排列方向，保留竹材基本特性前提下，经过碾压疏解设备加工成横向不断裂，纵向松散而又交错相连的网状竹束，再经干燥、施胶和热压(或冷压)等14年6期拼版.indd42015-1-1915:41:10-5-2014年12月第25卷第6期-5-研究与设计突出的硬节，表面竹青含有蜡质，内腔面竹黄含有硅质，二者易开裂，不易被浸胶湿润；而且竹材强度和硬度显著高于一般木材，这些特性导致竹材不易加工，竹材资源利用率低，制约着竹材加工产业的发展。重组竹竹材疏解方式一直围绕“效率、质量和利用率”三方面开展工作，从劳动强度大、效率较低的手工疏解[2]，到类似重组木的手工锤击和效果较好的辊压疏解[3]，到先软化再辊压疏解竹材的方式[4-5]及竹材先去青，再剖分，然后辗压成不断裂、纵向松散而交错相连，不打乱竹材纤维排列方向竹束的处理方法[6]。这种压丝机，压丝速度明显加快，有一定效果，但仅适用于宽度4cm以下竹条，同时因竹材纵向上厚度不均匀，压丝机不能自动调节，加工前需挑选竹条厚度，效率低，难以大规模应用[7]。针对小径竹，在疏解效果较好的YZ601压轧疏解机组合设备[2]的基础上，研制出慈竹、绿竹和毛竹等竹材重组竹碾压疏解机[8]，不去青不去黄，制备竹丝原料，通过点裂微创，疏解竹青竹黄分离后再胶合，可使竹材表面难以胶合的腊质层和硅质层呈点裂或线裂分离，满足胶钉胶合的要求，达到改善胶合的目的，其重组竹力学性能，均优于压丝机和压轧疏解机。目前这方面专利有2个：CN1014486214A（公开日是2009－07－22）（为一种大片竹束帘及其制造方法）和CN201456160U（公开日是2010－05－12）（为竹材展平疏解机），该类专利产品理论上竹资源利用率可达90%。生产上现有的竹丝疏解设备，占地面积大，动力大。加工过程中单独去除竹青竹黄，或不去青、不去黄，竹青和竹黄疏解若干次，多次翻动，容易卡机、用工多，劳动强度大，疏解不完全，浸胶难，导致竹材资源利用率低，效率低，生产成本高，制约着重组竹产业的快速发展，急需研发出一种新型的重组竹碾压疏解成竹丝的高效组合设备。针对上述问题，课题组在湖北省重大科技创新计划项目的支持下，通过高性能多用途竹基纤维复合材料生产加工技术转化示范，在现有竹材加工设备的基础上,创新研制出了一种竹材碾压疏解高效组合设备（获得国家发明专利ZL201210440728.7）及分离技术，动力小，占地面积小，用工少，劳动强度低，可在工业化生产时一次成型，将竹片疏解成竹纤维束竹丝，利于浸胶完全，保证重组竹产品质量，竹材利用率显著提高。该设备已委托授权批量生产，投放到竹产区，可为重组竹生产提供疏解完全的竹丝原料。本文对该设备的工作原理、结构特点及其主要技术参数、重组竹基本单元加工工作过程作一介绍，以期推动该设备在重组竹产业的应用和推广，以促进重组竹加工利用效率和效益的提高。1碾压疏解竹丝高效组合设备的设计原理与系统组成1.1设计原理原料疏解制备工艺是制造重组竹的关键工序，原料通过疏解设备后的效果和外观形态、横截面尺寸大小对重组竹结构材性影响显著。针对现有设备存在的问题，本着不直接去青、不去黄，降低劳动强度，提高竹材资源利用率和提高工作效率的原则，按照竹片疏解成横向不断裂，纵向松散、分离完全而相互粘连在一起的竹丝或网状竹丝束以利浸胶，保证产品质量和强度均匀性；按照竹材疏解成竹丝程序、功能和竹丝质量要求，设计将六台单一功能的独立机床设备，组合成一台高效组合设备，占地面积小，动力小，并且可根据竹片厚度变化自动调节间距施压，将竹材表面竹青、竹黄部分用圆滚碾压、搓碾，点裂成丝，疏解成纤维束来解决大面积竹青腊质、竹黄硅质影响胶合问题。1.2系统组成竹材高效疏解机包括：一个机架，安装在所述的机架上的进料口、驱动装置和疏解进给装置。疏解进给装置为同组疏解进给装置及一个置于最后端的多组单元疏解进给装置，疏解进给装置组之间还安装有置于所述进料口平行中间线的上端和下端，用于刮去竹黄和竹青的圆轴刀。竹材碾压疏解高效组合设备的疏解进给装置上端安装有带齿的疏解辊，下端安装有进给辊，或两端相反，其间距由弹性调节装置根据竹材的厚度自动调节，当辊间距较小时，即上下辊间距小于试材的高度方向厚度，会对试材在厚度方向上实施很大的载荷作用，当所产生的应力大于试材内部破坏应力时，试材会沿宽度方向上延展变形，从而使竹材出现撕裂和裂纹裂隙。同时，碾压辊对试材的载荷作用又会产生足够的摩擦力，使试材能随着进给辊旋转方向进给，从而完成碾压疏解过程。设备中的圆轴刀主要是去掉竹青及竹黄的蜡质层和硅质层，相同装置单元以此类推。即首先将竹料将竹黄向上经进料口进入第一组单元疏解进给装置去竹节、疏解、展平，经一组圆轴刀进行第一次初刮，再进入第14年6期拼版.indd52015-1-1915:41:10-6-2014年12月第25卷第6期-6-研究与设计二组单元疏解进给装置疏解、展平，这三个过程主要都是对竹黄部位疏解，然后下一步进入高速运转的两组圆轴刀，再进入第三组单元疏解进给装置去疏解、展平，这组装置主要是去掉竹青及蜡质层，再经圆轴刀对竹黄部位精刮，最后进入多组单元疏解进给装置进行多次疏解、展平，生产出产品。2竹材碾压疏解高效组合设备的结构设计2.1总体结构设备总体结构如图1所示，尺寸为3170×1320×1060mm。整个设备由同组疏解（图1中2、4、7）、进给装置、安装在机架上的四个圆轴刀（图1中3、5、6、8）和一个置于最末端的多组单元疏解进给装置（图1中9、10）三个部分和电控面板（12）组成。1进料口2、4、7、同组疏解装置3、5、6、8圆轴刀9、10多组单元疏解装置11机架12控制面板图1竹材碾压疏解高效组合设备总体结构进料口l安装在机架11上，然后安装第一组同组疏解进给装置。同组疏解进给装置包括两个平行安装的单元疏解进给装置；而单元疏解进给装置由一个圆形辊和疏解辊组成，圆形辊和疏解辊之间有使竹料通过的间隙，以进料口l为平面，分上、下相对应的的疏解辊和进给辊（圆形辊）组成；第二组同组疏解进给装置的疏解辊置于进料口(1)平行中间线的上端；第三组同组疏解进给装置的疏解辊置于进料口l平行中间线的下端；最末端多组单元疏解进给装置由三或四个单元疏解进给装置组成，其中三或四个单元中疏解辊交错排列。此外，第一组同组疏解进给装置和第二组同组疏解进给装置之间安装有第一个圆轴刀3；第二组同组疏解进给装置和第三组同组疏解进给装置之间有置于进料口1平行中间线下端的第二、第三个圆轴刀4、5；第三组同组疏解进给装置和最后端的多组单元疏解进给装置之间有置于进料口1平行中间线上端的第四个圆轴刀6。安装在机架上在平行中间线的上端的疏解辊、进给辊和圆轴刀还分别装有弹性调节装置，弹性调节装置由弹簧和导向块通过调节螺丝来控制弹簧的伸缩距离而起到调节的作用。2.2疏解进给装