面向竹材加工的高效去内节装置结构设计开题报告

1. 研究目的与意义

竹材是一种生长迅速、产量高、材质优越、易于更新恢复的重要森林资源。它不仅生长周期短，而且物理力学性能优越。我国毛竹产量高达世界总量的 90%以上，竹林面积将近400 万平方公顷，竹林面积约占国土面积 0.5%，占全国森林面积的 2.9%，每年可利用竹材大约有五亿根，相当于 1000 万平方公顷以上的木材。因此，科学的经营竹材资源对竹材加工产业的健康发展和壮大有重要意义。 竹材具有强度高、硬度大、韧性好等特性，同时也是建筑工程理想原材料。

目前竹材已经有了一定的开发利用，如竹编凉席、竹地板、竹胶合板、竹筷、竹炭、竹纤维和竹提取物，还用在汽车和科技产品中。但是就目前的竹加工机械水平，竹材利用率较低，一般竹材产品竹材利用率在50%以下，个别产品仅有20%~25%。统计数据表明，竹材加工产品的竹材利用率分别为：竹席竹帘为 45%~50%、竹胶合板为 35%~40%、竹板为 20%~25%、竹材综合利用率在40%左右。也就是说在生产同一种竹加工产品时，至少有 50%~80%的竹材未利用，不仅造成竹材资源的严重浪费，也使了生产成本增加，严重制约了竹材加工产业的发展。

由于技术和成本等因素的限制 ,现在的竹工机械基本是简单的从木工机械直接改造而来。利用这些机械加工竹材,对其产品质量、效率、成本以及设备的可靠性、耐用性、自动化程度等都会造成一定程度的不利影响，远不能完成现代高质量竹产品生产的需要。随着我国竹材工业的迅速发展,对竹材加工机械提出了新的需求。目前,我国竹材加工机械方面研究相对较少，发展现代竹工机械对我国竹材加工业乃至我国现代林业的发展具有重要的意义。虽然我国已成为竹材加工技术水平较高,产品种类最多,但现行的装备与工艺越来越不适应现代竹产业发展的需求,装备的老化,导致了原材料利用率低,生产成本高,利润低,产品竞争力不高,在一定程度上阻碍了我国林业的发展为能对竹产业相关装备进行集成创新、升级，因此，研究与开发竹材加工利用新方法、新技术及其相关设备是提高竹材加工利用率、扩大产品应用领域的有效途径，也是有效利用竹材资源的关键所在。而竹材去内节是竹材加工必不可少的工序，目前竹材多用手工去内节的方法，但是手工去内节远不能满足工业化生产需求，因此，本课题着重对加工过程中的去内节工序进行研究，设计可进行高效去内节的机械设备。本课题将对此机械的关键零部件、关键机构、关键尺寸参数等进行研究，通过创新性设计形成机械装置三维模型，完成装配图，并进行关键零部件的设计、计算和校核，形成完整的设计报告和设计文档，为竹材去内节加工提供切实可行的解决方案。

2. 国内外研究现状分析

在上世纪50年代以前，人们往往采用篾刀、劈刀对竹材进行剖分，属于纯手工破竹。破竹去内节效率低下，劳动强度大，易造成对劳动者的伤害，这种破竹去内节方式成为竹业小农经济时代典型的加工方法。随着竹材加工工业化出现，林业机械设备的发展，半自动化破竹去内节设备开始出现，这对于劳动力的解放及竹业的发展起到了积极的作用。随着林业装备现代化概念的提出，全机械化、自动化和智能化破竹机将是竹材加工机械发展的趋势。以国家林业局北京林业机械研究所为代表的产国外竹资源主要集中在孟加拉、印度、斯里兰卡及马来西亚等南亚和东南亚国家以及日本地区，在这些地区竹材加工机械得到一定的发展，其中日本比较突出。

上世纪30年代后，日本使用电动机械设备加工竹产品，竹材加工领域开始进入机械生产，促进了竹产品由手工生产转为机械生产。上世纪50～60年代，竹材加工机械设备生产应用区域重心由日本转向我国台湾地区。上世纪70～80年代，台湾竹材工业和竹工机械行业达到了鼎盛时期。但受到外在因素和国际经济的影响，台湾竹材工业和竹工机械行业走向衰退，随之初级破竹设备等竹材加工机械的重心转移到我国内地。从全球竹材加工机械行业而言，包括竹材破竹设备在内的整个竹材加工机械行业是落后的，制造研发能力还处起步阶段，科技能力远远滞后于其他机械加工行业。学研创新团队，已经投入到现代破竹设备的研发中，取得了重要的阶段性成果。

上世纪70年代以前，我国只能采用手工方式和人机半机械化对竹材进行简单、粗略的破竹加工，生产方式非常落后。从上世纪80年代初期开始，我国的企业人员通过引进国外技术，促使竹材开始进入半机械化进程，简单撞击式破竹机开始出现，并得到大规模的应用。进入21世纪后，简单撞击式破竹机已不能满足竹材机械化生产的要求，业界开始对竹材破竹设备进行研发，进行了一些初步的探索。吴哲等研究了一种数控竹材剖分加工机床。该设备容易使对心产生较大误差，竹材在破竹推进过程中会偏离中心，竹材破竹质量和效率得不到保证。孙晓东等在原有撞击式破竹机的基础上进行改造，设计出弹力夹紧式去内节破竹机。该设备刀盘结构较为复杂，破竹和去内节不能很好地协调加工，影响了去内节质量。诸小丽对竹签成型机中的破竹机进行了研究，提出在原破竹机上安装气动机械手、送料装置的自动化改造方案。该设备未涉及对中系统的设计，用于实际生产有待于进一步研究。杨春梅等对剖竹机上料机构的设计中，对上料机构的参数进行确定及计算，计算出前轴的转速等相关数据。姜新波等设计了剖竹机自动对心机构，研究了竹材重量与竹材中心的关系。该设计未考虑竹材重量等因素存在变异性较大的问题，对中时会存在较大误差。邢力平等设计了数控剖竹机自动换刀机构，研究了竹材质量与竹材大头横截面之间的关系。该设计不能保障换刀的准确性。袁聪等对伞状自定心剖竹刀结构进行了设计，但没有用于实际的制造和生产，以老式的人工破竹机为机床，加工效率、安全性等受到影响。近年来，我国相关科技工作者对破竹机做了一些研究工作，但总体而言，重理论轻应用，没有较广泛用于实际生产，无法从根本上满足现代机械自动化破竹的需要。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：通过查阅国内外文献资料，对原竹加工工艺进行熟悉和了解，对其中去内节这一工艺进行研究。首先对加工原竹材料进行研究，确定其物理特性，化学特性等，接着了解去内节机械的整体结构及其工序，从输料，喂料，利用刀具进行去内节，最后依靠输送装置输出。同时，对每一步工序进行细化研究设计，输料装置及其动力源的研究设计，刀具的分布和形状等。

研究计划：

第1~2周：查阅文献资料，翻译英文文献，完成开题报告。

4. 研究创新点

在去内节破竹机刀盘座上的弹力动片、压料弹簧、去内节刀座等部件上都设计了调节装置,使得设备在加工不同径级 壁厚的竹材时都能达到最佳的切削效果和加工质量