黃　崢，黃澤界，楊　瑩

實心竹盤卷機直徑檢測裝置的設(shè)計與計算

黃崢，黃澤界，楊瑩

(遵義職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 遵義 563000)

在現(xiàn)有竹制品的加工過程中通常以不同直徑的實心竹為原材料，因此在使用實心竹盤卷機進(jìn)行作業(yè)時，需要根據(jù)實心竹直徑的差異來調(diào)整盤卷速度。直徑檢測裝置可以在實心竹盤卷機進(jìn)行盤卷作業(yè)之前完成對實心竹直徑的自動檢測，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸給實心竹盤卷機控制單元來調(diào)整盤卷速度，以保證加工效率和加工質(zhì)量。為滿足實心竹盤卷機的實際作業(yè)需求，通過方案設(shè)計和參數(shù)計算研發(fā)了一款實心竹盤卷機直徑檢測裝置，試驗證明能有效提高盤卷機的自動化程度，提升盤卷機作業(yè)效率。

實心竹；盤卷機；直徑檢測裝置

竹子是我國非常重要的自然森林資源，它不同于其他林木，具有生長周期短、成林快、產(chǎn)量高等特點，用途非常廣泛，經(jīng)濟價值高[1]。據(jù)統(tǒng)計，2018 年我國竹產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)3000億人民幣。2019年發(fā)布的《中國森林資源報告》中指出我國竹林面已達(dá)到641.16萬hm2，約占全球竹林面積的30%以上。我國竹林分布于福建、江西、浙江、湖南、四川、廣東、安徽、廣西等17個省(自治區(qū))[2]，因竹資源受益的農(nóng)村人口近5000萬人，占產(chǎn)區(qū)農(nóng)民收入的20%以上。2022年，全國竹林面積達(dá)701萬hm2，竹產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易總額約22億美元[3]。目前，我國市場上現(xiàn)有的竹產(chǎn)品有100多個系列，上萬個品種，被廣泛應(yīng)用日常生活如建材、建筑、家居等多個領(lǐng)域[4-5]。

加工企業(yè)在竹制家居產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中為滿足外形的美觀要求，通常需要使用大量由實心竹盤卷而成的圓形構(gòu)件。目前加工企業(yè)在進(jìn)行這類圓形構(gòu)件的加工時，首先要在加熱容器中將實心竹加熱到一定溫度使其軟化后，再將實心竹的一端卡在圓筒工裝上，依靠人力將實心竹纏繞在圓筒工裝上，根據(jù)需要盤卷成各式各樣的圓形構(gòu)件。其次待其溫度冷卻后讓實心竹圓形構(gòu)件固定成型，再將圓形構(gòu)件取出備用。

為滿足實心竹盤卷的機械化、自動化的作業(yè)需求，研發(fā)了一款實心竹盤卷機(以下簡稱：盤卷機)，能夠完成對不同直徑、不同形狀的圓形構(gòu)件的自動化盤卷，并裝配有實心竹直徑檢測裝置(以下簡稱：直徑檢測裝置)，可以夠精確檢測出實心竹的直徑數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給盤卷機控制單元，以提升作業(yè)效率。

1　設(shè)計方案

1.1　工作原理

操作人員將實心竹插入直徑檢測裝置上伸出的檢測桿和檢測臺之間，此時傳感器將檢測到的直徑數(shù)據(jù)反饋給實心竹盤卷機控制單元，控制單位根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)出相應(yīng)的操作指令，該裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。

1　螺母；2　直徑檢測裝置；3　實心竹；4　盤卷機工作臺；5　傳感器。

用螺母將直徑檢測裝置安裝并固定在實心竹盤卷機的工作臺面上，且在臺面上留有一腰型孔，以便于操作人員在進(jìn)行不同規(guī)格和形狀的圓形構(gòu)件加工時，可以根據(jù)回轉(zhuǎn)軸上安裝的工具尺寸，及時調(diào)整直徑檢測裝置的位置，以達(dá)到最佳的作業(yè)效果，如圖2所示。

1　直徑檢測裝置；2　工作臺面；3　盤卷工具。

1.2　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該款直徑檢測裝置由腔體、彈簧、檢測桿、檢測臺、和傳感器等部分組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1　腔體；2　彈簧；3　檢測桿；4　檢測臺；5　傳感器。

2　傳感器選用

本設(shè)計方案選用直線位移傳感器，工作原理如下：通過螺紋將傳感器固定在直徑檢測裝置的檢測臺中心的螺紋孔上，在直徑檢測裝置的工作過程中，通過直線位移傳感器的伸縮桿自身彈簧的彈力與檢測桿的滑塊始終保持接觸的狀態(tài)，將伸縮桿的直線位移量轉(zhuǎn)換為傳感器的輸出信號，以傳輸給控制器。

3　彈簧的設(shè)計和計算

3.1　彈簧設(shè)計

本設(shè)計方案選用壓縮彈簧，一是確保測量桿在工作時能夠壓緊實心竹；二是在完成盤卷任務(wù)后，確保檢測桿能夠恢復(fù)到初始位置；三是在初始狀態(tài)下能夠抵消傳感器彈簧的彈力。

則許用切應(yīng)力為：

則曲度系數(shù)為：

2.2 神經(jīng)生化代謝的改變 周艷平等［8］研究表明，糖尿病大鼠存在工作記憶障礙，其主要特點是記憶處理速度減慢。體內(nèi)神經(jīng)示蹤結(jié)果表明糖尿病大鼠的海馬、感覺皮層和內(nèi)嗅皮層均存在明顯的軸突和樹突病變，其特征為軸突腫脹、膨大和樹突病變。相關(guān)分析表明，空腹血糖水平以及認(rèn)知功能的高低與軸突和樹枝狀病變均呈正相關(guān)。

彈簧的直徑為：

設(shè)置彈簧的工作載荷F為100N，查詢GB/T1358-1993圓柱螺旋彈簧尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，選用彈簧的材料直徑為2.0mm。

彈簧的實際旋繞比為：

則彈簧的外徑為：

小于直徑檢測裝置腔體的內(nèi)腔直徑。

有效圈數(shù)為：

式中：G表示材料的切變模量79 000 MPa；k表示彈性剛度1.2 N/mm。

3.2　彈簧校核

3.2.1強度校核

彈簧的切應(yīng)力為：

滿足強度要求。

3.2.2剛度校核

彈簧的剛度為：

滿足剛度要求。

3.2.3穩(wěn)定性校核

彈簧的節(jié)距為：

彈簧的自由長度為：

穩(wěn)定臨界載荷為：

4　總結(jié)

在實心竹盤卷機上裝配該款直徑檢測裝置進(jìn)行試驗后證明：

(1)該款直徑檢測裝置的誤差在±2 mm以內(nèi)，誤差來自零件裝配、零件加工、傳感器誤差等幾個部分，滿足設(shè)計要求；

(2)該款直徑檢測裝置的檢測范圍在17～65 mm，能夠滿足目前市面上主要的實心竹原材料的檢測需求；

(3)可有效提高盤卷機的自動化程度，提升盤卷機的工作效率。

[1] 沈馮崢,徐康,李琴,等.竹材初加工機械研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].浙江林業(yè)科技,2019,39(6):105-110.

[2] 國家林業(yè)和草原局[編制].中國森林資源報告：2014—2018［M］.北京:中國林業(yè)出版社，2019.

[3] 費本華,漆良華.實施我國國家竹材儲備戰(zhàn)略計劃的思考[J].世界林業(yè)研究,2020,33(3):38-42.

[4] 方亞麗.立足特色做強“竹”產(chǎn)業(yè)[J].當(dāng)代貴州,2020(32): 32.

[5] 樊志權(quán).我國竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J].現(xiàn)代園藝,2020, 43(18):22-23.

Design and calculation of solid bamboo coil diameter detection device

HUANG Zheng, HUANG Zejie, YANG Ying

(Zunyi Vocational and Technical College, Zunyi, Guizhou 563000, China)

In the processing of existing bamboo products, solid bamboo with different diameters is usually used as raw materials. Therefore, when using the solid bamboo reeling machine for operation, the reeling speed needs to be adjusted according to the difference in solid bamboo diameters. The diameter detection device can complete the automatic detection of the diameter of solid bamboo before the solid bamboo reeling machine performs the reeling operation, and transmit the detection data to the control unit of the solid bamboo reeling machine to adjust the reeling speed to ensure the processing efficiency and quality. To meet the actual operation requirements of the solid bamboo reeler, a diameter detection device for the solid bamboo reeler has been developed through scheme design and parameter calculation. The test results show that it can effectively improve the automation of the reeler and improve the operation efficiency of the reeler.

solid bamboo; coiling machine; diameter measuring device

TS43

A

2096–8736(2022)06–0032–03

黃崢 (1988—)，湖南邵東人，碩士研究生，講師，主要研究方向為農(nóng)業(yè)機械化。

責(zé)任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍