摘 要

“宁可食无肉，不可居无竹。”这是古人对竹的评价。今天人们把竹林喻为“绿色金库”，由于生活水平的提高，人们对家居装饰提出了更高的要求，竹材因其强度高，耐磨性好，纹理清晰美观，而且为天然绿色环保产品大大迎合人们回归自然的心理，深受人们的喜爱，市场前景非常广阔。本文在考虑毛竹竹筒几何外形不规则以及材料的特殊性的基础上对目前的多种去青加工方法进行比对分析,最终选择了表现最优的砂辊磨削方法,为使所设计的加工设备与市场现有设备相比较具有更好的通用性和操作性,适用各地组织大规模竹材加工并且考虑到竹筒“三度”的影响，我们设计了一种可以上下，左右浮动的砂辊，它不仅工作可靠，性能优越，而且结构紧凑，重量轻，更换砂布快捷，方便。对于获得整竹无裂纹展开平板具有较高的推广意义。

关键词:整竹无裂纹展开；去青；磨削；砂辊；设计

目录

第一章 绪 论 5

1.1课题研究的目的和意义 5

1.2 国内外研究概况 5

1.3 发展前景 6

1.4 研究内容 7

第二章 毛竹特性及去青方式的选择 8

2.1 毛竹特性 8

2.2毛竹去青方式的选择 10

2.2.1 周向刮削法 11

2.2.2 轴向刮削法 12

2.2.3 小结 13

2.3去青的方案构思 13

第三章 去青磨头的设计 15

3.1磨头的总体结构 15

3.2砂辊的基本结构 16

3.3夹紧时弹性环上端的变形量 17

3.4 夹紧力的确定 18

3.4.1 磨削时砂布的抽出力 18

3.4.2 砂布张紧时所需要的拉紧力 18

3.4.3 由夹紧轴夹紧表面摩擦力确定夹紧力 18

3.4.4 由夹紧轴支承轴颈摩擦力矩确定夹紧力 18

3.5 根据刚度条件确定弹性环的断面尺寸 20

3.6 弹性环的强度校核 21

3.7 扳手拧转力矩校核 23

3.8 磨筒轴的强度校核 23

3.9小结 24

第四章 砂辊磨头拉力弹簧的选择 24

4.1 砂辊磨头拉力弹簧的选择 24

4.2 小结 27

致 谢 29

参考文献 30

第一章 绪 论

1.1课题研究的目的和意义

我国是一个木材资源较为贫乏的国家。随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，对木材及木制品的需求量日益增加，由此导致森林面积不断减少和森林质量与材种急剧下降，成熟材、优质材、大径材不断减少。同时，国家为了控制生态平衡，防止水土流失，开始实施天然林保护工程，严禁乱砍乱伐，使得木材供需矛盾更加尖锐。近10年来国内木材消费以年均1000万立方米的速度迅猛增加，木材年均消耗 3—3.3亿立方米，按照国家林业局下达的“十五”期间森林采伐限额和历年我国森林消耗数据来看，目前国内木材供应缺口近1.2亿立方米，且缺口越来越大。但我国是世界上竹子资源最丰富的国家，由于竹子硬度高，色泽漂亮，经久耐用，且为可持续性环保材料并且竹子容易培养，三到五年就可以砍伐，因此许多专家学者纷纷提出用竹材代替木材。

近年来，中国竹材工业化利用和科学研究有了很大的发展，各种竹材加工企业应运而生，目前，竹制品广泛用于建筑，装饰，汽车等各个领域，按加工后的产品来分，可以做成竹材胶合板，竹编胶合板，竹蔑积成胶合板，竹材碎料胶合板，竹材复合板，竹材集成地板等等。为了组织大规模生产，必须使用合理高效的专用加工机械，但以竹子为原料生产板材是八十年代才开始研究的课题，到目前为止，最具有代表性的展开法为半竹平板加压展开法、旋切展开法2种，其中半竹平板加压展开法，由于展开后存在明显的裂纹且展开质量不够理想，虽然不影响胶合板类产品的制造，但不适用于深加工，而旋切展开法由于受竹筒几何形状的限制，旋切展开的长度只能在600mm左右，且竹材的利用率仅有20%- 30%。对于最有经济附加值的整竹无裂纹展开因其难度较大而在国内外基本属于空白，因此课题由此而生。若能对去黄，去青后的整竹实现无裂纹展开，那么其经济效益是非常可观的。另外，我国的竹产区大多数在农村及偏远山区，若能实现工业化生产，不仅可提高竹产区农民的收入，增加就业渠道，还可以促进落后地区的经济发展，其社会效益显著。本课题仅研究整竹无裂纹展开加工中的主要工序之一，即整竹筒去青机磨头装置设计的研究。

1.2 国内外研究概况

我国早在殷商时期，就用竹做箭矢，作为狩猎和攻防武器。春秋战国时期流行竹简，竹牍，对传播文化起到了重要作用。 2000多年前四川省自贡流井盐区，已经开始使用竹片、竹管凿井取卤，以后又用竹筒引取天然气；1000多年前，出现了竹材造纸，宋朝出现了用麻竹纤维制成的竹丝，竹麻，并织成竹布、竹履、竹冠、竹扇等。传统竹材的加工利用主要是单纯的利用竹子，例如竹编用具、竹雕工艺品、简易竹建筑、竹衣系列产品等。随着我国经济开放的不断深化，全国竹业进入快速发展阶段。至目前为止已有各种竹材加工厂数百家。主要产品有竹材胶合板、竹编胶合板、竹蔑积成胶合板、竹材碎料胶合板、竹材复合板、竹材集成地板等等。其中竹材胶合板厂近30家，主要分布在江西、福建、安徽、浙江、江苏、湖北、广西、四川等地。产品50%用于汽车车厢底板。剩余部分用于建筑水泥模板、火车车厢底部及其他用途，生产能力40000多m³。竹蔑积成胶合板厂共10余家，主要分布在浙江、江西、湖南、湖北等地。产品主要用于东风系列载重汽车底板和铁路篷车底板。生产能力30000多m³。竹编胶合板厂主要分布四川、湖北、浙江、江西等地。工厂规模较小，共有生产工厂30余家，总产量不足20000多m³。产品主要用于包装也有部分用于底板。

据全国第三次工业普查资料统计，从事传统竹产品的企业达1120家，占48.7%；竹席、竹筷因所需投资少，设备简单，经济效益好，所以发展迅速，有竹席加工厂680家，竹筷加工企业288家，占42.1% ；而竹新产品加工企业尽管发展较快，但仅有竹材人造板厂家，竹地板厂153 家，两项合计占9.2%。就其规模而言，多数以中小企业为主，竹材人造板企业的年生产能力都不高，就技术设备而言，目前仍处于机械和手工作业相结合的形式，尚无高度机械化或连续化的生产工艺和生产设备，生产效率不高，用于竹材加工的特殊机械设备比较单一，竹材展开也大多采用四分之一或半竹展开。但由于多方面原因竹片表面一般有展平裂纹，不适宜作为装饰用材。对于最具市场前景的整竹无裂纹展开在国内外还基本是空白。

国外政府也投入大量的资金和人力积极的探索竹子加工和利用的新方法和新工艺，其中以日本和菲律宾为最深入，已经形成一套比较合理的加工方法和工艺，开发出许多竹材加工专用设备，比如日本研制的竹材旋切板技术就比较先进，但这些国家目前所采用的竹材展开方式仍是四分之一或半竹展开，对于整竹展开技术设备也仍处于开发设计阶段。

1.3 发展前景

全国现有竹林面积达520多万平方米，近5年以来更以年均13万平方米以上的速度增长。全国现有约3500万农民直接从事竹林培育、竹制品加工等生产经营。竹产业涉及建筑、建材、家居等10多个领域，竹产品形成100多个系列数千个品种，其中竹地板年产量612万平方米，竹胶合板年产量627平方米，出口到30多个国家和地区。2006年，我国竹产业年产值达660多亿元，出口额11亿美元。

随着我国竹材工业的蓬勃发展，对竹材加工的机械提出了新要求。目前，我国竹材工业的研究主要集中在材料及工业方面，竹材加工机械研究方面较少。因此发展现代竹工机械对我国竹材加工业乃至林业的发展具有重要意义。相信整竹筒去青机的研究将会把竹材加工机械带上新高度。

1.4 研究内容

整竹筒去青是实现无裂纹展开的第一道工序。要想获得整竹无裂纹展开竹平板，竹筒去青是关键工序，去青后竹筒的表面质量直接影响竹筒展开时竹平板是否开裂。其中整竹筒去青机磨头装置是整竹筒去青机中的关键部件，整竹筒去青机磨头装置的设计好坏直接关系到去青机的性能和整竹筒去青的表面质量。在竹子中，尤其在竹青和竹黄中含有大量的SiO₂，还有少量的脂肪，形成“腊质层”，影响竹材的胶合及无裂纹展开所以必须去除。但是“腊质层”用常规溶剂不起作用，目前较有效的方法是机械去除，但都存在一些不足。例如车削加工，由于弯曲度，尖削度，椭圆度（简称“三度”）的影响，竹筒转速不宜过高，否则由偏心质量产生的惯性力会将竹筒撕裂，因此生产效率不高；刨削加工虽然生产效率很高，但加工出来的表面会呈现多变形，曲面不连续，无法实现无裂纹展开；刮削加工分周向刮削和轴向刮削两种，虽然生产效率较高，但刮削厚度很难达到要求，仅能去除表面较薄的腊脂层，难以完全去青。根据竹子和竹青的特点，并且要求在最短的时间内将竹青完全去除，提高劳动生产率同时降低加工成本， 我们选用了砂带磨削的方法。由于砂布磨损较快，所以我们设计了一种工作可靠、结构简单、重量轻便于更换砂布的特殊砂辊。由于竹筒三度的影响，我们将砂辊设计成可以在上下，左右两个方向上浮动并且要求砂辊的宽度适中，以保证竹筒表面的磨削质量。

第二章 毛竹特性及去青方式的选择

2.1 毛竹特性

就生长特性而言，竹子不同于其它木本科植物,它一次造林成功即可年年行鞭、出笋,永续利用,竹林面积能以平均每年2.45%的速度递增。竹子从发笋到长成竹材,只有几个月的生长期,然后再经过约3年的成熟期,就成了成熟竹材。这一生长过程与木材不一样,在竹材内部纤维组织中看不到年轮。新造竹林一般5-10年成林,每年都可以砍伐利用。与木材的比较，就工业利用而言,木材与竹材的比较主要是在其物理性质和化学性质方面。竹材的物理性能,根据竹材的部位,年龄和种属不同有差异,以杉木与竹材相比,其物理性能如表所示。从表中可以看出,竹材是一种在物理性能方面并不逊色于木材的优质材料。