对于单板旋切，原木轴向移动引起的刀具堵塞、原木拧紧或设备损坏等问题，对现有无卡旋切机改进设计：在原有结构上增设复位装置；以检测及时性、旋切位置、复位机构误动作为考虑因素，确定检测装置的安装位置、*优的复位导程、复位装置和旋切机的互锁方式，保证旋切时复位机构动作准确。利用极限原理进行数据分析与对比，验证改进后的检测复位装置的可行性，实现3s内的自动检测复位，从而提高单板旋切生产线的安全性和工作效率。
旋切是胶合板生产的关键工序之一，在胶合板市场需求日益增长的情况下，对生产效率和安全系数提出了新的要求。由于能有效地解决小径材和有卡旋切余木的二次旋切，无卡旋切余木也成为单板旋切的主要设备。现在的无卡轴旋切机主要分为机械式和数控式两大类，其工作原理都是将双辊筒与电机的单辊筒转动，配合刀架给系统联动，以达到原木旋切作业[2]。
旋切刀工作范围内的原木旋转是旋切生产单板的基本保证[3]。但是，无卡轴旋切机对原木没有轴向卡紧作用，且原木外形存在不确定因素或尺寸自重较大，加工设备精度不高，无卡轴旋切机在旋切原木时会出现轴向移动现象，当轴向移动距离超过旋切机有效加工范围时，会引起刀架堵塞或原木扭曲等问题，严重时会损坏线路甚至电机[4]。当前解决原木轴向移动问题的方法主要是人工复位，即人工观察发现的原木轴向移动的超限范围时，人工停机手动复位。该法费时费力、检测率低、不安全操作，严重影响了单板的生产效率。
为解决圆木轴向运动的问题，结合无卡轴旋切机原有结构和旋切要求，本课题提出了一种检测复位装置的结构设计，以提高圆木轴向运动的安全性能和生产效率，提高圆木轴向切割生产线的自动化程度。
1原木轴向检测复位装置设计
1.1无卡轴旋切机床的结构和检查复位设计要求。
电机、减速器、双辊、单辊、旋刀、机架等机构组成的无卡轴旋切机床[5]，见图1。
无卡轴旋转刀盘结构示意图。
一架；二对辊；三对旋切刀；四对单辊；五对减速器；六对马达；七对机架；八对丝杠；九对刀盘；十一对数控箱体；十二对操作台。
无卡旋切机由电机驱动单辊和双辊旋转，与刀架系统联动完成旋切工作[6]。旋切机的主要参数有：双辊长度1500mm、刀架长度1600mm、旋切刀长度1400mm；加工原木*大长度1270mm、*小直径32mm。
检查复位装置的设计要求：
一、检测设备应具有高效率、高精度、高时效性，一旦原木发生轴向移动，检测设备必须及时做出判断和快速动作；
2)复位装置应满足旋切到任意位置、任意尺寸的原木复位，并能保证设计设备的使用性能；
3)确定圆木的复位位置，使复位后圆木处于圆木旋切*佳位置；
4)检查、复位装置应与旋切机互锁，在停机阶段进行，以保证旋切过程中复位机构不会发生误动；
5)检测、复位装置应在较短的时间内完成相应的动作，提高生产效率。
1.2原木轴向探测复位装置的工作原理和总体设计；
基于无卡轴旋切机的原有结构，增加了针对木材轴向超范围移动的检测、复位装置，如图2所示。
图2检测复位装置的设计。
检测器由接近开关组成，复位装置由液力推杆组成，每侧检测器和复位装置为一组，两组分别工作，组合式检测器和复位装置相互配合，依次完成相应的动作。
探测，复位装置的工作原理是：当旋切刀两端的接近开关检测到圆木发生轴向移动，超出了旋切刀的有效工作范围并接近接近开关时，该侧的接近开关动作将收到的信号传送到旋切机数控箱，数控箱发出停止指令[7]。停止运行后，该侧的液压复位装置开始工作，将发生轴向运动的原木推回到旋切刀的中间位置；然后，旋切机又继续进行旋切操作。图3显示了检测、复位设备的工作流程图。
图3检测复位装置工作流程。
按照设计的要求，复位后进行检查，完成后旋切机继续工作，如图4所示。
图4为检测复位装置的工作时序。
二是木材轴向检测复位装置的结构设计。
2.1设计测试设备。
该检测仪包括两个安装在旋切刀两端的常闭接近开关。
2.1.1选择接近开关。
近接开关是一种无接触动作，它向驱动执行机构提供信号，并将其分成电感、电容、霍尔和光电等类型[8]。
电感开关适用于圆柱体，霍尔开关适用于圆柱体，所以理论上可以选用圆柱体接近开关和光电接近开关来检测圆柱体的位置。但由于检测设备安装位置空间狭小，旋切机工作时振动大，环境恶劣，需进行高精度的重复检测，不适合光电式开关的工作要求，因此，本研究选择了光电式接近开关作为检测设备。
本实用新型具有体积小、频响快、精度高、无磨损、使用寿命长等优点，并可用于木材、塑料、粉末、水、油等非金属材料的检测，当原木靠近开关工作表面时，电路中电容量会发生变化，从而判断是否需要一种原木[9]，以满足检测装置的设计要求。通常情况下，常闭电容接近开关处于关闭状态。
2.1.2位置接近开关的设计。
从无卡轴旋切机的主要参数尺寸来看，旋切刀安装在刀架中间位置，刀架两端有50mm的空隙，旋切刀正好位于故障位置，因此，应将接近开关设置在刀架50mm处，并且靠近旋切刀的一端，如图5所示。
图5接近开关的安装位置。
木心直径在原木旋切后约为32mm，若原木旋切至*小尺寸(即芯轴尺寸)也可将开关感应面完全遮盖，则原木旋切任意时刻的尺寸应大于芯轴，可使开关接近。
为了确保接近开关检测的高效率和高精度，以原木芯轴安装位置为例，采用半嵌入式接近开关安装，见图5b。采用半嵌入式安装方式，增加了圆木对接近开关感应面的遮挡面积，缩短了接近开关与圆木之间的距离，为接近开关的平稳动作提供了保证，同时也防止圆木受到轴向移动时的损伤。
2.2重置设备设计。
复合装置包括两个安装在支架两端的液压推杆。
2.2.1锁定设计。
重置装置上设有常闭电容接近开关，用来探测液压推杆的有无，与探测装置串联在一起，并与旋切机构成互锁[10]，见图6。
图6互锁设备。
在检测设备中，复位装置上的开关与开关串联，旋切机的旋切工作形成回路，如图7所示。
图7互锁过程图解。
当检测开关发现有圆木超出刀具的有效工作范围时，向数字控制盒发送信号，断开检测开关，使旋切机停止运转。
2)复位装置开始工作时，液压推杆先作推程运动，复位装置上的开关动作，常闭开关也随之断开，这时，两常闭开关都处于断开状态。
当水力推杆把原木推回，并且不打探头的时候，开关就从断开到关闭。但在回路中复位装置上的开关仍处于断开状态，旋切机在此期间仍然停机。
第四，当液压推杆复位回路完全结束时，复位装置上的开关感应面不再被激活，开关从断开到闭合，这两个开关在回路中都处于闭合状态。
旋转切割器，旋转切割继续进行。
2.2.2液压推杆的设计
本文所设计的液压推杆属于小型工程机械范围，工作压力P值为10~16MPa，取值为12MPa；液压缸流量Q值为12L/L；木芯直径32mm；取值为28mm。推杆受压时，工作压力大于7MPa，因此根据推杆受压的液压缸体内径D可以达到40mm。
重置装置应能满足对旋切位置、任何尺寸的原木进行重置，因此重置装置应设置在上机架上，并能随机架一起移动；重置后的原木若再发生轴向位移，则为确保原木能在*大范围内轴向位移，将原木推进到旋切刀的中间位置，并能保证复位后的原木处于*佳的旋切位置。*大推程为260mm，设计液压推杆长度L0，*大推程为旋切机旋切刀端端端65mm。
图8左右液压推杆推杆的局部视图。
图9显示了重置后的圆木位置。复刀后的圆木，无论再次出现左移还是右移，在复刀有效工作范围内可移动的距离*大，复刀此时位置*好。
图9原木复位时*佳位置示意图。
2.2.3设计液压控制系统。
为了达到超出刀具加工范围的圆木快速复位，需要液压推杆完成快进—快退动作[11]，所以选择液压缸差动连接环[12]，如图10所示。
图10液压缸差速接头。
在切割器有效加工范围之外对原木进行复位，三位四通换向阀与二位三通换向阀左面接合，液压缸差动连接，推杆做快进动作。在推杆达到*大推程时，三位四通换向阀与二位三通换向阀右位接通，推杆快退完成原木复位。本发明可实现原木快速复位，缩短旋切机停机时间，提高工作效率。
三、装置的验证。
3.1推力确认
一、原木复位时需要的*大摩擦。
原木进入旋切机上，经剥皮、圆整后，原木体积以圆整体积计算：
当检测到原木轴向运动的超程，旋转刀盘停止，原木从旋转逐渐变成静止，这样原木就不会被旋切，如图11所示：
图11退刀后圆木受刀示意图
在旋切机中，原木受到重力的支撑，双辊、单辊的支撑，所以原木复位时，只有摩擦力作用，摩擦力大小如下：
由极限思想可知式中
2)液压推杆的推力。
按复位装置设计参数，液压杆可得到如下推力：
型中：P-液压缸压力，12MPa；液压缸面积。
液力推杆的长度是：
三、比较验证。
原木复位所需*大摩擦力f为1 026.383 N，液压推杆推力F为15 079.645 N，设计液压杆推力F大于复位所需摩擦力f，该液压复位装置可以完成对原木的复位。
3.2重置时间计算。
液压缸流量Q为12 L/min，根据公式
一、液压推杆快速进气，
快进式时间；
二、液压杆快退
快退时间
根据快进快退时间，可知液压复位总时间，得。
鲁公网安备 37132502371451号