【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)刀臺(tái)，刀臺(tái)上有切斷鋼筋用的切刀。當(dāng)鋼筋前進(jìn)到預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，鋼筋端頭觸動(dòng)與滑動(dòng)刀臺(tái)相連的定尺板，定尺板帶動(dòng)刀臺(tái)前移。當(dāng)?shù)杜_(tái)移到高速上下運(yùn)動(dòng)的錘頭下時(shí)，錘頭打擊刀臺(tái)上的刀架，刀架上的上切刀將鋼筋切斷，切斷的鋼筋落入承料架內(nèi)，同時(shí)壓縮彈簧將滑動(dòng)刀臺(tái)迅速推回原位置，以免被錘頭第二次打擊。錘擊式切斷機(jī)構(gòu)，長(zhǎng)期以來(lái)一直存在連切的問(wèn)題，被行業(yè)稱之為老大難問(wèn)題。隨著專利技術(shù) “錘擊式?jīng)_壓及切斷設(shè)備的零連切裝置”的開發(fā)與應(yīng)用，不僅徹底解決了錘擊式切斷機(jī)構(gòu)的連切問(wèn)題，而且調(diào)直度好，長(zhǎng)度誤差小。 液壓式切斷方式：鋼筋通過(guò)下切刀口進(jìn)入承料架，觸動(dòng)定尺信號(hào)，該信號(hào)可控制液壓缸的動(dòng)作，液壓缸活塞桿的端部裝有上切刀，活塞桿下行即可切斷鋼筋。這種切斷方式根據(jù)定尺機(jī)構(gòu)的不同，定尺精度也不同。 液壓式鋼筋切斷機(jī)的出現(xiàn)雖然晚于機(jī)械式切斷機(jī)，但卻有著不可比擬的技術(shù)優(yōu)越性和高經(jīng)濟(jì)效益。其技術(shù)優(yōu)越性大致表現(xiàn)在如下方面： （ 1） 具有較高的工作性能由于可以使用較高的液壓力，因而鋼筋自動(dòng)下 料機(jī)能以很高的沖擊力進(jìn)行剪切。 河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 8 （ 2） 具有較低的工作噪音擺脫了齒輪等機(jī)械傳動(dòng)，直接由油缸實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng)，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音小。 （ 3） 具有較好的工作適應(yīng)能力可實(shí)現(xiàn)直徑在 6mm～ 16mm 之間的鋼筋加工。同時(shí)，還可一機(jī)多用，采用不同的工作頭即可進(jìn)行多種工作，如彎管、穿孔等。 （ 4） 具有較高的工作可靠性省去各種離合裝置，不會(huì)由于離合裝置不可靠而產(chǎn)生連切，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。同時(shí)，控制系統(tǒng)的引入，可以實(shí)現(xiàn)定尺剪切，并保證鋼筋切口的表面質(zhì)量。 （ 5） 攜帶方便當(dāng)輸出力或者輸出力矩相同時(shí)，液壓工作頭 的重量遠(yuǎn)小于電動(dòng)或氣動(dòng)工具。此外，采用了超高壓小流量液壓技術(shù)，所以其體積小、重量輕。 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 （ 1）自動(dòng)下料機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 雖然鋼筋自動(dòng)下料機(jī)的類型較多，但其目的都是為了滿足各種功能、性能效率、壽命的要求，所以在結(jié)構(gòu)上都有一些基本的共同點(diǎn)。具體的表現(xiàn)如下： 1機(jī)體 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)的機(jī)體多采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。制造工藝簡(jiǎn)單、陳本較低。也有采用箱式球鑄結(jié)構(gòu)的，如 GQ60A 封閉式鋼筋自動(dòng)下料機(jī)，與鋼板焊接結(jié)構(gòu)相比，機(jī)體變形小，整體密封性能好 [2]。 2剪切機(jī)構(gòu) 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)多采用動(dòng)刀片和定刀片進(jìn)行剪切，由剪切機(jī)構(gòu)對(duì)動(dòng)刀片進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其旺夫沖擊運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)剪切形式的不同，可分為旋轉(zhuǎn)式剪切機(jī)構(gòu)、上下移動(dòng)式剪切機(jī)構(gòu)、下移式剪切機(jī)構(gòu) [5]。其中，下移式剪切機(jī)構(gòu)又可以分為擺動(dòng)式、錘擊式和液壓式。目前國(guó)內(nèi)多使用錘擊式剪切機(jī)構(gòu)。 3定尺部分 定尺剪切訊號(hào)的發(fā)出有三種形式：機(jī)械信號(hào)，行程開關(guān)（接或非接觸式）發(fā)出的電信號(hào)，光電碼盤發(fā)出的電訊號(hào)。一般地說(shuō)，定尺的精度主要取決于發(fā)出訊號(hào)到切刀相應(yīng)的時(shí)間誤差。因?yàn)闄C(jī)械信號(hào)與刀具直聯(lián)，響應(yīng)時(shí)間很短，時(shí)間誤差很 小，所以目前機(jī)械定尺占主導(dǎo)地位 [10]。 4承料機(jī)構(gòu) 在鋼筋自動(dòng)下料機(jī)切斷過(guò)程中，最后一道工序是承料和落料，它在加工工藝過(guò)程中也是很重要的一道工序。校直后的鋼筋在切斷前要在承料架中向前運(yùn)動(dòng)，必須避免校直的鋼筋收到劃傷、變彎，同時(shí)還要保證切斷后能即使落料。所以承料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)也是必須予以重視的。承料機(jī)構(gòu)主要由不等邊的大角鋼、第 1 章 緒論 9 小角鋼、支撐柱和定長(zhǎng)裝置組成的。 （ 2）自動(dòng)下料機(jī)基本工作原理 考慮到鋼筋自動(dòng)下料機(jī)主要是對(duì)鋼筋進(jìn)行剪切的，而且各種要求也是針對(duì)其 剪切性能提出的。所以，現(xiàn)對(duì)不同形勢(shì)鋼筋自動(dòng)下料 機(jī)的剪切遠(yuǎn)離進(jìn)行較為詳細(xì) 研究。 如前所述，按鋼筋自動(dòng)下料機(jī)的剪切方式大體可將其分為三種：旋轉(zhuǎn)式剪切，上下移動(dòng)式剪切，下移式剪切 [5]。下面分別對(duì)其工作原理進(jìn)行闡述分析。 圖 13 旋轉(zhuǎn)式剪切原理圖 圖 13是采用旋轉(zhuǎn)式剪切的鋼筋自動(dòng)下料機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖。一般情況下，該剪切系統(tǒng)主要由牽引輪、定長(zhǎng)開關(guān)、電磁鐵、牙嵌離合器、主動(dòng)齒輪、切斷齒輪、制動(dòng)器、剪切裝置和承料架等組成。當(dāng)鋼筋通過(guò)兩切斷齒輪中間的縫隙進(jìn)入成料架并觸動(dòng)定長(zhǎng)開關(guān)后，通過(guò)電磁鐵帶動(dòng)牙嵌離合器使飛輪軸與主動(dòng)齒輪軸聯(lián)接，主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)一周帶動(dòng)切斷齒 輪旋轉(zhuǎn)三分之一周，同時(shí)切斷鋼筋。切斷齒輪上均布三對(duì)刀齒，三者輪流工作，以延長(zhǎng)刀具壽命。 這類鋼筋自動(dòng)下料機(jī)采用牙嵌離合器進(jìn)行聯(lián)接，收到工作原理的限制其聯(lián)接速度不可過(guò)大，轉(zhuǎn)差一般不超過(guò) 100~150rpm，因此導(dǎo)致了鋼筋前進(jìn)速度不能過(guò)大。同時(shí)又由于切斷齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，啟動(dòng)和停止時(shí)的慣性力也比較大，故而容易造成連切。 河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 10 圖 14 上下移動(dòng)式剪切原理圖 圖 14是采用上下移動(dòng)式剪切的鋼筋自動(dòng)下料機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖。該系統(tǒng)主要由牽引輪、定長(zhǎng)開關(guān)、電磁鐵、轉(zhuǎn)鍵離合器、祛病兩岸、平移式下切刀臺(tái)、擺動(dòng)式上切刀片、制 動(dòng)器和承料架等組成。當(dāng)鋼筋通過(guò)平移式下切刀臺(tái)擺動(dòng)式上切刀片、制動(dòng)器和承料架等組成。當(dāng)鋼筋通過(guò)平移式下切刀臺(tái)進(jìn)入承料架并觸動(dòng)定長(zhǎng)開關(guān)后，電磁鐵帶動(dòng)轉(zhuǎn)鍵離合器使分輪軸與曲柄軸聯(lián)接，去冰上的連桿推動(dòng)平移式下切刀臺(tái)在四連桿機(jī)構(gòu)的作用下前進(jìn)。擺動(dòng)式上切刀片的一端固定在機(jī)架上，另一端刃口緊貼在平移式下切刀臺(tái)的刃口處，當(dāng)平移式下切刀臺(tái)沿圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩刀片刃口相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切斷鋼筋，曲柄使刀臺(tái)復(fù)位，等待下一次剪切。 這類鋼筋自動(dòng)下料機(jī)通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)可使下切刀臺(tái)自身平行地繞擺桿做擺動(dòng)，是一種飛剪。剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與上一類機(jī) 構(gòu)相比小了許多，速度應(yīng)當(dāng)可以達(dá)到 1m/s 以上。但由于上切刀在剪切時(shí)刃口存在轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，與下切刀刃口的磨損較嚴(yán)重。同時(shí)它在剪切工程中鋼筋被向上抬起，牽引輪與剪切機(jī)構(gòu)之間的距離不可過(guò)近，否則鋼筋頭部容易彎曲變形。還由于該設(shè)計(jì)采用了轉(zhuǎn)鍵離合器，使其剪切速度受到限制。 下切式剪切系統(tǒng)的形勢(shì)比較多，按刀具的驅(qū)動(dòng)形勢(shì)可分為：擺動(dòng)式、錘擊式及液壓式。國(guó)內(nèi)大多數(shù)帶肋鋼筋加工廠和預(yù)制構(gòu)件廠使用的鋼筋自動(dòng)下料機(jī)均為錘擊式，其工作原理簡(jiǎn)圖如圖 15所示。電機(jī)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，錘頭在曲軸的作用第 1 章 緒論 11 圖 15 下切式剪切原理圖 下高速不停 地上下運(yùn)動(dòng)，在錘頭的后面位置上有一個(gè)滑動(dòng)刀臺(tái)，刀臺(tái)上有切斷鋼筋用的切刀。當(dāng)鋼筋前進(jìn)到預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，鋼筋端頭觸動(dòng)與滑動(dòng)刀臺(tái)相連的定尺扮，定尺板帶動(dòng)刀臺(tái)前移。當(dāng)?shù)杜_(tái)移到高速上下運(yùn)動(dòng)的錘頭下時(shí)，錘頭擊打刀臺(tái)上的刀架，刀架上的上切刀將鋼筋切斷，切斷的鋼筋落入承料架內(nèi)，同時(shí)壓縮彈簧將滑動(dòng)刀臺(tái)迅速退回原位置，以免被錘頭第二次擊打。 這種鋼筋自動(dòng)下料機(jī)的剪切機(jī)構(gòu)與定尺裝置直接聯(lián)接，沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，因此定尺的精確度極高，誤差在 1mm 以內(nèi)。同時(shí)，由于該剪切機(jī)構(gòu)不存在離合器裝置，因此剛進(jìn)的前進(jìn)速度較高，一般在 30~50m/s 之間。 同時(shí)在剪切時(shí)，錘頭可隨刀臺(tái)前進(jìn) 20~30mm，因此切斷的鋼筋表面質(zhì)量和斷面質(zhì)量較高。但該設(shè)備在使用過(guò)程中如果調(diào)整的不合適，刀臺(tái)在錘頭兩次下行的間隔時(shí)間內(nèi)不能及時(shí)返回，將造成鋼筋的連切現(xiàn)象。 第 2 章 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)設(shè)計(jì)方案 12 第 2 章 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)設(shè)計(jì)方案 傳動(dòng)方案比較 在最初的設(shè)計(jì)中，通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料以及翻閱各類相關(guān)的書籍，初步設(shè)計(jì)出了第一種傳動(dòng)方案：用電動(dòng)機(jī)同時(shí)帶動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)和切斷機(jī)構(gòu)，從電動(dòng)機(jī)出來(lái)先經(jīng)過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)減速，之后經(jīng)過(guò)減速器的減速作用使轉(zhuǎn)速大大降低，再通過(guò)齒輪傳動(dòng)等一方面將運(yùn)動(dòng)傳給用于進(jìn)給的輥輪，另一方面?zhèn)?遞給剪切裝置，最初選取了一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，在凸輪上安裝一個(gè)刀具，使刀具在凸輪的帶動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)從而進(jìn)行切削。 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的驗(yàn)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善和改進(jìn)，形成了第二種傳動(dòng)方案：帶傳動(dòng)和減速器的設(shè)計(jì)不變，剪切裝置進(jìn)行了改進(jìn)，改變后的剪切裝置類似于縫紉機(jī)的針頭部分的結(jié)構(gòu)，是一個(gè)曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，保證了用于切削的切刀只在垂直方向上運(yùn)動(dòng)。為了在結(jié)構(gòu)上能夠相匹配，使鋼絲能夠在進(jìn)給和切削的動(dòng)作時(shí)位于同一高度和平面內(nèi)。通過(guò)三級(jí)的齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)輥輪可以使相互位置滿足。 最終感覺(jué)以上兩種傳動(dòng)方案屬于純機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制，誤 差較大，可行性較低，因此提出第三種傳動(dòng)方案：用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輥輪進(jìn)行進(jìn)給，用液壓缸推動(dòng)切刀進(jìn)行切割，其中設(shè)計(jì)到控制部分，在擋塊上加上行程開關(guān)，當(dāng)六根鋼筋同時(shí)觸碰行程開關(guān)后，通過(guò)單片機(jī)的控制，電機(jī)停轉(zhuǎn)，液壓缸推動(dòng)刀具進(jìn)行切削。這樣保證了每次切削下的鋼筋可以達(dá)到相同大小。 設(shè)計(jì)方案確定 前兩個(gè)方案均是純機(jī)械的控制，進(jìn)給速度以及切削的周期都是已經(jīng)計(jì)算規(guī)定好的，按提前設(shè)定好的進(jìn)給方式和切斷方式進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)。比較省事，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。相比來(lái)說(shuō)，最后的方案更為簡(jiǎn)潔，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為容易，而且同時(shí)涉及到了機(jī)械傳動(dòng)部分和 機(jī)電控制部分，實(shí)現(xiàn)了下料機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行以及長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，提高了切削的效率，體現(xiàn)了機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)理念，利用粗糙度很大的內(nèi)槽河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 13 進(jìn)行鋼筋的進(jìn)給，通過(guò)很大的摩擦力帶動(dòng)鋼筋向前推進(jìn)，另外兩對(duì)輥輪同時(shí)使鋼筋校直，鋼筋以較高的直線度向前進(jìn)給，當(dāng)六根鋼筋同時(shí)觸碰位于擋塊上的行程開關(guān)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的作用，先控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，然后使液壓缸的進(jìn)油閥打開，液壓缸開始向前進(jìn)給推動(dòng)刀具進(jìn)行切削，當(dāng)切削完畢觸碰到遠(yuǎn)點(diǎn)行程開關(guān)時(shí)，單片機(jī)控制液壓缸進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥打開，液壓缸帶動(dòng)刀具快速回程，到達(dá)初始位置時(shí)觸碰近點(diǎn)行程開關(guān)，通過(guò)單片機(jī)作用，液壓缸 出油閥關(guān)閉，控制繼電器開，電動(dòng)機(jī)通電繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼筋繼續(xù)向前進(jìn)行進(jìn)給。 總體結(jié)構(gòu)示意圖 由以上所述的傳動(dòng)方案，結(jié)合設(shè)計(jì)構(gòu)想，確定總體框架，用焊接有帶螺紋孔的支架通過(guò)螺紋聯(lián)接組成下料機(jī)總體的機(jī)身部分，再在支架上面固定特制長(zhǎng)板材，使下料機(jī)各部分都可以固定在其上進(jìn)行工作。通過(guò)進(jìn)一步的計(jì)算，確定了各個(gè)部件之間的距離和相對(duì)位置，不經(jīng)過(guò)再一次細(xì)心的布局，完成了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 21所示。 主視圖 第 2 章 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)設(shè)計(jì)方案 14 俯視圖 圖 21 自動(dòng)下料機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié) （ 1） 本章主要闡述了設(shè)計(jì) 過(guò)程中所經(jīng)歷的三種設(shè)計(jì)方案，并論述其優(yōu)缺點(diǎn)。 （ 2） 確定最終的設(shè)計(jì)方案并且完成鋼筋自動(dòng)下料機(jī)的整體結(jié)構(gòu)布局。 第 3 章 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)設(shè)計(jì)方案 15 第 3 章 自動(dòng)下料機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 電機(jī)的選擇 工作原理：采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)三角帶傳動(dòng)和二級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動(dòng)連桿使滑塊和動(dòng)刀片在機(jī)座的滑道中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使活動(dòng)刀片和固定刀片相錯(cuò)而切斷鋼絲。 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)述：選擇三級(jí)減速，先是一級(jí)帶減速，再兩級(jí)齒輪減速。首先采用一級(jí)帶傳動(dòng)，因?yàn)樗哂芯彌_、吸振、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小以及過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn) ，并安裝張緊輪。然后采用二級(jí)齒輪減速，因?yàn)辇X輪傳動(dòng)可以用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出，通過(guò)減速系統(tǒng)傳動(dòng)，把動(dòng)力輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)系統(tǒng)做的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而自動(dòng)下料機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，盤形凸輪移動(dòng)滾子從動(dòng)件機(jī)構(gòu)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)?？紤]現(xiàn)實(shí)條件因此決定采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為自動(dòng)下料機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （ 1）切斷鋼絲需用力的計(jì)算 自動(dòng)下料機(jī)的工作原理是為了保證鋼絲的切斷，剪 應(yīng)力應(yīng)超過(guò)材料的許用剪應(yīng)力。即切斷鋼絲的條件為： 查閱資料可知?jiǎng)偨z的許用剪應(yīng)力為：取最大值 2550Mpa。剛絲的粗度為：d=8mm。 則本機(jī)器的最小切斷力為： (31) 河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 16 又因?yàn)樵撟詣?dòng)下料機(jī)是６跟鋼絲同時(shí)切斷，故 Q=96084N 取整 得 Q=97000N。 功率計(jì)算 : 刀的速度小于曲軸處的線速度。則切斷處的功率Ｐ： = W 查表 [11]可知在傳動(dòng)過(guò)程中，帶傳動(dòng)的效率為 二級(jí)齒輪減速器的效率為 ；滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率為 ；連桿傳動(dòng)的效率為 ；滑動(dòng)軸承的效率為 。 由以上可知總的傳動(dòng)效率為： 由此可知所選電機(jī)功率最小應(yīng)該為 查手冊(cè) [11]并根據(jù)電 機(jī)的工作環(huán)境和性質(zhì)選取電機(jī)為： Y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，代號(hào)為 Y112M6，輸出功率為 ，輸出速度為 960r/min。 （ 2）基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算 1分配傳動(dòng)比 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y112M6，滿載轉(zhuǎn)速為 960r/min。切削速度為 15 次 /分 總傳動(dòng)比 = 960/15 =64 ； 分配傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 上式中 、 分別為帶傳動(dòng)與減速器（兩級(jí)齒輪減速）的傳動(dòng)比，為使 V帶 傳動(dòng)的外擴(kuò)尺寸不至于過(guò)大，同時(shí)使減速器的傳動(dòng)比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取 =2 ，則減速器的傳動(dòng)比為 = i / = 64 / 2=32 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 按展開式布置，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) [16]，取 = ，則 =5 第 3 章 鋼筋自動(dòng)下料機(jī)設(shè)計(jì)方案 17