用于竹展平的展平轮组及竹展平设备的制作方法

本发明属于竹材加工技术领域，涉及将弧形竹片整体展平的技术，具体地涉及展平弧形竹片所用的设备。

背景技术：

竹木具有可降解性，相对塑料材料更为环保，近年随着环保与健康意识增强，竹木制品再次流行起来。与木材相比，竹材具有生长周期短、质地较为坚硬等优点。但由于原竹为圆筒结构，无法直接切割获得板材，加工基于平板制做成型的竹制品时，传统方法是先通过竹条拼接获得竹板材，再进一步加工制品。近来，一种通过展压的方式将竹筒展平形成板材的新技术（下称竹展平技术）日渐成熟起来。这种新技术相对切割成竹条再拼接的传统方式对竹材的利用率更高，且加工形成的竹板材未经拼接，整体性好，成品不易开裂，无胶更环保。

竹展平技术首先将成段的竹筒的筒壁沿轴向开一条开缝，然后进行软化处理，在软过程中，竹筒因内壁吸水鼓胀顺开缝自然张开成为弧形竹片，最后通过前后依次排列的多个展压辊与展压辊下方的托辊相互配合将软化的弧形竹片逐渐压平而获得竹板材。竹片被展压时，竹黄一面朝向展压辊。

在竹材展平的过程中，竹筒内侧（靠近竹黄一侧）的竹肉会被拉伸扩展，当拉伸受力不均时，竹筒内侧尤其竹簧部容易因局部拉伸张力而产生顺着竹筒轴向的裂纹，在轴向裂纹的引导作用下竹筒则容易进一步发生开裂，导致材料报废。为了避免竹筒在展平过程中开裂，比较有效的处理方法是，在展压辊表面设置一定间距的平行刀刃，刀刃的方向与竹筒的轴向成一定角度。展平过程中，展压辊表面的刀刃在竹筒内侧切割形成相对均匀且不平行于竹筒轴向的裂纹，通过非轴向裂纹均匀化解内侧竹黄及竹肉拉伸扩展过程中形成的局部张力，有效避免了竹筒内侧产生轴向裂纹，进而避免了竹筒的轴向开裂。

现有展压辊存在的问题是：一、展压辊上与竹筒轴向成一定角度的刀刃对被加工竹筒不具有横向定位功能，竹筒在先后经过多个展压辊展平的过程中，容易发生横向偏移。一方面偏移后各展压辊的实际展压的位置相对设计展压位置发生变化，达不到理想的展压受力过程。增加竹筒展平开裂概率。另一方面，发生偏移会导致在竹筒内侧切割形成的裂纹不均匀。同样会增加竹筒开裂概率，还影响成品板材的力学性能（裂纹越深越能起到防止轴各开裂的作用，当裂纹很深时，为了保证材料的利用率，成品板材上裂纹一般不会完全刨除）。二、竹片展平是弧度渐变的过程，从前到后，多个展压辊轴向宽度依次增加。不难想到的是，依次经过多个展压辊展平的竹板上，裂纹密度并不均匀，而是由中间向两边递减的。中间裂纹密度最高，两侧边缘裂纹密度最低，中间裂纹密度为边缘裂纹密度的n倍，其中n为展压辊的数量。必然地，由此而获得的展平竹板中间和边缘的力学性能则存在明显差异。三、不同展压辊表面设置的刀刃角度一致，无法消除顺着刀刃方向上的内应力，影响展平成品率。

技术实现要素：

本发明的主要目的是基于竹展平技术的现状，提出适用于竹展平加工的改进的展平轮组，以解决竹筒横向偏移问题、以及提高成品质量和成本率。本发明另一目的是进一步提供一种竹展平设备。

为实现上述目的，本发明首先提出一种用于竹展平的展平轮组，包括由前到后依次排列的n个展压辊和设置在展压辊下方与展压辊一一对应的n个托辊，各展压辊和托辊的轴心横向设置且相互平行，各展压辊横向居中设置（各展压辊在水平平面上的投影，沿中线对称），各展压辊的横向宽度由前向后依次增大；其特征在于，前m1个展压辊包括一个居中设置的导裂刀轮，前m1个展压辊之后的n-m1个展压辊包括两个导裂刀轮，一个展压辊上的两个导裂刀轮对称设置在展压辊的轴向的两端，后n-m1个展压辊中前m2个展压辊的两个导裂刀轮之间设有一个定位钉轮；后n-m1-m2个展压辊的两个导裂刀轮之间设有两个定位钉轮，并且两个定位钉轮之间设一个弹性压轮，其中m1、m2均大于等于1，n-m1-m2大于1；所述定位钉轮的圆周上设有定位钉；所述导裂刀轮的圆周上设有用于在竹筒被压表面上切割形成裂纹的刀刃，刀刃方向相对于纵向垂直面倾斜，各导裂刀轮的刀刃倾斜方向相同。

使用上述展压轮组加工展平竹板，从前面将待加工弧形竹片竹黄面朝上顺着其长度沿纵向送入展压轮组，依次从下面经过各展压轮时，弧形竹片由中间到两边逐渐被展平。展平的过程中，导裂刀轮在竹片的竹黄面切割形成非纵向裂纹。定位钉轮上的定位钉可有效防止被竹片在传送过程中横向偏移。弹性压轮可有效防止竹片已展平的部分向上翘曲，保持竹片已展平部分平整。

进一步地，所述定位钉轮的定位钉高度小于导裂刀轮的刀刃高度。

优选地，所述导裂刀轮的圆周面与外侧面圆滑过渡。

优选地，被加工弧形竹片长度大于距离最远的相临两个展压辊的中心在水平面上的投影距离，在此以竹子的生长方向为弧形竹片的长度方向。

作为一种选择，m1=1，各导裂刀轮的设刃圆周面在横向竖直截面上的投影互不垂叠，以避免在后展压辊在竹片上已经被在前展压辊压切出裂纹的部位形成重复裂纹。优选所有导裂刀轮的设刃圆周面宽度相等。

优选地，第二展压辊的两个导裂刀轮上设刃圆周面的内间距等于第一展压辊的导裂刀轮上设刃圆周面的宽度；第二展压辊之后的各展压辊，相临两个展压辊中，在后展压辊的两个导裂刀轮上设刃圆周面的内间距等于在前展压辊的两个导裂刀轮上设刃圆周面的外间距。

作为另一种选择，m1=1，每两个相临展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面在横向竖直截面上的投影的重叠宽度相等。周样优选所有导裂刀轮的设刃圆周面宽度相等。

作为再一种选择，相临两个展压辊上的导裂刀轮的刀刃相对于纵向垂直面的倾斜角度不同。

进一步地，m1=2，n为偶数。第二展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面宽度等于第一展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面宽度的两倍。除第一及最后一个展压辊外，任一展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面宽度等于其分别与前后相临展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面重叠宽度之和。各奇数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度相同，各偶数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度相同，奇数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度与偶数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度不同。按此方式设置导裂刀轮，可在竹片上形成斜棱形裂纹。

优选地，奇数与偶数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度差不超过20度。

优选地，除第二及最后一个展压辊外，余下展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面宽度相同；除第一及最后一个展压辊外，任一展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面与相临展压辊的导裂刀轮的设刃圆周面的重叠宽度为该导裂刀轮的设刃圆周面宽度的一半。进一步地，相临在后展压辊相对于在前展压辊的横向宽度增量等于两者导裂刀轮的设刃圆周面在横向竖直截面上的投影的重叠宽度。

作为改进，所述定位钉轮的圆周为柱面结构，所述弹性压轮的圆周为柱面结构，所述导裂刀轮的圆周为凸弧结构（圆周面的母线为弧线段）。前m1个展压辊中，导裂刀轮的圆周面沿导裂刀轮的横向中心截面对称，前m1个托辊对应导裂刀轮的部位为凹弧结构。后n-m1个展压辊中，导裂刀轮的半径由内侧向外侧逐渐减小，同一个展压辊上，两个导裂刀轮相对于横向中心截面对称，导裂刀轮内侧半径与定位钉轮半径相等，导裂刀轮圆周面内侧与定位钉轮的圆周面平滑连接。后n-m1个托辊对应展压辊的部位为向轴心凹入的结构，向轴心凹入的结构中，两端分别对应两个导裂刀轮的部位为凹弧结构，两端凹弧结构之间的部分为中间柱面结构，两端的凹弧结构内侧半径最小，向外侧逐渐增大，两端的凹弧结构内侧半径与中间柱面结构半径相等，中间柱面结构与两端凹弧结构圆滑连接。

该改进方案的特点是：在导裂刀轮辊压竹片时，尽可能保持竹片自然弧度，不对其进行展平，仅在竹面上切割形成裂纹。而将展平工作则是交由在后展压辊上的定位钉轮完成。可有效防止在导裂刀轮刀刃切割竹片时，竹片内表面受刀刃压力而发生轴向开裂。

在本发明中，以水平面内的前后方向为纵向，垂直于前后方向为横向，以靠近展压轮组的纵向水平中线为内，远离压轮组的纵向水平中线为外。

基于上述展压轮组，本发明进一步提出一种竹展平设备，包括机架，机架上还有上述展平轮组、驱动展平轮组中各展压辊转动的动力系统，机架上设有台面，展平轮组中的托辊顶部高出台面，在动力系统的驱动作用下，各展压辊的外缘线速度相同。

为了适应不同厚度的竹筒，作为一种选择，可以将展压辊设置为在竖直方向上可活动，同时对展压辊施加向下的力作为展压辊向下的展压力。相应地，托辊在竖直方向上固定。自然状态下，各展压辊底部齐平。

具体可选地，每个托辊中心辊两端分别通过轴承装配在机架上。对应一个展压辊的左右两侧分别设一个左支撑气缸和一个右支撑气缸，左支撑气缸和右支撑气缸缸体相对于机架固定，左支撑气缸和右支撑气缸活塞杆均朝下设置，左支撑气缸的活塞杆下端固定连接左轴承座，右支撑气缸的活塞杆下端固定连接右轴承座，展压辊的中心轴的左端通过轴承装配在左轴承座内，展压辊的中心轴的右端通过轴承装配在右轴承座内。支撑气缸的活塞杆相对于缸体的活动范围即为展压辊在竖直方向上的活动范围。缸体内的压缩气体通过活塞杆对展压辊施加向下的压力。

不难理解的是，展压辊在竖直方向上的活动也可以通过导柱滑套机构配合弹簧装置实现。

作为另一种选择，与在竖直方向上活动设置展压辊的选择相反，而是将展压辊在竖直方向上固定，相应地，将托辊设置为在竖直方向上可活动，同时对托辊施加向上的力维持托辊相对于展压辊的展压力。

进一步地，机架上对应每个展压辊的左右两侧设有一个左支架和一个右支架，左支架上设置有左支撑气缸，右支架上设置有右支撑气缸，左支撑气缸和右支撑气缸活塞杆均朝下设置，左支撑气缸的活塞杆下端固定连接左轴承座，右支撑气缸的活塞杆下端固定连接右轴承座，展压辊的中心轴的左端通过轴承座装配在左轴承座内，展压辊的中心轴的右端通过轴承座装配在右轴承座内。自然状态下，各展压辊底部齐平。

进一步地，所述支架为n型支架，所述气缸设置在支架的顶梁上，气缸的活塞杆向下穿过顶梁。

附图说明

图1所示为本发明所述展平轮组竹展平原理示意图。

图2所示为相临展压辊之间的一种结构关系示意图。

图3所示为相临展压辊之间的另一种结构关系示意图。

图4所示为经图3所示展压辊展平的竹片裂纹示意图。

图5所示为单导裂刀轮展压辊与托辊的一种配合结构示意图。

图6所示为双导裂刀轮展压辊与托辊的一种配合结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述展平轮组的技术特点做进一步解释说明。

图1以示例方式具体展示了本发明展平轮组的展压辊的排列方式、展压辊与托辊的对应关系、竹片依次经过展压辊的状态，

图中左侧第一竖排、第二排图形分别从侧面视角和上面视角示意从前（图中下方）到后（图中上方）直线排列的11个展压辊1，其中从第一竖排图形可见：不同直径的各展压辊底部齐平，前方几个展压辊半径较大，后方几个展压辊半径较小。从第二竖排可见：各展压辊轴心垂直于排列方向，相互间隔平行；所有展压辊横向居中，从前向后各展压辊横向宽度依次增大。前端第一个展压辊仅由一个导裂刀轮101构成，第二个展压辊由两个导裂刀轮101和一个定位钉轮102组成，定位钉轮被两个导裂刀轮夹在中间。第三至第11个展压辊由两个导裂刀轮101、两个定位钉轮102和一个弹性压轮103组成，导列刀轮设置于最外侧，其次是两个定位钉轮，正中是弹性压轮。所述定位钉轮的圆周表面设有定位钉；所述导裂刀轮的圆周表面设有刀刃（斜线所示）。

图中右侧第一竖排最下方一个图形所示为侧壁沿轴向加工有一条贯通缝隙的竹筒201（下称有缝竹筒）的截面形状，如带有缺口的圆环。右侧第一竖排下方第二个图形为有缝竹筒经软化后形成的弧形竹片202的截面形状，软化过程中，竹壁内侧纤维细胞膨胀，竹筒沿缝隙自然张开形成大于半圆的弧形竹片。此时，弧形竹片开口并不是很大，而且从开口到底部的深度较深。

结合左侧第一竖排和第二竖排图形可知：前方几个展压辊为大半径的圆形薄片状，此形状即为保证展压辊可以从弧形竹片较小的开口进入并触及其较深的底部，随着竹片逐渐被展平，开口逐渐增大，深度逐渐变浅，则不再需要展压辊具有更大的半径。为了缩减纵向占用空间，并且节省展压辊材料，后方的几个展压辊选择更小的半径。

不难想到的是，可以设计各展压辊半径从前到后依次递减。

图中右侧第一排、第二排图形分别从端面视角和上面视角示意弧形竹片从中间向两边逐渐被展平的过程。图中可见，托辊3与展压辊1一对一设置，托辊的轴心与展压辊轴心的垂直投影重合，竹片2从托辊3与展压辊1之间的间隙通过。竹片2自中间起向两边逐条被展平，裂纹也是由中间向两边逐条切割形成。在展压辊中，导裂刀轮负责将竹片展平，定位钉轮负责对竹片进行横向定位，同时具有平压已展平部分的作用，弹性压轮负责平压定位钉轮压不到的已展平部分，防止竹片展平后发生变形。每个导裂刀轮展平竹片上顺着长度方向的一条形区域。

图2示意相临展压辊的导裂刀轮之间的一种可选的横向位置对应关系。该示例显示，所有导裂刀轮的刀刃正向倾斜，相临两个展压辊中，在前展压辊上的导列刀轮的设刃圆周面外间距d1o、d2o与在后导裂刀轮的设刃圆周面内间距d2i、d3i相等。即各导裂刀轮上的刀刃在竹片上的切割区域互相不重叠，但彼此横向连续。

图3示意相临展压辊的导裂刀轮之间的另一种可选的横向位置对应关系。该示例显示，各导列刀轮的设刃圆周面宽度相等，相临两个展压辊中，相临前后两个展压辊上的导列刀轮的设刃圆周面的纵向重叠宽度为设刃圆周面宽度的一半。奇数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度为正15度，偶数展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度为正25度。相临两个展压辊的导裂刀轮的刀刃倾斜角度差10度。基于该图所示各展压辊对应关系展平的竹片表面裂纹呈斜棱形，如图4所示。

图5、6所示展压轮与托轮是一种改进的结构，该改进结构中，展压辊的定位钉轮和弹性压轮的圆周仍为柱面结构，但导裂刀轮的圆周不再采用柱面结构，而是改进为凸弧结构（圆周面的母线为弧线段）。对于仅包含一个导裂刀轮的展压辊，其导裂刀轮的圆周面沿导裂刀轮的横向中心截面对称，与其配对的托辊上对应导裂刀轮的部位301形成凹弧结构。对于包含两个导裂刀轮的展压辊，其两个导裂刀轮圆周面对称倾斜，导裂刀轮的半径由内向外逐渐减小，两个导裂刀轮相对于横向中心截面对称，导裂刀轮内侧半径与定位钉轮半径相等，导裂刀轮圆周面内侧与定位钉轮的圆周面平滑连接。与包含两个导裂刀轮的展压辊配对的托辊对应展压辊的部位为向轴心凹入的结构，向轴心凹入的结构中，两端分别对应两个导裂刀轮的部位302为凹弧结构，两端凹弧结构之间的部分303为柱面结构，两端的凹弧结构内侧半径最小，向外侧逐渐增大，两端的凹弧结构内侧半径与中间的柱面结构半径相等，中间的柱面结构与两端的凹弧结构圆滑连接。

该改进结构展平原理与图1所示原理有所不同，其导裂刀轮不具有展平作用，仅用于在竹面上形成裂纹，而展平功能则由定位钉轮承担。这种改进结构将切割裂纹与展平分开，切割裂纹时，尽可能保持竹片自然弧度，不对其进行展平。可有效防止导裂刀轮刀刃对竹片的展压力造成竹片发生轴向开裂。