近年來，我國木材蓄積量不斷下降，竹林面積卻每年遞增[1],我國人工竹林面積在世界上排第一位，湖南、福建、江西、浙江4省的竹林面積占到全國的1/2[2].竹產業蓬勃發展對竹加工機械也提出了新的要求。由于受技術和成本等因素的影響，現有竹工機械大多是把木工機械經簡單改造后得來。然而，竹材與木材的特性相差較大[3],加之人們對竹產品的質量要求越來越高，因此，現行竹工裝備及工藝越來越不能適應現代竹產業的發展需求，裝備老化和加工精度低，導致原材料利用率低，生產成本高，利潤低，產品競爭力不強，在一定程度上阻礙了我國竹產業的發展[4,6],發展現代竹工機械對我國竹材加工業乃至我國現代林業的發展具有重要意義。

1 技術背景及要解決的技術問題

竹產品中，絕大多數是用竹條、竹片、竹篾按一定規律編織而成。因此，竹制品加工工藝中，第一道工序往往是用破竹機（如圖1所示）將一定長度的竹筒剖分成寬度相等的竹片?，F有破竹機一般由機架、推進裝置、驅動裝置、鏈條鏈輪、夾持定心裝置及回轉刀盤等部分組成。

驅動裝置安裝在機架下部，其動力可以以不同的旋向輸出；機架上有兩條相互平行的水平導軌，驅動裝置的動力通過鏈輪鏈條傳遞給推進裝置，使其沿水平導軌作往復運動；以實現工作進給和退回；在機架的一端安裝有破竹刀（如圖2 所示）。同組破竹刀（一般6~8 把） 中，每把刀的刀片數量不同，相互均勻分布，以適應不同直徑的竹筒和片寬。破竹時，推進裝置在電機的驅動下不停地做往復運動，操作者必須在推進裝置背離破竹刀運動的間歇中使竹筒小頭對準破竹刀，并保證竹筒的中心與破竹刀的中心對中；等推進裝置向破竹刀運動時，竹筒在推進裝置的推力下插入破竹刀，沿著竹筒縱向纖維方向被剖分成數條。

由此可見，要使竹筒等分成規定寬度的竹條，竹筒的中心必須與破竹刀的中心對中。然而，目前國內使用的破竹刀基本上沒有準確的竹筒定心機構，破竹時需靠操作者人工將竹筒套在破竹刀前端定心錐上，而定心錐的大小是根據破竹刀中不同刀片數相適應的竹筒內徑范圍中最小的直徑確定的，所以這種機構無法對選定刀具適應范圍中較大的竹筒準確定心。這一方面增加了工人的操作難度和安全隱患，另一方面如果操作者人工定心不準，會導致被剖分的竹條寬度不相等，造成材料浪費。為能對竹產業相關裝備進行創新、升級，本文針對上述技術問題，提出解決方案，設計了一種能自動定心，加工效率高、結構簡單、操作方便的破竹刀，為進一步在生產中大量推廣奠定基礎。

2 設計方案

在實際調研的基礎上，傘狀自定心剖竹刀具的初步設計方案如圖3所示，自定心剖竹刀具由剖竹刀、定心條、扭簧、鉸接座、銷軸、心軸等零部件組成。心軸前端做成圓錐狀，其主要目的有二：一方面可以在剖竹的同時去除竹隔，另一方面對定心條等定位組件起保護作用，避免了剖竹過程中竹隔直接沖擊定心條而造成破壞，也有利于實現定心。心軸后端與剖竹刀輪轂采用孔軸配合。鉸接座實際上與心軸是一體的。用銷軸分別將定心條鉸接在鉸接座上，定心條的鉸接處安裝有扭簧，扭簧的一端壓在定心條的內表面，另一端壓在心軸上，由于心軸后錐面的限位作用，定心條組合形成前小后大的一個圓錐體，并與剖竹刀和心軸同心；定心條在受到竹筒內壁擠壓時可繞銷軸擺動，以適應不同竹筒小頭內徑的變化并在剖竹前支承竹筒。但是該方案受扭簧質量影響較大，如果其中的某個彈簧失效，容易因扭簧彈性不均導致“偏心”現象。從而會喪失定心的功能。為了防止扭簧因為使用時間不同或其他原因導致的扭力不一致而造成定心不準，用連桿將定心條和滑動套連接起來，保證定心條實現同步定心。經改進后自定心結構的最終設計方案如圖4所示。

為了獲得等寬度的竹片，需使竹筒中心與剖竹刀中心重合；為提高竹材的利用率、減少等寬加工的切削量，內徑范圍不同的竹筒需更換不同刀片數的剖竹刀。剖竹前，只需將竹筒套在剖竹刀具心軸的前錐面上即可，剖竹時隨著推進裝置將竹筒推向剖竹刀，竹筒的內壁開始與定心條接觸；當定心條全部與竹筒內壁接觸時，竹筒內壁會迫使定心條繞著銷軸同步擺動，直到定心條完全進入到竹筒時，定心條停止擺動，此時竹筒與剖竹刀具已經同心，隨著推進裝置繼續前行，竹筒被推至剖竹刀的刀刃上，剖竹開始，當推進裝置行至剖竹刀的最近端時，剖竹刀沿著竹筒縱向纖維方向將竹筒等分成數條，至此完成單根竹筒的等寬剖分，推進裝置反向運行，進入下一循環……

3 結束語

本文針對現有技術剖竹過程中定心困難或定心不準等問題，提出了改進方案，從理論上設計了傘狀自定心剖竹刀，該設計已于2014年11月由國家知識產權局授予專利權（專利號為：CN 204172154U），其主要特點如下：

1） 適應性強。該自定心破竹刀能滿足多種情況下的定心要求：無論竹筒是否彎曲、竹筒端面是否為規則圓形都能實現竹筒與破竹刀的自動對中；與現有破竹機采用定心機構相比，定心精度大大提高，有利于實現等分剖開。

2） 容易推廣。該自定心破竹刀與現有破竹機能較好匹配，使用時只需對原有設備推進裝置加工一個允許心軸通過，但孔徑小于竹筒直徑的中心孔，便可直接安裝在現有破竹設備上作業，易于推廣。

[參考文獻]

[1] 邱爾發，洪偉，鄭郁善。中國竹子多樣性及其利用評述[J].竹子研究匯刊四，2010.

[2] 傅萬四。竹質 OSB 削片技術及工藝學研究[D].東北林業大學，2012.

[3] 竺肇華。中國熱帶地區竹藤發展[M].北京：中國林業出版社，2010.

[4] 張齊生。中國竹材工業化利用[M].北京：中國林業出版社，2009.

[5] 周建波，傅萬四。我國竹工機械發展現狀及未來趨勢[J].木材加工機械，2008.

[6] 李志仁。木工機床結構[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2007.