湯楊，雷良育，徐云杰

(浙江農林大學工程學院，浙江臨安 311300)

竹子整形機液壓系統(tǒng)的設計

湯楊，雷良育，徐云杰

(浙江農林大學工程學院，浙江臨安 311300)

分析并確定了采用液壓系統(tǒng)控制竹子整形機刀具進給部分，介紹了竹材整形機液壓系統(tǒng)的工作原理以及設計思想，采用比例流量閥控制刀具進給速度提高了進給精度，動力源部分采用節(jié)能型泵控回路提高了整個系統(tǒng)的工作效率，最終提升了旋切單板的質量。

竹子整形;液壓系統(tǒng);比例調速

目前，竹單板有刨切和旋切兩種主要加工方式。刨切加工工藝過程較為復雜，工序繁多，竹材利用率較低，加工效率低。旋切加工效率較高，竹材利用率也較高。早在20世紀50年代日本就著手研究旋切加工，但到目前為止發(fā)展較慢，工業(yè)化生產規(guī)模較小［1］。竹材旋切盡管大大提高了竹單板生產效率及單一竹段竹材利用率，但是在選材過程中通常要選取圓整通直的竹段作為加工對象［2］。而實際上自然圓直的竹段較少。因此，實現(xiàn)竹材圓直是提高旋切竹單板竹材利用率最直接有效的辦法。竹材整形機液壓控制系統(tǒng)正是為了解決竹材整圓控制的問題而進行設計的。

1 整形進給控制方式的確定

第1種方案，采用機械控制結構［3］，用凸輪模擬竹材展開的漸開線，為了保證進給量和旋轉的同步需采用差動連接裝置，差動連接本身需要通過掛輪減速，無法同時提供整形力和旋切力的需要。對不同徑級的竹材，旋切時產生不同曲線，而凸輪的曲線只能取其平均值，進給誤差較大，對同類別同徑級的竹材較為合適，對徑級相差較大的竹材旋切出的單板存在厚薄不均的問題，且噪聲較大、壽命低。

第2種方案采用差動式電控裝置，通過控制兩個進給電動機螺旋進給的進給量實現(xiàn)，左右兩側各放置兩個螺旋傳動裝置并保證同步，通過控制電動機的轉速控制進給量。兩個電機需控制3種不同的同步速度，主電機旋轉和整形進給同步，主電機旋轉和旋切進給同步，整形進給和旋切進給分離，增加了控制的難度和機械結構設計的難度。

第3種采用液壓控制的方式，通過控制比例流量閥的流量控制進給量。液壓缸可輕易實現(xiàn)往復式直線運動，只需要控制比例調速閥的開口即可以控制進給的運動速度，液壓屬于無級調速，容易實現(xiàn)控制，液壓系統(tǒng)的結構也較為簡單。此方案提高了無卡軸旋切機的壽命，降低了系統(tǒng)的能耗，噪聲小，改善了工人的工作環(huán)境，便于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制。

綜合考慮，選擇第3種方案作為控制整形機刀具進給方式。

2 液壓控制系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示。系統(tǒng)由兩部分組成，一部分控制刀具的上下位置，另一部分控制刀具的進給。

圖1 竹材整形機液壓系統(tǒng)的工作原理圖

2.1 刀具調整回路

刀具的調整運動較為簡單，在整形機整形時刀具退至刀具槽，整形機旋切時刀具伸出至旋切位置，刀具距離較長，為保證受力均衡性，左右兩側各放置一個軸耳液壓缸，同時刀具要保證足夠的直線度。進給系統(tǒng)選擇帶補償裝置的串聯(lián)缸同步回路，旋切切削力較大，為避免加工中刀具移動選用了液壓鎖緊回路，采用單向節(jié)流閥回路控制液壓缸運動速度增加系統(tǒng)背壓。

刀具調整液壓系統(tǒng)的工作原理:液壓油經(jīng)泵1流出，經(jīng)比例調速閥2、單向閥7流至三位四通Y型機能電磁換向閥8，閥8右側帶電，壓力油經(jīng)右側液控單向閥9流至單桿雙作用液壓缸12的無桿腔，同時液控單向閥9左側閥口打開，缸12的有桿腔油液流至單桿雙作用液壓缸11的無桿腔，有桿腔油液經(jīng)單向節(jié)流閥10中的節(jié)流閥、液控單向閥9左側閥門和電磁換向閥8流回油箱。缸12的有桿腔的有效面積與缸11的無桿腔的面積相等。當三位四通閥8右位工作時，兩缸下行，若缸12活塞先到底，將觸動行程開關S1使得兩位三通換向閥13得電，壓力油經(jīng)閥13和液控單向閥14向缸11的無桿腔補油，使活塞繼續(xù)下降到底。若缸11活塞先到底，將觸動行程開關S2使得兩位三通換向閥15得電，控制壓力油經(jīng)閥15打開液控單向閥14，缸12的有桿腔油液經(jīng)液控單向閥14和兩位三通換向閥13流回油箱，使活塞繼續(xù)下降到底。

反之，液壓油經(jīng)泵1流出，經(jīng)比例調速閥2、單向閥7流至三位四通Y型機能電磁換向閥8，閥8左側帶電，壓力油經(jīng)左側液控單向閥9、單向節(jié)流閥10中的單向閥流至單桿雙作用液壓缸11的有桿腔，同時液控單向閥9右側閥口打開，缸11的無桿腔油液流至單桿雙作用液壓缸12的有桿腔，液壓缸12的無桿腔油液經(jīng)液控單向閥9右側閥門和電磁換向閥8流回油箱。

2.2 刀具進給回路

刀具進給運動較為復雜，刀具和刀具槽固聯(lián)在旋切及整圓機構上，旋切及整圓進給機構運動刀具也一同運動，在整形機整形時刀具在刀具槽中不起作用，當整形結束后，刀具伸出，與此同時開始進給運動，機構的進給運動并非勻速運動，隨著被旋切竹材直徑逐漸減小，竹材的轉速越來越快，要求機構的運動速度必須隨之發(fā)生變化，否則將不能保證竹單板旋切的厚度。在該設備中，液壓缸與刀具所在的機架固聯(lián)，所以液壓缸前進的速度就是刀具前進的速度，因此通過電磁比例流量閥控制液壓缸前進的速度便可以控制刀具進給的速度。

天然生長的竹子切割成竹段后兩端會出現(xiàn)大小頭，在整形的過程中兩個液壓缸不能完全同時進退，否則將壓裂竹段達不到整形效果，因此系統(tǒng)選用了分流集流閥的同步控制回路，分流集流閥分流誤差為1%～3%，對不要求完全同步的系統(tǒng)較為合適;整形過程中為了保證竹材變形時間，需要保壓一段時間使竹材完全變形，系統(tǒng)采用了雙液壓鎖回路;采用雙單向節(jié)流閥回路控制液壓缸運動速度增加系統(tǒng)背壓。

刀具進給液壓系統(tǒng)的工作原理:液壓油經(jīng)泵1流出，經(jīng)比例調速閥2、單向閥7流至三位四通Y型機能電磁換向閥16，閥16左側帶電，壓力油經(jīng)左側液控單向閥17、液控單向閥18中的單向閥至分流集流閥19，經(jīng)過分流集流閥19分流成等流量的兩部分分別流至單桿雙作用液壓缸20和21的無桿腔，同時液控單向閥17右側閥口打開，單桿雙作用液壓缸20和21的有桿腔油液同時回油，經(jīng)單向節(jié)流閥22中的節(jié)流閥、液控單向閥17右側閥門和電磁換向閥16流回油箱。

反之，液壓油經(jīng)泵1流出，經(jīng)比例調速閥2、單向閥7流至三位四通Y型機能電磁換向閥8，閥8右側帶電，壓力油經(jīng)右側液控單向閥17、單向節(jié)流閥22中的單向閥流至單桿雙作用液壓缸20和21的有桿腔，同時液控單向閥17左側閥口打開，液壓缸20和21的無桿腔油液經(jīng)分流集流閥19集流，再經(jīng)過單向節(jié)流閥18中的節(jié)流閥、液控單向閥17左側閥門和電磁換向閥16流回油箱。

由于刀具調整和刀具進給是兩個完全分離的動作過程，在刀具調整時刀具進給機構不動作，在刀具進給時刀具調整回路不動作，因此采用電磁比例流量閥控制系統(tǒng)控制液壓缸前進的速度不會發(fā)生相互干擾。

2.3 節(jié)能型泵控回路

節(jié)能型高效泵控系統(tǒng)由兩個回路分別控制系統(tǒng)的壓力和流量［4］。前置式節(jié)流器6、先導式溢流閥5與恒壓閥4構成壓力控制回路，控制泵1壓力的輸出;比例節(jié)流閥2和恒壓流量閥3構成流量控制回路，控制泵1的流量輸出。圖1中所示的恒壓閥3和恒壓閥4的位置是系統(tǒng)還未設定壓力時所處的位置。在負載發(fā)生變化時，恒壓閥4兩端的壓差發(fā)生變化，從而推動恒壓閥3向左或者向右移動，泵的排量相應地發(fā)生變化，最終使泵的流量保持一個相對穩(wěn)定的值。此時泵的輸出壓力僅比負載壓力高出一個恒壓閥4的壓差。在保壓階段，當系統(tǒng)壓力達到先導式溢流閥5設定的最高壓力時，恒壓閥4向左移動，泵的排量迅速減小到接近于零，繼而變成高壓小流量的工況。

節(jié)能型高效泵控系統(tǒng)在流量控制階段使泵的輸出壓力與負載相協(xié)調;在壓力控制階段使輸出流量接近于零，僅消耗極小的功率，因此它的效率極高。

3 結束語

在當前竹單板加工技術中，對單板的厚度和加工效率提出了很高的要求，在控制竹單板旋切厚度時，不但要求有穩(wěn)定的壓力，而且要求對壓力和流量進行比例控制。文中論述的整形機液壓控制系統(tǒng)對刀具進給可進行變量控制，對不同徑級的竹子有較強的自我調整能力，同步缸控制系統(tǒng)能夠滿足大小頭竹子的需求，兩套回路具有防止壓力干擾特點。為提高系統(tǒng)的效率，采用了節(jié)能型泵控回路，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性同時延長了使用壽命，大大節(jié)省了能耗，減少了系統(tǒng)發(fā)熱。

［1］鄭瑞鈺.竹材旋切新技術及其制品的研發(fā)［J］.世界竹藤通訊，2010，8(5):28 －30.

［2］蔣身學，程瑞香，張齊生.旋切竹單板生產工藝簡介［J］.人造板通訊，2004(5):19 －20.

［3］趙明，吳季陵.擺動進給竹材旋切的試驗研究［J］.南京林業(yè)大學學報，1994(5):30－35.

［4］楊曙東，何存興.液壓傳動與氣壓傳動［M］.武漢:華中科技大學出版社，2010.

［5］徐云杰，袁偉明.造紙機壓榨部液壓系統(tǒng)的設計［J］.液壓與氣動，2009(7):17－19.

［6］徐云杰.造紙機伏輥和蒸汽箱液壓系統(tǒng)的設計［J］.機床與液壓，2010，38(2):62－64.

Design of Hydraulic System for Bamboo Reshaping Machine

TANG Yang，LEILiangyu，XU Yunjie
(College of Mechanical Engineering，Zhejiang Agricultural＆ Forestry University，Lin'an Zhejiang 311300，China)

Hydraulic system controlling tool feed device of bamboo reshapingmachine，was analyzed and determined.Theworking principle and the design idea of the hydraulic system of the bamboo reshapingmachinewere introduced.Proportional flow valvewas used to control tool feed speed，so feed accuracy was increased.For power source，energy-saving pump control loop was adopted to improve the efficiency of the whole system.The quality of rotation cutting of bamboo timber was improved.

Bamboo reshaping;Hydraulic system;Proportional control

TH137

B

1001－3881(2014)10－131－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.040

2013－04－23

浙江省木材加工產業(yè)科技創(chuàng)新團隊資助項目

湯楊，女，碩士研究生，主要研究方向為農業(yè)機械人技術。通信作者:雷良玉，E－mail:xyj9000@163.com。