李小冬

（豪德機(jī)械（上海） 有限公司，上海 201600）

近年來(lái)，以PVC 塑料為代表的新興材料，主要是LVT和SPC，憑借其超輕超薄、超強(qiáng)耐磨、阻燃防潮、綠色環(huán)保、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，逐步占據(jù)了地板材料的重要地位。近兩年最為流行的SPC 地板結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖1 所示，從上到下依次為UV 層、耐磨層、彩膜層、SPC 層，其中，UV 層為地板表面保護(hù)層，防止表面污漬進(jìn)入地板內(nèi)；耐磨層為透明高分子層，保護(hù)地板花色不被磨損；彩膜層為模擬各種材質(zhì)花色，使得地板鋪裝效果美觀、多樣化；SPC 層為硬基材層，預(yù)防地板拉伸和收縮，確保地板穩(wěn)定性。

圖1 SPC 地板結(jié)構(gòu)圖

目前全球范圍內(nèi)PVC 地板生產(chǎn)廠家主要集中在中國(guó)，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的PVC 地板主要是銷往歐美市場(chǎng)。行業(yè)數(shù)據(jù)表明：2015 年北美地區(qū)PVC 塑料地板銷售量為32.50 億平方英尺， 2015 年歐洲地區(qū)PVC 塑料地板銷售量為41.25 億平方英尺，歐美市場(chǎng)約占全球總市場(chǎng)規(guī)模的60%以上。

國(guó)內(nèi)PVC 地板生產(chǎn)商，通過(guò)集裝海運(yùn)發(fā)往歐美市場(chǎng)，集裝箱運(yùn)輸費(fèi)用對(duì)于任何一家PVC 生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，都是一項(xiàng)較大的開(kāi)支項(xiàng)。因?yàn)長(zhǎng)VT 與SPC 材質(zhì)密度叫木地板高，通常LVT 或SPC 材料地板裝至集裝箱約一半空間就已經(jīng)達(dá)到集裝箱運(yùn)輸限重標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這一難題，瑞典VALINGE 公司提出一種在地板背面開(kāi)減重槽的解決方案liteback?技術(shù)，從而在減重降費(fèi)的同時(shí)，還可以回收切削廢料，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，開(kāi)槽地板如圖2 所示。對(duì)于地板生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，如果可以實(shí)現(xiàn)該方案， 每年將會(huì)大幅降低運(yùn)輸成本，節(jié)約現(xiàn)金開(kāi)支。

1 地板背部開(kāi)槽機(jī)的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)

圖2 SPC 地板背面開(kāi)槽圖

基于liteback?技術(shù)開(kāi)發(fā)一種地板背部開(kāi)槽設(shè)備。該設(shè)備可以沿著地板長(zhǎng)度方向在地板背面進(jìn)行開(kāi)槽，根據(jù)地板不同寬度尺寸，安裝不同數(shù)量的鋸片，可以加工不同數(shù)量的溝槽，保證最大限度的減重，同時(shí)也可以根據(jù)控制程序進(jìn)行開(kāi)槽深度與開(kāi)槽長(zhǎng)度設(shè)置。根據(jù)不同材質(zhì)、不同開(kāi)槽深度、不同開(kāi)槽類型，經(jīng)過(guò)開(kāi)槽后單塊地板可以減重約10%-18%。

按產(chǎn)品功能將背部開(kāi)槽機(jī)可劃分為以下幾個(gè)功能模塊：1.底座機(jī)架、2.輥筒傳動(dòng)系統(tǒng)、3.鋸切開(kāi)槽系統(tǒng)、4. 安全防護(hù)系統(tǒng)、5.吸塵系統(tǒng)、6.電氣控制、7.氣動(dòng)控制等，如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.1 底座機(jī)架

底座主要用于安裝框架結(jié)構(gòu)及馬達(dá)等支架，對(duì)整機(jī)工作部分提供支撐與調(diào)平，保證機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定性。對(duì)安裝上表面進(jìn)行精加工保證安裝面的平面度已經(jīng)定位安裝孔的位置度。

用鋼板拼焊箱型結(jié)構(gòu)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，采用三根工字型材與鋼板拼焊作為底座三條支腿，在保證底座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)又相應(yīng)降低了重量，節(jié)約了成本。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

1.2 輥筒傳動(dòng)系統(tǒng)

輥筒傳動(dòng)系統(tǒng)包括：馬達(dá)、上下層傳動(dòng)輥筒、傳動(dòng)鏈輪鏈條、上壓輥筒輪調(diào)高裝置、鏈條張緊機(jī)構(gòu)等組成。動(dòng)力傳輸過(guò)程由馬達(dá)—傳動(dòng)軸—兩側(cè)鏈輪鏈條—上、下四組輥筒。根據(jù)不同的PVC 地板，上下層輥筒間距不同，上壓輥筒輪需要設(shè)計(jì)調(diào)高裝置進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，上下輥筒輪間距要略小于板厚，保證地板在輥

筒上傳動(dòng)時(shí)，有一定的壓緊力，需要克服鋸片的縱向切削力進(jìn)行傳動(dòng)，從進(jìn)料端傳動(dòng)至開(kāi)槽位置進(jìn)行開(kāi)槽，然后從出料口傳出。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖5 所示。

為了獲得較大的壓緊力，每一個(gè)上層輥筒均采用了氣缸頂緊的結(jié)構(gòu)，使用T 型絲桿螺母機(jī)構(gòu)推動(dòng)楔形桿前后移動(dòng)，從而使得上層輥筒在高度方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖6所示。

圖4 底座機(jī)架示意圖

圖5 輥筒傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

圖6 上層輥筒結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 鋸切開(kāi)槽系統(tǒng)

鋸切系統(tǒng)為背部開(kāi)槽機(jī)核心工作部件。當(dāng)被加工PVC地板通過(guò)鋸片下方時(shí)，鋸切主軸動(dòng)作為刀軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)下切與抬起。為保證切削開(kāi)槽過(guò)程中，被加工PVC 地板位置穩(wěn)定，鋸切開(kāi)槽工位處增加下托輥組和上壓板，用于傳動(dòng)和支撐被加工PVC 地板。由于設(shè)計(jì)為鋸切軸上置，上壓板壓住上表面，并克服向上的切削力，加工不同板厚PVC 地板時(shí)，上壓板與下托輥組中間的工作高度可以通過(guò)調(diào)節(jié)下壓板位置實(shí)現(xiàn)。切削開(kāi)槽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 鋸切開(kāi)槽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

采用偏心軸連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鋸切主軸搖臂，從而實(shí)現(xiàn)鋸切主軸的上下切削動(dòng)作。通過(guò)控制伺服馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角度，帶動(dòng)連桿以偏心軸中心旋轉(zhuǎn)不同角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)搖臂帶動(dòng)鋸切主軸下切不同深度與抬起不同高度。偏心軸連桿結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

圖8 偏心軸連桿機(jī)構(gòu)

該偏向軸連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理原型為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖9 所示，其中構(gòu)件1 曲柄為偏心軸，構(gòu)件2 為拉桿，構(gòu)件3搖桿為鋸切刀軸搖臂，構(gòu)件4 為固定機(jī)架。當(dāng)伺服馬達(dá)帶動(dòng)曲柄1 做順時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲柄活動(dòng)端位置由a1 a a2的過(guò)程中，搖臂與連桿連接端位置由b1 b b2,而搖臂另一端為鋸切主軸，鋸切主軸的位置由最低點(diǎn)上升至最高點(diǎn)，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差為h。

從圖9 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可以看出，當(dāng)曲柄在位置a1 時(shí)，刀軸位置在最低點(diǎn)；當(dāng)曲柄位置在a2 時(shí)，刀軸位置在最高點(diǎn)。曲柄由a1 至a2 的任意兩點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)即為抬刀，曲柄由a2 至a1 的任意兩點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)即為下切。開(kāi)槽機(jī)動(dòng)作需要的動(dòng)作循環(huán)為：下切-抬刀-下切-抬刀-往復(fù)。

假設(shè)需要在PVC 地板上開(kāi)槽深度為t，通常鋸片最低點(diǎn)與PVC 地板開(kāi)槽表面（即上壓板的下表面） 的距離約為1mm。目前PVC 地板材料厚度T 一般在3mm-8mm 之間，開(kāi)槽深度不超過(guò)一半地板厚度時(shí)，可滿足轉(zhuǎn)輪椅25000 次循環(huán)試驗(yàn)（EN425:2002）。即開(kāi)槽深度t 最大值可取T/2，則刀軸所需上下切削高度差：

h≥t+1=T/2+1=5mm

考慮機(jī)構(gòu)空間布局方面的問(wèn)題，確定機(jī)架桿長(zhǎng)及固定鉸點(diǎn)位置，由刀軸上下切削高度差5mm，確定搖桿3 的旋轉(zhuǎn)角度，采用幾何圖解反轉(zhuǎn)法[1-2]，可以進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并最終驗(yàn)算傳動(dòng)角是否合適。最后進(jìn)行連桿構(gòu)件2設(shè)計(jì)時(shí)，端部鉸接處可采用關(guān)節(jié)螺栓，以便機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)行中，可以通過(guò)關(guān)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)，微調(diào)拉桿長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)開(kāi)槽切削深度的一致性。

圖9 曲柄連桿簡(jiǎn)化模型

可調(diào)高上壓板機(jī)構(gòu)的下支架與底座機(jī)架通過(guò)螺栓固定連接，上支架與下支架間設(shè)置導(dǎo)軌滑塊裝置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)T 型絲桿進(jìn)行上壓板高度的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同厚度的PVC 地板。上壓板由鋼框和hornit 板組成，鋸片穿過(guò)hornit 板對(duì)PVC 地板進(jìn)行開(kāi)槽加工?？烧{(diào)高上壓板結(jié)構(gòu)如圖10 所示。

圖10 可調(diào)高上壓板機(jī)構(gòu)

1.4 安全防護(hù)系統(tǒng)

圖11 防工件飛出機(jī)構(gòu)

安全防護(hù)系統(tǒng)主要包括機(jī)器的鈑金罩殼和進(jìn)料口安全防護(hù)裝置。其主要功能是防止切削工作時(shí)人員與旋轉(zhuǎn)部件接觸受傷或是切削廢料飛出傷人。由于切削方向與被切削PVC 地板工件傳送方向相反，如果切削力大于上下輥筒壓緊力時(shí)，被切削PVC 地板工件有可能飛出傷人，為防止此風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，在進(jìn)料口設(shè)計(jì)安裝一個(gè)防工件飛出機(jī)構(gòu)。防工件飛出機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖11 所示。當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，擋板和空氣阻尼裝置可以強(qiáng)制停止彈射而出的PVC 地板，防止事故發(fā)生。

1.5 吸塵系統(tǒng)

背部開(kāi)槽機(jī)切削過(guò)程中，廢料大、粉塵多，容易造成環(huán)境污染，還會(huì)干擾傳感器工作。設(shè)計(jì)一款吸塵罩置于主軸鋸片組上方,采用局部密封設(shè)計(jì)，吸塵罩口與切削粉塵運(yùn)動(dòng)方向一致，充分利用切削粉塵氣流的初始動(dòng)能。吸塵效果如圖12所示。

圖12 吸塵效果示意圖

1.6 電氣與氣動(dòng)系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)由電源、安全類器件、開(kāi)關(guān)類器件、控制類器件、電器柜、線纜等電器元件組成。該系統(tǒng)用于控制各機(jī)構(gòu)能夠按照既定的工藝與程序節(jié)奏運(yùn)行。

氣動(dòng)系統(tǒng)由氣源處理、調(diào)壓表、電磁閥、轉(zhuǎn)接頭、輔助件、氣管管路組成，為整個(gè)設(shè)備各氣動(dòng)元器件提供氣源并可進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。

2 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，PVC 地板傳送速度在70m/分以為時(shí)，地板背部開(kāi)槽加工的一致性較好，開(kāi)槽長(zhǎng)度偏差控制在±2mm，開(kāi)槽深度范圍±0.1mm。

在當(dāng)前PVC 地板穩(wěn)定增長(zhǎng)的市場(chǎng)行情下，若能廣泛推廣背部開(kāi)槽機(jī)的應(yīng)用，從而在減重降費(fèi)的同時(shí)，還可以回收切削廢料，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，幫助地板生產(chǎn)企業(yè)提高效益，節(jié)約現(xiàn)金開(kāi)支。