CN109895208B - 一种震碾式竹材维管束制备装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种震碾式竹材维管束制备装置及制备方法，其设备结构包括上料台、震碾机、下料台；其中上料台设于震碾机的左侧，下料台设于设于震碾机的右侧；所述的上料台和下料台的底部设有皮带轮，顶部设有滚齿，其转动方向为顺时针，用于将碾压料盘运送至震碾机；所述的震碾机包括动力机构、下压机构和震碾机构，其中动力机构设于震碾机主体底部，下压机构设于动力机构正上方，震碾机构设于动力机构与下压机构之间。优点：1）对维管束周围薄壁细胞去除效果好，生产效率高；2）自动化程度高，易于工业放大和推广；3）有效降低竹材维管束制备成本，提高竹材使用率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种震碾式竹材维管束制备装置及制备方法，属于竹材处理技术领域。
背景技术
竹材有着优良的物理性质和力学性质，可作为代替传统木质建材的新型建筑材料，且其生长周期短、种植范围广、资源储备丰富，为其大范围使用创造了客观条件。目前，我国竹材产业连年保持快速增长，市场规模增速保持10%以上，产业整体发展态势良好，企业创新及新技术、新品开发如雨后春笋般涌现。各地开发竹资源的积极性非常高。竹产业已成为地方经济社会发展的支柱产业，成为山区农民经济收入的主要来源。近年，各国对环境保护的重视程度不断增加，全球木材供应逐渐降低，竹资源的合理利用与开发越来越受到重视，竹产品正在成为发达国家和地区的重要消费品之一。
竹材维管束的力学性能，尤其是抗拉性能优异，中国林业科学研究院尚莉莉等在其研究中测量了毛竹维管束的拉伸模量和强度，结果表明模量在17-65GPa 之间，拉伸强度在250-1000MPa。实际现有实验结果中有的维管束抗拉强度可达1725MPa，在竹材建筑和竹材产品领域具有很大的应用价值。现有技术中通常对竹材经过特殊处理后，通过手工捻搓获取维管束，但其人工劳动量大，提取效果差，导致竹材维管束生产成本非常高，产能却十分低下。目前市场中还未有对竹材维管束进行统一自动化处理和制备的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用机械震碾式方法自动化提取和制备竹材维管束的装置以及相应的制备方法，以克服现有人工制备方法的上述缺陷。
本发明的技术解决方案：一种震碾式竹材维管束制备装置，包括上料台、震碾机、下料台和控制系统；其中上料台设于震碾机的左侧，下料台设于设于震碾机的右侧；所述的上料台和下料台的底部设有皮带轮，顶部设有滚齿，其转动方向为顺时针；所述的震碾机包括动力机构、下压机构和震碾机构，其中动力机构设于震碾机主体底部，下压机构设于动力机构正上方，震碾机构设于动力机构与下压机构之间；控制系统由PLC、电机、空压机、干燥机、储气罐、电磁阀、压力传感器、位置传感器、光电传感器组成。
所述的动力机构包括震动工作台和下工作台，震动工作台设于下工作台的上表面；其中下工作台内部设有震动A气缸、上顶B气缸，上顶B气缸通过a孔口连接外部压缩空气管道，并通过b孔口连接震动A气缸；震动A气缸通过d孔口连接外部压缩空气管道，b孔口同时通过c孔口连接d孔口；上顶B气缸同时通过e孔口连接外部通气管道，并通过f孔口连接震动A气缸的预定上升点。
所述的下压机构包括机架、上压盘、轴，其中机架的底部固定于动力机构的后侧，上压盘通过轴固定在机架的顶部。
所述的震碾机构包括碾压料盘和导料板，碾压料盘设于上压盘的正下方，与上压盘配合，导料板设于碾压料盘的正下方，其结构为2块拼接平板呈倒V字形拼接；所述的上压盘的下表面设有若干排凸轮，碾压料盘的上表面设有若干排凸轮，每排凸轮之间设有若干排筛料孔；所述的震动工作台的左右两侧分别对称设有两排滚轮，震动工作台内部4个角落对称设有4个导销。
该装置的工作方法包括如下步骤：
（1）选材及预加工：选择合适的4-6年生新鲜毛竹，并将其截断为预设长度的竹段，剖切成片；
（2）高温蒸汽预处理：把加工好的竹段放在封闭的耐压容器内，高温蒸汽加热，温度为170-190℃，处理时间为15-50min；
（3）上料：将剖切、处理好的竹段，即竹材坯料平铺于上料台的碾压料盘中；由上料台底部的皮带轮传送机构将碾压料盘送至震动工作台上部，并通过震动工作台两侧两排滚轮继续送入震动工作台中心上部，由上顶B气缸提供动力，震动工作台上顶，将工件移近上压盘，同时将碾压料盘精确定位；
（4）震碾：震碾由震动A气缸提供动力，震动工作台震动，对处理好的竹段进行震碾，产生的薄壁细胞碎屑通过碾压料盘筛料孔及碾压料盘下的导料板落入专门的承屑筐；
（5）下料：震动工作台停止工作，碾压料盘下移，碾压料盘由震动工作台承接，导销脱离碾压料盘，上料台底部的皮带轮传送机构将铺好料的下一碾压料盘送入震动工作台中心，同时将已经震碾好的碾压料盘推出震动工作台，进入下料台进行下料。
本发明的优点：
1）对维管束周围薄壁细胞去除效果好，生产效率高；
2）自动化程度高，易于工业放大和推广；
3）有效降低竹材维管束制备成本，提高竹材使用率。
附图说明
附图1是本发明一种震碾式竹材维管束制备装置整体结构示意图。
附图2是震碾机整体结构侧视图。
附图3是震碾机内部结构示意图。
附图4是下压机构的结构示意图。
附图5是震碾机构的结构示意图。
附图6是上压盘和碾压料盘配合结构示意图。
附图7是碾压料盘凸轮局部结构示意图。
附图8是上压盘凸轮局部结构示意图。
附图9是震动工作台局部结构示意图。
附图10是震动工作台内部导销的结构示意图。
附图11是控制系统结构示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，一种震碾式竹材维管束制备装置，其结构包括上料台Ⅰ、震碾机Ⅱ、下料台Ⅲ和控制系统；其中上料台Ⅰ设于震碾机Ⅱ的左侧，下料台Ⅲ设于设于震碾机Ⅱ的右侧；Ⅰ为上料台，用于将处理好的竹片单层平铺于碾压料盘6，上料台的皮带轮传送机构可将碾压料盘6推送到震动工作台9上部；Ⅱ为震碾机，由震碾机对原材料进行震碾，制取竹材维管束；Ⅲ为下料台，在下料台完成工件的下料；所述的上料台Ⅰ和下料台Ⅲ的底部设有皮带轮，顶部设有滚齿，其转动方向为顺时针，用于将碾压料盘6运送至震碾机Ⅱ；
如图2所示，所述的震碾机Ⅱ包括动力机构、下压机构和震碾机构，其中动力机构设于震碾机Ⅱ主体底部，下压机构设于动力机构正上方，震碾机构设于动力机构与下压机构之间。
如图3所示，所述的动力机构包括震动工作台9和下工作台10，震动工作台9设于下工作台10的上表面；其中下工作台10内部设有震动A气缸、上顶B气缸，上顶B气缸通过a孔口连接外部压缩空气管道，并通过b孔口连接震动A气缸；震动A气缸通过d孔口连接外部压缩空气管道，b孔口同时通过c孔口连接d孔口；上顶B气缸同时通过e孔口连接外部通气管道，并通过f孔口连接震动A气缸的预定上升点。
实际工作时，压缩空气通过a孔口进入上顶B气缸，使下工作台10上移，带动震动工作台9及碾压料盘6等上移，将竹材坯料5靠近并接触上压盘3；其后，压缩空气通过d孔口及b、c孔口进入震动A气缸，震动A气缸腔内压力增大，使震动工作台9上移，c孔口两孔错开，震动A气缸与f孔口接通，压缩空气通过e孔口泄压，震动工作台9等在重力作用下下移，c孔口两孔再次接通，如此往复实现震动工作台9及其上零件和竹材坯料的震动。
如图4所示，所述的下压机构包括机架2、上压盘3、轴4，其中机架2的底部固定于动力机构的后侧，上压盘3通过轴4固定在机架2的顶部。
如图5所示，所述的震碾机构包括碾压料盘6和导料板7，碾压料盘6设于上压盘3的正下方，与上压盘3配合，实现对竹材坯料5的下压和震碾，导料板7设于碾压料盘6的正下方，其结构为2块拼接平板呈倒V字形拼接；如图6~图8所示，所述的上压盘3的下表面设有若干排凸轮i，碾压料盘6的上表面设有若干排凸轮h，每排凸轮h之间设有若干排筛料孔g；竹材坯料5通过过震动工作台9及碾压料盘6的上移、震动，在上压盘3和碾压料盘6的作用下，垂直于碾压料盘6的凸轮h和上压盘3的凸轮i上，放置的竹材坯料承受碾压、弯曲、震动等综合力的作用，脆性薄壁细胞被碾碎，强度高的维管束脱离周围薄壁细胞，留存在碾压料盘6上，薄壁细胞碎屑通过落在位于碾压料盘6下方的导料板7上，通过震动落入专门的承屑筐。
如图9所示，所述的震动工作台9的左右两侧分别对称设有两排滚轮8，送料时，由上料台Ⅰ底部的皮带轮传送机构推动碾压料盘6至震动工作台9外侧的两排滚轮8上，并继续往前推动至震动工作台9上，震动碾压前，碾压料盘6由震动工作台9顶离两侧滚轮8，防止震动时破坏滚轮及造成噪音。
如图10所示，震动工作台9内部4个角落对称设有4个导销1；为确保上压盘3上的各个凸轮i和碾压料盘6的各个凸轮h工作时处于交错的位置，震动工作台9上移时，由装在其中对称布置的4个导销1插入碾压料盘6中相应的导正孔中，保证碾压料盘6位置准确，同时防止震动中碾压料盘6的位置移动。
如图11所示，本控制系统由PLC、电机、空压机、干燥机、储气罐、电磁阀、压力传感器、位置传感器、光电传感器（对照式）等设备组成。具体实施步骤如下：
PLC发出指令控制M1电机运转，带动上料台Ⅰ的传送带运动，碾压料盘6进入震动工作台9，震动工作台9两侧的光电传感器的光被挡住，当碾压料盘6全部通过时，光电传感器重新接收到发射出来的光，信号反馈至PLC，M1电机停止运转（碾压料盘6已准确到达震动工作台9指定位置）；随后PLC发出指令控制M2电机运转，空压机工作，产生的气体经干燥机存入储气罐，当储气罐中的气压达到预定值时，其中的压力传感器将信号反馈至PLC，PLC发送指令控制电磁阀（两位三通），接通a口，推动下工作台10上移；当下工作台10上移到一定位置，震动工作台9上的4个导销1插入碾压料盘6中相应的导正孔中，同时触发位置传感器，PLC发出指令控制电磁阀（两位三通），接通d口，带动震动工作台9上下震动，开始震动碾压；震动碾压完成后，PLC发出指令控制M2电机停止运转，关闭震动A气缸进气口，同时打开上顶B气缸上的常闭电磁阀（两位两通），使上顶B气缸泄压，下工作台10下落；下工作台10下落到位后，PLC发出指令控制M1电机、M3同时运转，进料传送带前移，推动已加工好的竹料前移至由电机3控制的出料传送带上，完成新一轮进料与出料。
震碾式竹材维管束制备装置的工作方法，包括如下步骤：
（1）选材及预加工：选择合适的4-6年生新鲜毛竹，并将其截断为预设长度的竹段，剖切成片；
（2）高温蒸汽预处理：把加工好的竹段放在封闭的耐压容器内，高温蒸汽加热，温度为170-190℃，处理时间为15-50min；
（3）上料：将剖切、处理好的竹段，即竹材坯料5平铺于上料台Ⅰ的碾压料盘6中；由上料台Ⅰ底部的皮带轮传送机构将碾压料盘6送至震动工作台9上部，并通过震动工作台9两侧两排滚轮继续送入震动工作台9中心上部，由上顶B气缸提供动力，震动工作台9上顶，将工件移近上压盘3，同时将碾压料盘6精确定位；
（4）震碾：震碾机Ⅱ由震动A气缸提供动力，震动工作台9震动，对处理好的竹段进行震碾，产生的薄壁细胞碎屑通过碾压料盘6筛料孔及碾压料盘6下的导料板7落入专门的承屑筐；
（5）下料：震动工作台9停止工作，碾压料盘6下移，碾压料盘6由震动工作台9承接，导销1脱离碾压料盘6，上料台Ⅰ底部的皮带轮传送机构将铺好料的下一碾压料盘6送入震动工作台9中心，同时将已经震碾好的碾压料盘6推出震动工作台9，进入下料台Ⅲ进行下料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种震碾式竹材维管束制备装置，其特征是包括上料台、震碾机、下料台；其中上料台设于震碾机的左侧，下料台设于设于震碾机的右侧；所述的上料台和下料台的底部设有皮带轮，顶部设有滚齿，其转动方向为顺时针；所述的震碾机包括动力机构、下压机构和震碾机构，其中动力机构设于震碾机主体底部，下压机构设于动力机构正上方，震碾机构设于动力机构与下压机构之间；
所述的动力机构包括震动工作台（9）和下工作台（10），震动工作台（9）设于下工作台（10）的上表面；其中下工作台（10）内部设有震动A气缸、上顶B气缸，上顶B气缸通过a孔口连接外部压缩空气管道，并通过b孔口连接震动A气缸；震动A气缸通过d孔口连接外部压缩空气管道，b孔口同时通过c孔口连接d孔口；上顶B气缸同时通过e孔口连接外部通气管道，并通过f孔口连接震动A气缸的预定上升点；
所述的下压机构包括机架（2）、上压盘（3）、轴（4），其中机架（2）的底部固定于动力机构的后侧，上压盘（3）通过轴（4）固定在机架（2）的顶部；
震碾机构包括碾压料盘（6）和导料板（7），碾压料盘（6）设于上压盘（3）的正下方，与上压盘（3）配合，导料板（7）设于碾压料盘（6）的正下方，其结构为2块拼接平板呈倒V字形拼接；
所述的上压盘（3）的下表面设有若干排凸轮，碾压料盘（6）的上表面设有若干排凸轮，每排凸轮之间设有若干排筛料孔；
所述的震动工作台（9）的左右两侧分别对称设有两排滚轮（8），送料时，由上料台Ⅰ底部的皮带轮传送机构推动碾压料盘（6）至震动工作台（9）外侧的两排滚轮（8）上，并继续往前推动至震动工作台（9）上，震动碾压前，碾压料盘（6）由震动工作台（9）顶离两侧滚轮（8），防止震动时破坏滚轮及造成噪音；
所述的震动工作台（9）内部4个角落对称设有4个导销（1）；为确保上压盘（3）上的各个凸轮和碾压料盘（6）的各个凸轮工作时处于交错的位置，震动工作台（9）上移时，由装在其中对称布置的4个导销（1）插入碾压料盘（6）中相应的导正孔中，保证碾压料盘（6）位置准确，同时防止震动中碾压料盘（6）的位置移动；
该装置还包括控制系统，所述的控制系统由PLC、电机、空压机、干燥机、储气罐、电磁阀、压力传感器、位置传感器、光电传感器组成，其具体控制步骤如下：PLC发出指令控制M1电机运转，带动上料台的传送带运动，碾压料盘（6）进入震动工作台（9），震动工作台（9）两侧的光电传感器的光被挡住，当碾压料盘（6）全部通过时，光电传感器重新接收到发射出来的光，信号反馈至PLC，M1电机停止运转，碾压料盘（6）已准确到达震动工作台（9）指定位置；随后PLC发出指令控制M2电机运转，空压机工作，产生的气体经干燥机存入储气罐，当储气罐中的气压达到预定值时，其中的压力传感器将信号反馈至PLC，PLC发送指令控制电磁阀，接通a口，推动下工作台（10）上移；当下工作台（10）上移到一定位置，震动工作台（9）上的4个导销（1）插入碾压料盘（6）中相应的导正孔中，同时触发位置传感器，PLC发出指令控制电磁阀，接通d口，带动震动工作台（9）上下震动，开始震动碾压；震动碾压完成后，PLC发出指令控制M2电机停止运转，关闭震动A气缸进气口，同时打开上顶B气缸上的常闭电磁阀，使上顶B气缸泄压，下工作台（10）下落；下工作台（10）下落到位后，PLC发出指令控制M1电机、M3电机同时运转，进料传送带前移，推动已加工好的竹料前移至由电机3控制的出料传送带上，完成新一轮进料与出料；
该装置制备震碾式竹材维管束的工作方法包括如下步骤：
（1）选材及预加工：选择合适的4-6年生新鲜毛竹，并将其截断为预设长度的竹段，剖切成片；
（2）高温蒸汽预处理：把加工好的竹段放在封闭的耐压容器内，高温蒸汽加热，温度为170-190℃，处理时间为15-50min；
（3）上料：将剖切、处理好的竹段，即竹材坯料（5）平铺于上料台的碾压料盘（6）中；由上料台底部的皮带轮传送机构将碾压料盘（6）送至震动工作台（9）上部，并通过震动工作台（9）两侧两排滚轮继续送入震动工作台（9）中心上部，由上顶B气缸提供动力，震动工作台（9）上顶，将工件移近上压盘（3），同时将碾压料盘（6）精确定位；
（4）震碾：震碾由震动A气缸提供动力，震动工作台（9）震动，对处理好的竹段进行震碾，产生的薄壁细胞碎屑通过碾压料盘（6）筛料孔及碾压料盘（6）下的导料板（7）落入专门的承屑筐；
（5）下料：震动工作台（9）停止工作，碾压料盘（6）下移，碾压料盘（6）由震动工作台（9）承接，导销（1）脱离碾压料盘（6），上料台底部的皮带轮传送机构将铺好料的下一碾压料盘（6）送入震动工作台（9）中心，同时将已经震碾好的碾压料盘（6）推出震动工作台（9），进入下料台进行下料。
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