CN109910124A - 一种防裂竹材整形设备和整形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种防裂竹材整形设备和整形方法，该设备结构由控制系统和加压成型机构两部分组成：控制系统由PLC、电机、空压机、储气罐、电磁阀、气缸、压力传感器、高压蒸汽罐等零部件组成；加压机构由夹料机构、压料架及上压板先后运动机构、密封通气机构、成型机构等组成。整形方法包括以下主要步骤：选材、高温蒸汽软化预处理、上料、防裂纹成型、烘干等。本发明优点有：整形效率高、效果好，工艺简单，自动化程度高。能满足竹材矩形截面成型且不产生裂纹的要求；能有效解决采用填充碎屑、橡胶等实体材料整形方法效果差、工艺繁琐等系列问题，具有易于工业放大的特点。

Description

一种防裂竹材整形设备和整形方法

技术领域

本发明涉及的是一种防裂竹材整形设备和整形方法，属于竹材处理设备技术领域。

背景技术

天然竹材从粗放型应用转型，有时需要对竹材进行一些处理，如整形等。由于竹筒空心的形态特征，加上竹黄处组织和力学性能差等问题，实际整形处理过程中，如压方、压椭圆等处理时，往往出现内凹、裂纹等问题，如图1所示。专利申请号为200610051300.8的发明专利《全竹整形方管》中提出一种用草绳、竹渣填充进行竹材整形的方法，但其采用填充碎屑、橡胶等实体材料进行整形，存在效果差、工艺繁琐、效率低、劳动力大、自动化程度低等系列问题，对整形竹材的推广使用极为不利，亟待找出一种简便有效的方法解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有竹材整形技术存在的上述缺陷，提出一种防裂竹材整形设备和整形方法，通过成型时向竹材内部通压缩气体的方法，使竹材成型时各受力单元体三向受压，从而防止成型时产生裂纹，及竹材的内凹，如图2所示。

本发明的技术解决方案：一种防裂竹材整形设备，由控制系统和加压成型机构两部分组成：控制系统由PLC、电机、空压机、储气罐、电磁阀、气缸、压力传感器、高压蒸汽罐组成；加压机构由夹料机构、压料架及上压板先后运动机构、密封通气机构、成型机构组成。

所述的夹料机构包括承料架和压料架，工作时，竹段先放置在承料架两端带半圆形孔的承料台上，由控制系统控制，气压系统提供动力，将上模座下移，装在上模座上的压料架同时下移，碰到承料架，压料架停止移动，压料架与承料架一起形成整圆，夹住竹段两侧外圆。

所述压料架及上压板先后运动机构包括压料螺杆、2块上压板、上模座；压料架通过压料螺杆固定在上模座上，上压板也通过肋板固定在上模座上。

上模座在气缸作用下下移时，压料架首先碰到工件和承料架，停止下移，上模座带动上压板继续下移约一定距离，压料橡胶逐步压缩、缩短，压料螺杆相对上模座上串，在上压板未碰到工件前，由控制系统控制上模座及上压板停止运动；通气机构密封，并通过空心通气螺杆中心孔向竹段中通入饱和蒸汽，达到一定压力后，上模座带动上压板继续下移，对竹段加压成型；同时压料橡胶继续压缩、缩短，压紧竹段孔口，压料螺杆相对上模座继续上串；竹段冷却定型后，由控制系统控制上模座及上压板首先向上移动撤离，压料橡胶恢复原长，当螺杆头部台阶碰到上模座中台阶孔时，螺杆、压料架撤离。

所述的密封通气机构包括密封座板、四个导杆，两侧密封座板均通过四个导杆架在承料架的导向孔；在各压板压制竹段前，两侧密封座板由控制系统控制，气压缸提供动力，经导杆导向，移近承料架，将装在密封座板上的全部密封橡胶塞插入相应竹段两端孔口中；随后由控制系统控制通过向竹段中通入饱和水蒸气，以保证加压时竹段内部的成型压力，同时保证竹段成型时的温度和湿度，以防止高温蒸汽预处理后由于竹段取出耐压容器和放入加压机构阶段的降温，造成竹段加压时开裂，通气时，气体由左侧空心通气螺杆通入，右侧相应阀门关闭；上、下、左、右四侧压板对竹段加压形成方形截面后，由控制系统控制，接着向竹段内通入冷却空气，冷却空气由左侧空心通气螺杆通入，此时，右侧相应阀门打开，对竹段进行冷却定型。

所述的成型机构由左压板、楔块、右压板、下压板、压杆组成；控制系统控制上模座及上压板向下运动时，通过装在上模座上的楔块和左压板、右压板上相应的楔块推动左右压板同步压向竹段；另外通过压杆推动下压板下的换向机构，使下压板同步压向竹段，完成对竹段的四侧加压成型，左压板、右压板通过弯销插在承料架相应一字槽中来回移动。

该防裂竹材整形设备的整形方法，具体包括如下步骤：

选材及预加工：选择合适的4-6年生新鲜毛竹，将其截断为预设长度的竹段，去除竹段内部节巴，根据竹材半径将竹段分类，然后根据本批次竹材直径范围确定并调节设备行程相关参数；

高温蒸汽软化预处理：把加工好的新鲜竹段放在封闭的耐压容器内，高温蒸汽加热，温度为140-180℃，处理时间为10-40min；

上料：将加热、预处理好的竹段放入防裂竹材整形两端承料架的半圆孔中；

密封：由控制系统控制，气压系统提供动力，将上模座下移，装在上模座上的压料架同时下移，碰到承料架，压料架停止移动，压料架与承料架一起形成整圆，夹住竹段两侧外圆，气压系统控制上模座继续下移一定距离后，上模座也停止移动，此时由控制系统控制，气压缸提供动力，将两侧密封座板移近竹段两侧孔口，同时将装在密封座板上的全部密封橡胶塞插入相应竹段两端孔口中；

通气：由控制系统控制，通过进气侧密封橡胶塞内空心通气螺杆中的孔，将高温蒸汽通入竹段内孔并保持一定压力；

压型：上模座继续下压，通过上、下、左、右四侧压板对竹段四侧加压，形成方形截面；

冷却定型：由控制系统控制，打开出气孔侧阀门，由进气孔侧通入冷却空气，进行冷却定型；

出料：两侧密封座板移离，上模座带动各压板及压料架依次离开，即可取出各压型好的竹段；

后处理：截去竹段两端未成型圆头部分。

本发明的优点：

1）整形效率高、效果好，工艺简单，自动化程度高；

3）能满足竹材矩形截面成型且不产生裂纹的要求；

3）能有效解决采用填充实体材料整形方法效果差、工艺繁琐等系列问题，具有易于工业放大的特点。

附图说明

附图1是无内压气体成型原理图。

附图2是有内压气体成型原理图。

附图3是本发明一种防裂竹材整形机构结构示意图。

附图4是夹料机构部分结构示意图。

附图5a是上模座下压前结构示意图。

附图5b是上模座下压后进气中结构示意图。

附图5c是上模座下压后压料中结构示意图。

附图6是密封、通气机构结构示意图。

附图7是加压成型机构结构示意图。

附图8是控制系统示意图线路结构图。

具体实施方式

如图3所示，一种防裂竹材整形设备，其结构由控制系统和加压成型机构（9）两部分组成：控制系统由PLC、电机、空压机、储气罐、电磁阀、气缸、压力传感器、高压蒸汽罐等零部件组成；加压机构由夹料机构、压料架及上压板先后运动机构、密封通气机构、成型机构等组成。

竹段8饱和蒸汽加热后处于极易变形的状态，如直接将密封橡胶塞塞入竹段8两端孔口，通气体后无法保证密封。为保证密封效果，本装置采用承料架12和压料架4夹紧的方法，保证通气时，竹段孔口不会撑开。如图4所示，所述的夹料机构包括承料架12和压料架4，工作时，竹段先放置在承料架12两端带半圆形孔的承料台上，由控制系统控制，气压系统提供动力，将上模座10下移，装在上模座10上的压料架4同时下移，碰到承料架12，压料架4停止移动，压料架4与承料架12一起形成整圆，夹住竹段两侧外圆。

所述的压料架及上压板先后运动机构包括压料螺杆2、A上压板3、B上压板7上模座10、，压料架4通过压料螺杆2固定在上模座10上，A上压板3也通过肋板11固定在上模座10上，

上模座10在气缸作用下下移时，压料架4首先碰到工件和承料架12，停止下移，上模座10带动A上压板3继续下移约一定距离，压料橡胶逐步压缩、缩短（以保证后续充气时的压力，防止漏气），压料螺杆2相对上模座上串，在B上压板7未碰到工件前，由控制系统控制上模座10及B上压板7等停止运动，如图5b所示；通气机构密封，并通过空心通气螺杆6中心孔向竹段中通入饱和蒸汽，达到一定压力后，上模座10带动A上压板3继续下移，对竹段加压成型，如图5c所示；同时压料橡胶继续压缩、缩短，压紧竹段孔口，压料螺杆2相对上模座10继续上串。竹段冷却定型后，由控制系统控制上模座10及A上压板3等首先向上移动撤离，压料橡胶恢复原长，当螺杆2头部台阶碰到上模座10中台阶孔时，螺杆2、压料架4撤离。

如图6所示，所述的密封通气机构包括密封座板1、四个导杆13，两侧密封座板1均通过四个导杆13架在承料架12的导向孔中， 在各压板压制竹段前，两侧密封座板1由控制系统控制，气压缸提供动力，经导杆13导向，移近承料架12，将装在密封座板1上的全部密封橡胶塞5插入相应竹段8两端孔口中；随后由控制系统控制通过向竹段8中通入饱和水蒸气，以保证加压时竹段内部的成型压力，同时保证竹段成型时的温度和湿度，以防止高温蒸汽预处理后由于竹段取出耐压容器和放入加压机构阶段的降温，造成竹段加压时开裂，通气时，气体由左侧空心通气螺杆通入，右侧相应阀门关闭；上、下、左、右四侧压板对竹段8加压形成方形截面后，由控制系统控制，接着向竹段8内通入冷却空气，冷却空气由左侧空心通气螺杆6通入，此时，右侧相应阀门打开，对竹段进行冷却定型。

如图7所示，所述的成型机构9由控制系统控制上模座10及B上压板7向下运动时，通过装在上模座10上的楔块15和左压板14、右压板16上相应的楔块推动左右压板同步压向竹段8；另外通过压杆18推动下压板17下的换向机构，使下压板17同步压向竹段8，完成对竹段8的四侧加压成型。如图6所示左压板14、右压板16通过弯销19插在承料架12相应一字槽中来回移动。

所述的控制系统由图8所示的PLC、电机、空压机、储气罐、电磁阀、气缸、压力传感器、高压蒸汽罐等零部件组成。具体实施步骤如下：

1）PLC发出指令，M1电机带动空压机1运转，其产生的高压气体储存到储气罐1中，待气压达到一定值时，由压力传感器1将信号反馈至PLC，控制电磁阀1（两位三通）打开A1口，从而使气缸1带动上模座10下移；

2）待上模座下移一定时间后，PLC发出指令控制常开电磁阀关闭，上模座10停止下移，M1电机关闭；

3）同时，PLC控制M2电机带动空压机2运转，其产生的高压气体储存到储气罐2中，待气压达到一定值时，由压力传感器2将信号反馈至PLC，PLC发出指令控制电磁阀2、3（两位三通）打开A2、A3口，从而使气缸2、3分别带动两侧密封座板1及其上的密封橡胶圈5靠近工作台，从而将竹材两端口密封；

4）PLC控制电磁阀4（两位三通）打开A4口，将饱和蒸汽充满竹材内部；

5）随后，PLC控制M1电机再次运转、常开电磁阀打开，气缸1带动上模座10继续下移，进行压制整型；

6）整形后，PLC控制位于右侧密封座板1上的常闭电磁阀打开，电磁阀4关闭A4口，打开B4口，向竹材内部通入冷空气进行冷却定型；

7）冷却一定时间后，PLC同时发出指令至电磁阀1两位三通、电磁阀2（两位三通）、电磁阀3（两位三通），同时打开B1、B2、B3口，使气压缸1、气压缸2、气压缸3反向移动，带动上模座10两侧密封座板1同时离开工作台，完成一个工作循环。

该防裂竹材整形设备的整形方法，具体包括如下步骤：

（1）选材及预加工：选择合适的4-6年生新鲜毛竹，将其截断为预设长度的竹段，去除竹段内部节巴，根据竹材半径将竹段分类，然后根据本批次竹材直径范围确定并调节设备行程相关参数；

（2）高温蒸汽软化预处理：把加工好的新鲜竹段8放在封闭的耐压容器内，高温蒸汽加热，温度为140-180℃，处理时间为10-40min；

（3）上料：将加热、预处理好的竹段8放入防裂竹材整形两端承料架12的半圆孔中；

（4）密封：由控制系统控制，气压系统提供动力，将上模座10下移，装在上模座10上的压料架4同时下移，碰到承料架12，压料架4停止移动，压料架4与承料架12一起形成整圆，夹住竹段两侧外圆，气压系统控制上模座10继续下移一定距离后，上模座10也停止移动，此时由控制系统控制，气压缸提供动力，将两侧密封座板1移近竹段8两侧孔口，同时将装在密封座板1上的全部密封橡胶塞5插入相应竹段两端孔口中；

（5）通气：由控制系统控制，通过进气侧密封橡胶塞5内空心通气螺杆6中的孔，将高温蒸汽通入竹段8内孔并保持一定压力；

（6）压型：上模座10继续下压，通过上、下、左、右四侧压板对竹段四侧加压，形成方形截面；

（7）冷却定型：由控制系统控制，打开出气孔侧阀门，由进气孔侧通入冷却空气，进行冷却定型；

（8）出料：两侧密封座板1移离，上模座10带动各压板及压料架4依次离开，即可取出各压型好的竹段；

（9）后处理：截去竹段两端未成型圆头部分。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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 (7)

1.一种防裂竹材整形设备，其特征是由控制系统和加压成型机构两部分组成：控制系统由PLC、电机、空压机、储气罐、电磁阀、气缸、压力传感器、高压蒸汽罐组成；加压机构由夹料机构、压料架及上压板先后运动机构、密封通气机构、成型机构组成。

2.根据权利要求1所述的一种防裂竹材整形设备，其特征是所述的夹料机构包括承料架（12）和压料架（4），工作时，竹段先放置在承料架（12）两端带半圆形孔的承料台上，由控制系统控制，气压系统提供动力，将上模座（10）下移，装在上模座（10）上的压料架（4）同时下移，碰到承料架（12），压料架（4）停止移动，压料架（4）与承料架（12）一起形成整圆，夹住竹段两侧外圆。

3.根据权利要求1所述的一种防裂竹材整形设备，其特征是所述压料架及上压板先后运动机构包括压料螺杆（2）、A上压板（3）、B上压板（7）、上模座（10）；压料架（4）通过压料螺杆（2）固定在上模座（10）上，A上压板（3）通过肋板（11）固定在上模座（10）上。

4.根据权利要求3所述的一种防裂竹材整形设备，其特征在于，上模座（10）在气缸作用下下移时，压料架（4）首先碰到工件和承料架（12），停止下移，上模座（10）带动A上压板（3）继续下移约一定距离，压料橡胶逐步压缩、缩短，压料螺杆（2）相对上模座上串，在B上压板（7）未碰到工件前，由控制系统控制上模座（10）及B上压板（7）停止运动；通气机构密封，并通过空心通气螺杆（6）中心孔向竹段中通入饱和蒸汽，达到一定压力后，上模座（10）带动A上压板（3）继续下移，对竹段加压成型；同时压料橡胶继续压缩、缩短，压紧竹段孔口，压料螺杆（2）相对上模座（10）继续上串；竹段冷却定型后，由控制系统控制上模座（10）及A上压板（3）首先向上移动撤离，压料橡胶恢复原长，当螺杆（2）头部台阶碰到上模座（10）中台阶孔时，螺杆（2）、压料架（4）撤离。

5.根据权利要求1所述的一种防裂竹材整形设备，其特征是所述的密封通气机构包括密封座板（1）、四个导杆（13），两侧密封座板（1）均通过四个导杆（13）架在承料架（12）的导向孔；在各压板压制竹段前，两侧密封座板（1）由控制系统控制，气压缸提供动力，经导杆（13）导向，移近承料架（12），将装在密封座板（1）上的全部密封橡胶塞（5）插入相应竹段（8）两端孔口中；随后由控制系统控制通过向竹段（8）中通入饱和水蒸气，以保证加压时竹段内部的成型压力，同时保证竹段成型时的温度和湿度，以防止高温蒸汽预处理后由于竹段取出耐压容器和放入加压机构阶段的降温，造成竹段加压时开裂，通气时，气体由左侧空心通气螺杆通入，右侧相应阀门关闭；上、下、左、右四侧压板对竹段（8）加压形成方形截面后，由控制系统控制，接着向竹段（8）内通入冷却空气，冷却空气由左侧空心通气螺杆（6）通入，此时，右侧相应阀门打开，对竹段进行冷却定型。

6.根据权利要求1所述的一种防裂竹材整形设备，其特征是所述的成型机构（9）由左压板（14）、楔块（15）、右压板（16）、下压板（17）、压杆（18）组成；控制系统控制上模座（10）及B上压板（7）向下运动时，通过装在上模座（10）上的楔块（15）和左压板（14）、右压板（16）上相应的楔块推动左右压板同步压向竹段（8）；另外通过压杆（18）推动下压板（17）下的换向机构，使下压板（17）同步压向竹段（8），完成对竹段（8）的四侧加压成型，左压板（14）、右压板（16）通过弯销（19）插在承料架（12）相应一字槽中来回移动。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种防裂竹材整形设备，其特征在于，该防裂竹材整形设备的整形方法，具体包括如下步骤：

（1）选材及预加工：选择合适的4-6年生新鲜毛竹，将其截断为预设长度的竹段，去除竹段内部节巴，根据竹材半径将竹段分类，然后根据本批次竹材直径范围确定并调节设备行程相关参数；

（2）高温蒸汽软化预处理：把加工好的新鲜竹段（8）放在封闭的耐压容器内，高温蒸汽加热，温度为140-180℃，处理时间为10-40min；

（3）上料：将加热、预处理好的竹段（8）放入防裂竹材整形两端承料架（12）的半圆孔中；

（4）密封：由控制系统控制，气压系统提供动力，将上模座（10）下移，装在上模座（10）上的压料架（4）同时下移，碰到承料架（12），压料架（4）停止移动，压料架（4）与承料架（12）一起形成整圆，夹住竹段两侧外圆，气压系统控制上模座（10）继续下移一定距离后，上模座（10）也停止移动，此时由控制系统控制，气压缸提供动力，将两侧密封座板（1）移近竹段（8）两侧孔口，同时将装在密封座板（1）上的全部密封橡胶塞（5）插入相应竹段两端孔口中；

（5）通气：由控制系统控制，通过进气侧密封橡胶塞（5）内空心通气螺杆（6）中的孔，将高温蒸汽通入竹段（8）内孔并保持一定压力；

（6）压型：上模座（10）继续下压，通过上、下、左、右四侧压板对竹段四侧加压，形成方形截面；

（7）冷却定型：由控制系统控制，打开出气孔侧阀门，由进气孔侧通入冷却空气，进行冷却定型；

（8）出料：两侧密封座板（1）移离，上模座（10）带动各压板及压料架（4）依次离开，即可取出各压型好的竹段；

（9）后处理：截去竹段两端未成型圆头部分。