【文章內(nèi)容簡介】 動刀臺，刀臺上有切斷鋼筋用的切刀。當(dāng)鋼筋前進到預(yù)定長度時，鋼筋端頭觸動與滑動刀臺相連的定尺板，定尺板帶動刀臺前移。當(dāng)?shù)杜_移到高速上下運動的錘頭下時，錘頭打擊刀臺上的刀架，刀架上的上切刀將鋼筋切斷，切斷的鋼筋落入承料架內(nèi)，同時壓縮彈簧將滑動刀臺迅速推回原位置，以免被錘頭第二次打擊。錘擊式切斷機構(gòu)，長期以來一直存在連切的問題，被行業(yè)稱之為老大難問題。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構(gòu)的連切問題，而且調(diào)直度好，長度誤差小。 液壓式切斷方式：鋼筋通過下切刀口進入承料架，觸動定尺信號，該信號可控制液壓缸的動作，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)定尺機構(gòu)的不同，定尺精度也不同。 液壓式鋼筋切斷機的出現(xiàn)雖然晚于機械式切斷機，但卻有著不可比擬的技術(shù)優(yōu)越性和高經(jīng)濟效益。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，因而鋼筋自動下 料機能以很高的沖擊力進行剪切。 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械傳動，直接由油缸實現(xiàn)直線傳動，因而結(jié)構(gòu)簡單，噪音小。 （ 3） 具有較好的工作適應(yīng)能力可實現(xiàn)直徑在 6mm～ 16mm 之間的鋼筋加工。同時，還可一機多用，采用不同的工作頭即可進行多種工作，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，不會由于離合裝置不可靠而產(chǎn)生連切，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。同時，控制系統(tǒng)的引入，可以實現(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，液壓工作頭 的重量遠小于電動或氣動工具。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。 鋼筋自動下料機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 （ 1）自動下料機的基本結(jié)構(gòu) 雖然鋼筋自動下料機的類型較多，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。具體的表現(xiàn)如下： 1機體 鋼筋自動下料機的機體多采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。制造工藝簡單、陳本較低。也有采用箱式球鑄結(jié)構(gòu)的，如 GQ60A 封閉式鋼筋自動下料機，與鋼板焊接結(jié)構(gòu)相比，機體變形小，整體密封性能好 [2]。 2剪切機構(gòu) 鋼筋自動下料機多采用動刀片和定刀片進行剪切，由剪切機構(gòu)對動刀片進行控制來實現(xiàn)其旺夫沖擊運動的。根據(jù)剪切形式的不同，可分為旋轉(zhuǎn)式剪切機構(gòu)、上下移動式剪切機構(gòu)、下移式剪切機構(gòu) [5]。其中，下移式剪切機構(gòu)又可以分為擺動式、錘擊式和液壓式。目前國內(nèi)多使用錘擊式剪切機構(gòu)。 3定尺部分 定尺剪切訊號的發(fā)出有三種形式：機械信號，行程開關(guān)（接或非接觸式）發(fā)出的電信號，光電碼盤發(fā)出的電訊號。一般地說，定尺的精度主要取決于發(fā)出訊號到切刀相應(yīng)的時間誤差。因為機械信號與刀具直聯(lián)，響應(yīng)時間很短，時間誤差很 小，所以目前機械定尺占主導(dǎo)地位 [10]。 4承料機構(gòu) 在鋼筋自動下料機切斷過程中，最后一道工序是承料和落料，它在加工工藝過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動，必須避免校直的鋼筋收到劃傷、變彎，同時還要保證切斷后能即使落料。所以承料機構(gòu)設(shè)計也是必須予以重視的。承料機構(gòu)主要由不等邊的大角鋼、第 1 章 緒論 9 小角鋼、支撐柱和定長裝置組成的。 （ 2）自動下料機基本工作原理 考慮到鋼筋自動下料機主要是對鋼筋進行剪切的，而且各種要求也是針對其 剪切性能提出的。所以，現(xiàn)對不同形勢鋼筋自動下料 機的剪切遠離進行較為詳細(xì) 研究。 如前所述，按鋼筋自動下料機的剪切方式大體可將其分為三種：旋轉(zhuǎn)式剪切，上下移動式剪切，下移式剪切 [5]。下面分別對其工作原理進行闡述分析。 圖 13 旋轉(zhuǎn)式剪切原理圖 圖 13是采用旋轉(zhuǎn)式剪切的鋼筋自動下料機工作原理簡圖。一般情況下，該剪切系統(tǒng)主要由牽引輪、定長開關(guān)、電磁鐵、牙嵌離合器、主動齒輪、切斷齒輪、制動器、剪切裝置和承料架等組成。當(dāng)鋼筋通過兩切斷齒輪中間的縫隙進入成料架并觸動定長開關(guān)后，通過電磁鐵帶動牙嵌離合器使飛輪軸與主動齒輪軸聯(lián)接，主動齒輪旋轉(zhuǎn)一周帶動切斷齒 輪旋轉(zhuǎn)三分之一周，同時切斷鋼筋。切斷齒輪上均布三對刀齒，三者輪流工作，以延長刀具壽命。 這類鋼筋自動下料機采用牙嵌離合器進行聯(lián)接，收到工作原理的限制其聯(lián)接速度不可過大，轉(zhuǎn)差一般不超過 100~150rpm，因此導(dǎo)致了鋼筋前進速度不能過大。同時又由于切斷齒輪的轉(zhuǎn)動慣量比較大，啟動和停止時的慣性力也比較大，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 上下移動式剪切原理圖 圖 14是采用上下移動式剪切的鋼筋自動下料機工作原理簡圖。該系統(tǒng)主要由牽引輪、定長開關(guān)、電磁鐵、轉(zhuǎn)鍵離合器、祛病兩岸、平移式下切刀臺、擺動式上切刀片、制 動器和承料架等組成。當(dāng)鋼筋通過平移式下切刀臺擺動式上切刀片、制動器和承料架等組成。當(dāng)鋼筋通過平移式下切刀臺進入承料架并觸動定長開關(guān)后，電磁鐵帶動轉(zhuǎn)鍵離合器使分輪軸與曲柄軸聯(lián)接，去冰上的連桿推動平移式下切刀臺在四連桿機構(gòu)的作用下前進。擺動式上切刀片的一端固定在機架上，另一端刃口緊貼在平移式下切刀臺的刃口處，當(dāng)平移式下切刀臺沿圓弧軌跡運動時，兩刀片刃口相對運動，切斷鋼筋，曲柄使刀臺復(fù)位，等待下一次剪切。 這類鋼筋自動下料機通過四連桿機構(gòu)可使下切刀臺自身平行地繞擺桿做擺動，是一種飛剪。剪切機構(gòu)的運動質(zhì)量與上一類機 構(gòu)相比小了許多，速度應(yīng)當(dāng)可以達到 1m/s 以上。但由于上切刀在剪切時刃口存在轉(zhuǎn)動力矩，與下切刀刃口的磨損較嚴(yán)重。同時它在剪切工程中鋼筋被向上抬起，牽引輪與剪切機構(gòu)之間的距離不可過近，否則鋼筋頭部容易彎曲變形。還由于該設(shè)計采用了轉(zhuǎn)鍵離合器，使其剪切速度受到限制。 下切式剪切系統(tǒng)的形勢比較多，按刀具的驅(qū)動形勢可分為：擺動式、錘擊式及液壓式。國內(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下料機均為錘擊式，其工作原理簡圖如圖 15所示。電機帶動曲軸轉(zhuǎn)動，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 地上下運動，在錘頭的后面位置上有一個滑動刀臺，刀臺上有切斷鋼筋用的切刀。當(dāng)鋼筋前進到預(yù)定長度時，鋼筋端頭觸動與滑動刀臺相連的定尺扮，定尺板帶動刀臺前移。當(dāng)?shù)杜_移到高速上下運動的錘頭下時，錘頭擊打刀臺上的刀架，刀架上的上切刀將鋼筋切斷，切斷的鋼筋落入承料架內(nèi)，同時壓縮彈簧將滑動刀臺迅速退回原位置，以免被錘頭第二次擊打。 這種鋼筋自動下料機的剪切機構(gòu)與定尺裝置直接聯(lián)接，沒有中間環(huán)節(jié)，因此定尺的精確度極高，誤差在 1mm 以內(nèi)。同時，由于該剪切機構(gòu)不存在離合器裝置，因此剛進的前進速度較高，一般在 30~50m/s 之間。 同時在剪切時，錘頭可隨刀臺前進 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)備在使用過程中如果調(diào)整的不合適，刀臺在錘頭兩次下行的間隔時間內(nèi)不能及時返回，將造成鋼筋的連切現(xiàn)象。 第 2 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案 12 第 2 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案 傳動方案比較 在最初的設(shè)計中，通過查閱大量的相關(guān)資料以及翻閱各類相關(guān)的書籍，初步設(shè)計出了第一種傳動方案：用電動機同時帶動進給機構(gòu)和切斷機構(gòu)，從電動機出來先經(jīng)過一級帶傳動減速，之后經(jīng)過減速器的減速作用使轉(zhuǎn)速大大降低，再通過齒輪傳動等一方面將運動傳給用于進給的輥輪，另一方面?zhèn)?遞給剪切裝置，最初選取了一個凸輪機構(gòu)，在凸輪上安裝一個刀具，使刀具在凸輪的帶動下進行運動從而進行切削。 經(jīng)過一段時間的驗算及結(jié)構(gòu)設(shè)計，在方案一的基礎(chǔ)上進行了完善和改進，形成了第二種傳動方案：帶傳動和減速器的設(shè)計不變，剪切裝置進行了改進，改變后的剪切裝置類似于縫紉機的針頭部分的結(jié)構(gòu)，是一個曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，保證了用于切削的切刀只在垂直方向上運動。為了在結(jié)構(gòu)上能夠相匹配，使鋼絲能夠在進給和切削的動作時位于同一高度和平面內(nèi)。通過三級的齒輪傳動帶動輥輪可以使相互位置滿足。 最終感覺以上兩種傳動方案屬于純機械運動控制，誤 差較大，可行性較低，因此提出第三種傳動方案：用電動機帶動輥輪進行進給，用液壓缸推動切刀進行切割，其中設(shè)計到控制部分，在擋塊上加上行程開關(guān)，當(dāng)六根鋼筋同時觸碰行程開關(guān)后，通過單片機的控制，電機停轉(zhuǎn)，液壓缸推動刀具進行切削。這樣保證了每次切削下的鋼筋可以達到相同大小。 設(shè)計方案確定 前兩個方案均是純機械的控制，進給速度以及切削的周期都是已經(jīng)計算規(guī)定好的，按提前設(shè)定好的進給方式和切斷方式進行切削運動。比較省事，但實現(xiàn)起來比較困難。相比來說，最后的方案更為簡潔，實現(xiàn)起來更為容易，而且同時涉及到了機械傳動部分和 機電控制部分，實現(xiàn)了下料機的自動運行以及長度可調(diào)節(jié)，提高了切削的效率，體現(xiàn)了機電一體化的設(shè)計理念，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 進行鋼筋的進給，通過很大的摩擦力帶動鋼筋向前推進，另外兩對輥輪同時使鋼筋校直，鋼筋以較高的直線度向前進給，當(dāng)六根鋼筋同時觸碰位于擋塊上的行程開關(guān)時，通過單片機的作用，先控制電機停轉(zhuǎn)，然后使液壓缸的進油閥打開，液壓缸開始向前進給推動刀具進行切削，當(dāng)切削完畢觸碰到遠點行程開關(guān)時，單片機控制液壓缸進油閥關(guān)閉，出油閥打開，液壓缸帶動刀具快速回程，到達初始位置時觸碰近點行程開關(guān)，通過單片機作用，液壓缸 出油閥關(guān)閉，控制繼電器開，電動機通電繼續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動鋼筋繼續(xù)向前進行進給。 總體結(jié)構(gòu)示意圖 由以上所述的傳動方案，結(jié)合設(shè)計構(gòu)想，確定總體框架，用焊接有帶螺紋孔的支架通過螺紋聯(lián)接組成下料機總體的機身部分，再在支架上面固定特制長板材，使下料機各部分都可以固定在其上進行工作。通過進一步的計算，確定了各個部件之間的距離和相對位置，不經(jīng)過再一次細(xì)心的布局，完成了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 21所示。 主視圖 第 2 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案 14 俯視圖 圖 21 自動下料機整體結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié) （ 1） 本章主要闡述了設(shè)計 過程中所經(jīng)歷的三種設(shè)計方案，并論述其優(yōu)缺點。 （ 2） 確定最終的設(shè)計方案并且完成鋼筋自動下料機的整體結(jié)構(gòu)布局。 第 3 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案 15 第 3 章 自動下料機的機構(gòu)設(shè)計 傳動機構(gòu)的設(shè)計 電機的選擇 工作原理：采用電動機經(jīng)一級三角帶傳動和二級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中作往復(fù)直線運動，使活動刀片和固定刀片相錯而切斷鋼絲。 傳動方案簡述：選擇三級減速，先是一級帶減速，再兩級齒輪減速。首先采用一級帶傳動，因為它具有緩沖、吸振、運行平穩(wěn)、噪聲小以及過載保護等優(yōu)點 ，并安裝張緊輪。然后采用二級齒輪減速，因為齒輪傳動可以用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準(zhǔn)確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。動力由電動機輸出，通過減速系統(tǒng)傳動，把動力輸入到執(zhí)行機構(gòu)。由于傳動系統(tǒng)做的是回轉(zhuǎn)運動，而自動下料機的執(zhí)行機構(gòu)需要的是直線往復(fù)運動，為了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，可以采用曲柄滑塊機構(gòu)，盤形凸輪移動滾子從動件機構(gòu)，齒輪齒條機構(gòu)?？紤]現(xiàn)實條件因此決定采用曲柄滑塊機構(gòu)作為自動下料機的執(zhí)行機構(gòu)。 （ 1）切斷鋼絲需用力的計算 自動下料機的工作原理是為了保證鋼絲的切斷，剪 應(yīng)力應(yīng)超過材料的許用剪應(yīng)力。即切斷鋼絲的條件為： 查閱資料可知剛絲的許用剪應(yīng)力為：取最大值 2550Mpa。剛絲的粗度為：d=8mm。 則本機器的最小切斷力為： (31) 河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 16 又因為該自動下料機是６跟鋼絲同時切斷，故 Q=96084N 取整 得 Q=97000N。 功率計算 : 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]可知在傳動過程中，帶傳動的效率為 二級齒輪減速器的效率為 ；滾動軸承的傳動效率為 ；連桿傳動的效率為 ；滑動軸承的效率為 。 由以上可知總的傳動效率為： 由此可知所選電機功率最小應(yīng)該為 查手冊 [11]并根據(jù)電 機的工作環(huán)境和性質(zhì)選取電機為： Y系列封閉式三相異步電動機，代號為 Y112M6，輸出功率為 ，輸出速度為 960r/min。 （ 2）基本傳動數(shù)據(jù)計算 1分配傳動比 電動機型號為 Y112M6，滿載轉(zhuǎn)速為 960r/min。切削速度為 15 次 /分 總傳動比 = 960/15 =64 ； 分配傳動裝置的傳動比 上式中 、 分別為帶傳動與減速器（兩級齒輪減速）的傳動比，為使 V帶 傳動的外擴尺寸不至于過大，同時使減速器的傳動比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取 =2 ，則減速器的傳動比為 = i / = 64 / 2=32 分配減速器的各級傳動比 按展開式布置，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) [16]，取 = ，則 =5 第 3 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案 17