机械5

近些年由于生活水平的提高，人们对家居装饰提出了更高的要求，竹材因其强度高，耐磨性好，纹理清晰美观，而且为天然绿色环保产品大大迎合人们回归自然的心理，深受人们的喜爱，市场前景非常广阔。为了组织大规模生产，必须使用合理高效的专用加工机械，但以竹子为原料生产板材是八十年代才开始研究的课题，到目前为止，最具有代表性的展开法为半竹平板加压展开法、旋切展开法2种，对于最有经济附加值的整竹无裂纹展开因其难度较大而在国内外基木属于空白。 要想获得整竹无裂纹展开竹平板，竹筒去青是关键工艺，去青后的竹筒表面质量的好坏将直接影响竹平板的展开质量。本文所涉及就是力求在遵循竹子特点的前提下，开发出一套成本低，操作方便，生产效率高，适用于大规模生产加工的整竹无裂纹展开的竹筒技术及装备，从而获得幅面宽度为250-300mm、厚度为5-6.5mm、长度为2500mm的整竹展开竹平板、竹平板刨切薄片及薄片贴面装饰板。 本文采用通过理论与实践相结合的研究方法，首先大量查阅有关毛竹特性的资料，再直接对采自毛竹原产地的原材料进行实际的数据测量和分析。同时在考虑毛竹竹筒几何外形不规则以及材料的特殊性的基础上对目前的多种去青加工方法进行比对分析，最终选择了表现最优的砂辊磨削方法，为使所设计的加工设备与市场现有设备相比较具有更好的通用性和操作性，适用各地组织大规模竹材加工，本文依据毛竹的特点对所设计的设备的各部件进行优化，特别是对关键的竹筒的装夹设备，小型简易砂辊的特殊结构进行了详细的设计优化。 在去青磨削中，磨削力的大小是由磨头拉紧弹簧的拉力大小决定的。由于毛竹“三度”的影响，砂辊随竹筒外形的变化而浮动时，必然会引起磨削力的变化。为保证竹筒表面的磨削质量，应使在磨削过程中磨削力的变化尽量小，即拉紧弹簧的拉力变化尽量校我们根据上述原则对拉紧弹簧的设计和安装位置的选择进行了详细分析设计。还是由于毛竹的“三度”的影响，特别是弯曲度的影响，在磨削时，竹筒自身旋转会引起砂辊的上下、左右浮动。弯曲度越大，浮动量越大，引起弹簧的拉力变化就越大，因而磨削力的变化越大，表面加工质量就越差。为了适应外形既弯曲又椭圆的竹筒去青要求，本课题设计出了一种专用的装夹装置。其结构简单、造价低廉、可靠性好。同时我们还根据磨削力的变化尽量小等原则刘‘夹具的装夹位置进行了优化设计。。一般木材磨削用的砂辊尺寸较大，结构比较复杂。而在竹材加工中，需要设计一种较小的包裹式砂辊，其磨削直径为150mm，轴向砂布宽度为100mm。我们所设计的简易砂辊是针对整竹去青设计的一种特殊砂辊，它不仅工作可靠、性能优，而且结构紧凑、重量轻，更换砂布方便、快捷。详细阐述了它的结构特点，并重点对砂辊中的关键零件弹性环的强度和刚度进行了理论分析和计算。 本课题研究设计出了一种全新的整竹去青加工工艺及设备加工获得整竹表面的加工质量理想，适合于无裂纹展开，具有较高的推广意义。 随着经济的发展和人们生活水平的提高，社会对木质材料的需求也大大增加，由此导 致森林“赤字”不断扩大，森林资源质量与材种急剧下降，成熟材、优质材、大径材不断 减少。同时，国家为了控制生态平衡，防止水土进一步流失，已经实施天然林保护工程， 严禁乱砍乱伐，使得木材的供需矛盾更加尖锐。为了解决这一矛盾，急需一种新材料来替 代木材的需求，经过长期的调查和比较，竹子成为人们的第一选择，因为与木材相比较， 竹子的生长周期短而且易于密植，资源再生速度快，物理力学性能优越，而且我国是世界 上竹子资源最丰富的国家，分布地域相当广泛，资源取得方便容易，因此竹子无疑成为最 经济有效的木材替代产品。1956年6月，国务院发出《关于保护和发展竹林的通知》要 求各级政府采取有效的措施保护和发展竹林，1962年在江苏召开全国竹子生产会议，1982 年7月林业部在北京召开南方12产竹省竹林经营利用汇报会议，竹子的发展进入良性循 环的轨道。在我国木材资源长期短缺的情况下，全方位高效率加工利用竹材资源以弥补木 材资源之不足具有很重要的意义。 近年来，中国竹材工业化利用和科学研究有了很大的发展，各种竹材加工企业应运而生，目前，竹制品广泛用于建筑，装饰，汽车等各个领域，按加工后的产品来分，可以做 成竹材胶合板，竹编胶合板，竹蔑积成胶合板，竹材碎料胶合板，竹材复合板，竹材集成 地板等等。特别是近些年由于生活水平的提高，人们对家居装饰提出了更高的要求，竹材 因其强度高，耐磨性好，纹理清晰美观，而且为天然绿色环保产品大大迎合人们回归自然 的心理，深受人们的喜爱，市场前景非常广阔。 竹子的原材料价格低而以竹子为原料深加工后的产品往往价格很高，产品的经济效益 好。为了组织大规模生产，必须使用合理高效的专用加工机械，但以竹子为原料生产板材 是八十年代才开始研究的课题，到目前为止，最具有代表性的展开法为半竹平板加压展开 法、旋切展开法2种，其中半竹平板加压展开法，由于展开后存在明显的裂纹且展开质量 不够理想，虽然不影响胶合板类产品的制造，但不适用于深加工，而旋切展开法由于受竹 筒几何形状的限制，旋切展开的长度只能在600mm左右，且竹材的利用率仅有20一30 对于最有经济附加值的整竹无裂纹展开因其难度较大而在国内外基本属于空白，因此课题 由此而生。若能对去黄，去青后的整竹实现无裂纹展开，即能获得幅面长度为2500~，宽度为250~320mm、厚度为5~6.5mm的无裂纹展开竹平板，将其刨切成0.2~0.5mm厚的薄片，粘贴在各种类型的板基上，将创造出一系列全新、自然美观的装饰材料。根据竹产区毛竹的市场价格，胸径10cm的毛竹售价每担(100斤/担)20~22元，可截取2500mm的竹筒2~3根，若展开后刨切成0.4mm厚的薄片，并考虑展开和刨切中的废品率各为20一担毛竹也可刨得薄片约巧mZ，若按照每平方米12元的价格计算，20~22元一根毛竹可创产值180元，其经济效益相当可观。另外，我国的竹产区大多数在农村及偏远山区，若能实现工业化生产，不仅可提高竹产区农民的收入，增加就业渠道，还可以促进落后地区的经济发展，其社会效益显著。由于整个课题比较庞大，本课题仅研究整竹无裂纹展开加工中的主要工序之一，即整竹去青技术及设备的研究。 1.2国内外研究的现状 中国是世界上利用和加工竹子历史最早的国家，在对西安半坡村(公元前6800一3600) 和浙江新石器遗址(公元前3200一3000)的竹器出土文物考证，在五六千年前就开始利用 和加工竹子。随着我国经济开放的不断深化，竹业有了较大的发展，90年代发展速度之 快利用之广是空前的，全国竹业进入快速发展阶段。竹子利用呈现出由传统利用向现代化 利用，单一利用向综合利用，手工和半机械化生产向机械化生产，粗加工向精深加工，单 一产品向系列产品以及低附加值向高附加值全面发展的态势，形成了具有一定规模的竹子 加工工业体系。 我国是世界上竹材加工利用比较领先的国家，目前我国的竹材人造板生产和品种都居世界之首，现有各类竹材人造板加工企业400多家，其中竹地板厂100多家，但就其规模而言，多数以中小企业为主，竹材人造板企业的年生产能力多数在5000耐以下，只有少数能达到10000m3，就技术设备而言，目前仍处于机械和手工作业相结合的形式，尚无高度机械化或连续化的生产工艺和生产设备，生产效率不高，用于竹材加工的特殊机械设备比较单一，竹材展开也大多采用四分之一或半竹展开，这一切的原因是多方面的，既有竹子工业化利用发展的时间不长也有竹子本身特性所造成的加工困难，因此即便是比较先 进的企业所采用的技术也是四分之一或半竹展开，一般竹片展开80一100~，竹片表面一般有展平裂纹，不适宜作为装饰用材。对于最具市场前景的整竹无裂纹展开在国内外还基本是空白。 全世界范围内森林资源遭受严重破坏以至木材的供应量远远不能满足人们的需求，为了有效的替代人们对木材的需求，达到“以竹代木”，“以竹胜木”的目的，国外政府也投入大量的资金和人力积极的探索竹子加工和利用的新方法和新工艺，其中以日本和菲律宾为最深入，已经形成一套比较合理的加工方法和工艺，开发出许多竹材加工专用设备，比如日本研制的竹材旋切板技术就比较先进，但这些国家目前所采用的竹材展开方式仍是 四分之一或半竹展开，对于整竹展开技术设备也仍处于开发设计阶段。 本课题正是基于此而提出，力求在遵循竹子特点的前提下，开发出一套适用于大规模 生产加工整竹无裂纹展开的新设备，从而获得幅面长度为2500mm。、宽度为250~320mm厚度为5~6.5mm的整竹展开竹平板，由此竹平板刨切成薄片粘贴在各种类型的板基上获 得薄片贴面装饰板，以填补市场空白，满足市场的需求。 1.3主要研究的内容 本课题着重于整竹无裂纹展开去青技术与装备的研究与开发，在研究时注重理论与实践相结合。经过潜心研究、反复试验后，首先在长50mm的短竹筒上实现了无裂纹展开，使我们的信心倍增。这一结果证明只要保证去黄、去青质量，获得一个较为理想的竹筒，经过开缝、软化处理后，实现整竹无裂纹展开是完全可能的。对于展平后的无裂纹竹平板板材胶合后可以加工成竹地板，也可继续将成型竹平板刨切成0.2一0.5mm厚的薄片(每片板材可以刨切8~20片)，贴在其它各种板基上制成竹木复合装饰板。要想获得整竹无裂纹展开竹平板，竹筒去青是关键工序，去青后的竹筒表面质量的好坏将直接影响竹平板的展开质量。在竹子中，尤其在竹青和竹黄中含有大量的SiO2，还有少量的脂肪，形成“腊质层”，影响竹材的胶合及无裂纹展开所以必须去除。但是“腊质层”用常规溶剂不起作用，目前较有效的方法是机械去除。 课题所涉及的去青部分研究的主要内容包括以下几个方面: (1)、去青加工工艺方法的选择。在多种加工方法中优选，例如车削加工，刨削加工， 刮削加工，磨削加工等。根据竹子和竹青的特点，如何在最短的加工时间将竹青完全 去除，提高劳动生产率同时降低加工成本，本课题初步拟选砂带磨削的办法去除竹青 部分，但随课题的深入研究和遇到的问题仍可灵活调整; (2)、砂辊的结构设计。由于砂布磨损较快，生产中需经常更换，必须设计一种工作可 靠、结构简单、重量轻、便于更换砂布的特殊砂辊; (3)、竹子装夹设备的选择。由于竹子的特点比较特殊，即竹子是中空的，较脆，每根 竹子的粗细不同而且由于植物生长的特性使得竹子两头的粗细也不同，另外最重要的 是竹子并不是规范的几何圆形，此外还有如何装夹才能最大限度的出材，这样的特点 使得竹材加工不可能使用现有的用于装夹普通机械零件的夹具，必须重新设计; (4)、加工使用机床主体的选择。在保证机器工作性能的前提下，力求成本低，易制造; (5)、其它。机床电气控制设备的优选，本着尽量使机床控制简单化，安全化，生产效 率最大化的原则，对机床电气部分进行优眩 1.4研究方法及具体步骤 1.4.1研究的方法及手段 在缺少相关资料的情况下，为使本课题的研究与开发顺利进展，拟采取以下方法和手段去解决问题。 (l)、广泛查阅有关竹子的特性数据，力求在最大程度上把握竹子加工与普通机械零件加工工艺上的不同，为制定去青工艺及设备的设计提供准确的数据和理论依据; (2)、广泛研究国内外现有的有关竹材加工工艺设备方面的文献，通过各种形式，深入市场调研，对市场需求进行分析，广泛收集资料，从经济性等各方面出发最终确定整竹去青加工设备的最优方案，明确本课题中用到的有关知识，拟订详细的试验计划: (3)、组织人力进行设备设计可行性的最终论证，深入工厂加工出设备雏形，通过小试、中试以取得较多可靠的数据，同时有选择性地吸收国内外类似研究的数据和成果，并以此作为本课题的参照; (4)、在对大量试验数据加工处理的基础上对试验的结果进行分析，找出存在的问题，不断改进设计，将设备优化。 1.4.2研究步骤 本课题在理论分析研究的基础上进行实际工艺设备的开发制造，在阶段采用理论 与实践相结合的方法，先从各环节可能出现的问题入手，基础和理论分析相结合，从对该 设备的加工试验得出有效理论依据，采集大量数据进行优化分析，最后回到实践中去加以 指导和改进。 (l)、探讨目前各种竹子去青工艺设备的优缺点，最终选择合适的去青工艺及设备设计 方案; (2)、深入市场和工厂，根据市场的需求和工厂的现有的加工能力确定机床设备的基本 配置; (3)、利用计算机对竹材加工数据进行分析，优化设计方案，准备投入样机生产; (4)、对所加工出样机设备进行大量，仔细的分析，力求最多的找出设备存在的问题， 不断修正调试以使设备优化。 1.4.3在哪些方面有所进展和突破 通过本课题的研究，可获得以下进展和突破: (1)、研究出一种全新的整竹去青加工工艺及设备，力求有一定的推广意义: (2)、所设计的加工设备与市场现有设备相比较有更好的通用性和操作性，适用各地组织大规模竹材加工; (3)、获得整竹表面的加工质量理想，适合于无裂纹展开的去青竹筒; (4)、最大限度的降低所设计的加工设备的生产成本，便于推广到一些经济欠发达的竹材产地。第二章毛竹的特性及去青方式的优选 2.，毛竹的特性 为实现可持续发展，我国启动了天然林保护工程，在生态保护区实行禁伐、限伐，大幅度削减木材采伐量。在今后一段时间，生产实木地板的原材料将更加短缺。在崇尚自然和“绿色装修”的今天，竹地板以其优良的内在品质和赏心悦目的外观，逐渐受到消费者青睐。它的天然色泽十分美观，富有弹性，防潮、强度高、韧性好、耐磨损、冬暖夏凉，用竹子的弧面作为外观面，有一种独特的韵味。竹地板以其独特的魅力和风格，成为人们对地板材料的理想选择之一。