森林与环境学报  2017, Vol. 37 Issue (3): 297-301   PDF    
http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2017.03.008
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张素梅, 巫其荣, 齐文玉, 任凯, 关鑫, 林金国
ZHANG Sumei, WU Qirong, QI Wengyu, REN Kai, GUANG Xing, LIN Jinguo
竹篾间距可控竹帘编织机的结构与运动协调
Structure and correspond movement of bamboo curtain knitting machine of controllable space among bamboo splits
森林与环境学报,2017, 37(3): 297-301.
Journal of Forest and Environment,2017, 37(3): 297-301.
http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2017.03.008

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收稿日期: 2017-03-17
修回日期: 2017-05-08
竹篾间距可控竹帘编织机的结构与运动协调
张素梅, 巫其荣, 齐文玉, 任凯, 关鑫, 林金国     
福建农林大学材料工程学院, 福建 福州 350002
摘要:对现有的竹帘编织机进行改进,设计一种竹篾间距可控的竹帘编织机,将竹篾按一定的间距要求连续编织成竹帘,且各竹篾间位置保持固定不滑移;可减少竹篾用量、减轻竹帘胶合板重量、降低竹帘胶合板成本。论述了改进后编织机的结构和工作原理,分析了进篾与编织动力联动机构的运动协调关系、竹篾压紧与打出的运动协调关系、竹篾间距控制装置各组成部分的运动参数关系;得到竹篾间距与竹篾打出间距、叉轴转数之间的关系式,进篾辊转速与凸轮轴转速关系式,叉轴转数与槽轮槽数和拨盘圆销数之间的关系式。
关键词竹篾    间距控制    运动协调    竹帘编织机    
Structure and correspond movement of bamboo curtain knitting machine of controllable space among bamboo splits
ZHANG Sumei, WU Qirong, QI Wengyu, REN Kai, GUANG Xing, LIN Jinguo     
College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
Abstract: A bamboo curtain knitting machine with controllable space between bamboo splits was designed by improved existing bamboo curtain knitting machine. Bamboo splits can be weave continuously in needed distance by the improved bamboo curtain knitting machine. The position of bamboo splits can keep fixation in bamboo curtain to decreasing the using amount of bamboo splits, the weight and cost of bamboo-veneer. The structure and work principle of improved bamboo curtain knitting machine were discussed in the paper. The analysis of harmony connection of movement were made to motive power union mechanism between bamboo splits being entered and weaved, pressed and knocked out, the movement parameters connection of constituent parts of the distance between bamboo splits of control device. The formula of distance between bamboo splits to distance being knocked out and turns of fork shaft was given. The formula of turns of bamboo split entering roller and cam shaft was gave. The formula of turns of fork shaft to number of rod of geneva wheel and round pin in drive plate was gave.
Key words: bamboo splits     spacing control     correspond movement     bamboo curtain knitting machine    

竹帘是构成竹胶合板的主要部分,近年来开发的竹材工业制品,如竹编胶合板、竹帘胶合板、竹篾层积材等对竹帘的需求量越来越大。目前,以棉线或混纺线、涤纶线为经线的交错型或扭转型竹帘编织机编织的竹胶合板用竹帘[1-14],其组成篾片间距小、排列紧密,有的疏密不等,竹篾可在两经线间移动,铺装时需用手重新调整使各竹篾间距接近相同, 而家用竹帘或竹席编织机编织的竹帘其篾片或竹丝排列比竹胶合板用的更为紧密[15-20]。目前尚未检索到可对竹篾间距大小进行调节和控制的竹胶合板用或家用竹帘编织机。由竹篾排列紧密的竹帘组坯生产的竹胶合板密度大、重量大,用作水泥模板或车厢底板等不但增加了额外的重量,也增加了竹篾用量。为使各竹篾间距能按需由小到大进行调节且不滑移,以降低劳动强度、减轻竹胶合板重量、减少竹篾用量,对现有竹帘编织机进行改造,研发一种竹篾间距可控竹帘编织机,达到适当调节和增大竹篾间距又不影响竹胶板性能要求。而竹片自动排序装置、自动进给装置和竹帘编织机的研究和开发[20-23],为竹帘的自动化生产提供了可能。

1 竹篾间距可控竹帘编织机的结构设计

竹帘胶合板是以竹篾为纬, 棉线或混纺线、涤纶线为经交织而成的竹帘单板相互垂直组坯热压而成。吴迎学[5]的竹帘编织机,可带动两编织线做180°交叉扭转,但无法按需调节竹篾间距;明远攀[13]的竹席编织机可实现经篾的手工移动,但无法调节纬篾间距。文中对现有竹帘编织机进行改进,设计的竹篾间距可控竹帘编织机主要由机架、进篾装置、竹篾间距控制装置、竹篾压紧与打出联动机构、进篾与编织动力联动机构和编织动力驱动装置组成,结构示意图见图 1。压篾装置采用原有的机构[1-8],进篾装置与现有竹帘编织机中的结构类似,由辅助电机、进篾传动装置、进篾辊、导槽和机架组成。改进后的关键部分竹篾间距控制装置主要由叉轴、蜗杆机构、槽轮机构、竹篾打出机构、机架和支座组成,叉轴是由叉杆、经线架和蜗杆组成的刚性构件,其数目主要取决于竹篾长度,可取2根或2根以上,并在水平面内呈前后等距平行排列,叉轴间距约300 mm,第1道经线离端部距离约70 mm[24],槽轮机构与蜗杆机构配合,在编织动力驱动装置带动下使叉轴及两经线作连续旋转形成的绳状结构,使相邻两竹篾间距固定不滑移,竹篾打出机构主要由打出梳板、凸轮机构和凸轮轴组成,竹篾压紧与打出联动机构由支轴、摆杆、压紧装置、打出梳板、引线轮和机架组成,进篾与编织动力联动机构由踏板、离合器、进篾辊提升杆、连杆和联动杆组成,编织动力驱动装置主要由主电机、离合器、带传动和链传动组成。

图 1 竹篾间距可控竹帘编织机结构示意图 Fig. 1 Structure sketch of bamboo curtain knitting machine of controllable space between bamboo splits 注:1.主电机;2.离合器;3.链传动;4带传动;5.联动杆;6.凸轮体;7.顶杆;8.拨盘轴支座;9.机架;10.踏板;11.蜗轮轴;12.辅助电机;13.打出梳板;14.进篾传动装置;15.连杆;16.竹篾;17.导槽;18.压紧装置;19.进篾辊;20.摆杆;21.支轴;22.提升机构;23.经线;24.叉杆;25.引线轮;26.手柄;27.凸轮轴;28.凸轮轴支座;29.经线架;30.蜗杆;31.蜗轮;32.叉轴支座;33.槽轮;34.圆销;35.拨盘;36.拨盘轴。 Note: 1.main motor; 2.clutch; 3.chain drive; 4.belt transmission; 5.interlocking bar; 6.cam body; 7.push rod; 8.support of drive plate shaft; 9.frame; 10.pedal; 11.worm shaft; 12.assistant motor; 13.knockout comb board; 14.drive device of split inter; 15.connect rod; 16.bamboo split; 17.guide rod; 18.press device; 19.bamboo split entering roller; 20.rocking beem; 21.fulorum shaft; 22.lift mechanism; 23.meridian line; 24.fork rod; 25.guiding wheel; 26.hand shank; 27.cam shaft; 28.support of cam shaft; 29.meridian frame; 30.worm; 31.worm wheel; 32.support of fork shaft; 33.groove wheel; 34.round pin; 35.drive plate; 36.shaft of drive plate.
2 竹篾间距可控竹帘编织机的工作原理

竹帘编织顺序如下:竹篾穿经进入导槽,压紧装置松开,竹篾打出和经线送出,压紧装置压紧,经线交织成绳状,完成一个编织周期。在编织机上装好两线团,沿着叉杆引出的两经线线头将预先备好的竹篾缠绕打结固定,压在压紧装置下,按竹篾间距要求拨动手柄移动凸轮体,使相应凸轮与顶杆接触,经线由引线轮控制只能单向拉出。工作原理如下:接通电源,进篾装置运转,喂入的竹篾进入导槽,同时踩下踏板,由进篾与编织动力联动机构将编织动力驱动装置的运动和力传给竹篾间距控制装置,带动竹篾压紧与打出联动机构和竹篾打出机构协调动作,实现压紧装置的松开、竹篾的打出及经线送出和再压紧动作,随后槽轮机构和蜗杆机构配合带动叉轴及经线做连续旋转若干转后停转,完成经线的编织和竹篾间距的控制,若松开踏板,间距控制装置停转,提升杆下移。

3 编织机各组成部分的运动协调与参数关系 3.1 间距控制装置传动系统与传动参数的确定

竹篾间距控制装置的传动系统主要由离合器、带传动、链传动、蜗杆机构、槽轮机构和竹篾打出机构组成。为使整机结构简单,取链传动的传动比i=n2/n1=1,则凸轮轴与拨盘同步转动,在相同时间里凸轮体随凸轮轴转过的角度Ci(i=1~4) 与拨盘转过的角度ai相等(图 2图 3)。设安装在拨盘上的圆销数为k,槽轮槽数为p,蜗轮齿数为z2,蜗杆头数为z1,则蜗杆机构传动比i=z1/z2(此处蜗轮主动)。槽数p (p≤8) 与圆销数k的关系式为k<2p/ (p-2) [25],若取p=8,则k可取1或2。如图 2所示,凸轮体为双联凸轮,竹篾间距取最小值e时,在图 3所示的拨盘1位置安装1个圆销即可;竹篾间距为2e时,应在拨盘2位置再安装1个圆销。在kp取值满足上述关系式,且p不变时,可依次类推。

图 2 凸轮体结构示意图 Fig. 2 Structure sketch of cam body
图 3 槽轮机构结构示意图 Fig. 3 Structure sketch of groove wheel mechanism
3.2 竹篾间距与竹篾打出距离及叉轴转数关系

竹篾间距与竹篾打出距离之间关系如图 4所示。凸轮体按图示方向转过角度C1时,竹篾完全进入导槽。凸轮体转过角度C2时,顶杆带动打出梳板向左摆动,将竹篾打出导槽,连同经线也被拉出,打出梳板上B点的水平移动距离等于与顶杆接触凸轮的升程kh,打出梳板上D点的移动距离为S+△,△为竹篾与打出梳板D点的间隙,其中,竹篾移动距离S=b+ke。凸轮体继续转过角度C3,打出梳板摆回原位置,压紧装置下移压紧竹帘。凸轮体继续转过其余角度,打出梳板保持不动,槽轮和蜗轮转过角度360k/p,叉轴连续旋转转数m=ki/p=kz2/ (pz1),将两竹篾间距离为ke的两经线编织成绳状,竹篾固定不滑移。由上述分析可得竹篾间距ke=S-be为竹篾最小间距,b为竹篾宽度,取平均值。由图 4可得竹篾间距ke与打出梳板摆臂尺寸和凸轮升程kh之间的关系式ke=khAD/AB-△-b

图 4 竹篾打出距离与竹篾间距关系 Fig. 4 Relation of extrusion distance and space between bamboo splits

取厚度约2 mm,宽度约20 mm的竹篾,用棉质编织线编织的竹帘,由实验压制竹帘胶合板,并测取力学性能。当竹篾间距由小变大时,竹胶合板力学性能随之降低,增大到2.5 mm时,测得其力学性能仍可满足建筑模板的力学性能要求。当ke=2.5 mm时,两编织线需连续旋3周,即叉轴需连续旋转的转数m=3。相应于竹篾间距ke,叉轴的转数m取值与编织线的材质和粗细有关。

3.3 进篾与编织动力联动机构的运动协调

进篾与编织动力联动机构示意图见图 5。踩下踏板,提升杆驱动上进篾辊上移喂进竹篾,同时通过联动杆使离合器闭合驱动竹篾间距控制装置运转。设竹篾长度为L,进篾辊转速为n,凸轮体转过C1角度所用时间为t1,凸轮轴转速为n,凸轮轴转一周所用时间为60/n,则t1=30C1/ (πn)。进篾速度υ=L/t1dnd为进篾辊直径。可得进篾辊转速与凸轮轴转速关系式为n=Ln/ (30dC1)。

图 5 进篾与编织联动机构示意图 Fig. 5 Sketch of linkage mechanism of bamboo chip-feed and weave
3.4 竹篾压紧与打出的运动协调

竹篾压紧与打出关系示意图见图 6,进篾时,打出梳板不动,编好的竹篾及经线压在压紧装置下。竹篾进入导槽后,打紧梳板在顶杆作用下向左摆动,E点的作用力使摆杆向左摆动,先将压紧装置抬起,再将导槽中的竹篾及经线打出,推动编好的竹帘往左移动,打出梳板向右摆回时,摆杆在重力(或弹力)作用下向右摆回,压紧装置下移压住竹篾及经线,完成一个工作循环。

图 6 竹篾压紧与打出关系 Fig. 6 Relation of compaction and extrusion of bamboo chip
3.5 间距控制装置各组成部分的运动参数关系

由上述分析,可得一个工作循环竹篾编织工序与间距控制装置各运动参数间的关系(表 1)。

表 1 竹篾编织工序与运动参数关系 Table 1 Weave procedure of bamboo splits and relation of movement parameters
竹篾编织工序
Weave order of bamboo splits
凸轮体转角
Cam bodyangle / (°)
拨盘转角
Driver plate angle/ (°)
槽轮(蜗轮)转角
Groove wheel (worm gear)angle / (°)
叉轴转数
Convolution of fork shaft /(r·min-1)
竹篾位移
Displacement of bamboo splits/mm
顶杆B点位移
B point displacement of push rod /mm
进篾Split inter C1 a1 0 0 0 0
打出Knock out C2 a2 0 0 S kh
压紧Compress C3 a3 0 0 0 -kh
经线交织
Meridian line interweave
2C4 2a4 360k/p kz2 (pz1) 0 0
4 讨论与小结

竹篾间距可控竹帘编织机可按竹篾间距要求由较密的排列变化到较松的排列,间距变化可成整数倍增加,间距变化的数目与组成凸轮体的凸轮数目、叉轴转数有关。竹篾间距增大,竹篾用量减少,但竹帘胶合板力学性能会有所降低,竹篾间距应控制在合理的范围内。竹篾间距与叉轴转数的关系与编织线的材质及粗细有关。竹篾间距的调控主要与凸轮升程、叉轴转数有关,凸轮升程大小和变化数目与组成凸轮体的凸轮尺寸和凸轮数目有关, 叉轴转数与蜗杆机构传动比、槽轮槽数和拨盘圆销数有关。在满足槽轮槽数与拨盘圆销数关系式前提下,槽轮槽数不变时,竹篾间距越大,圆销数应越多,叉轴转数也越多。叉轴数量由叉轴间距和竹篾长度确定,叉轴间距越小,编织线股数越多,编织的竹帘越牢固,但叉轴数量增加。组成叉轴的蜗杆机构也可用锥齿轮机构代替。当各竹篾宽度相差较大时编织的竹帘会出现竹篾间距不等。该竹帘编织机结构简单、操作方便,可实现连续自动编织,各竹篾位置可保持固定不滑移。用排列较疏的竹帘生产的竹胶合板重量轻、竹材原料节省,可降低竹胶合板生产成本。

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