【文章內(nèi)容簡介】 動刀臺，刀臺上有切斷鋼筋用的切刀。當鋼筋前進到預定長度時，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?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，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 “錘擊式?jīng)_壓及切斷設備的零連切裝置”的開發(fā)與應用，不僅徹底解決了錘擊式切斷機構的連切問題，而且調直度好，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優(yōu)越性和高經(jīng)濟效益。其技術優(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)合大學繼續(xù)教育學院 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，因而結構簡單，噪音小。 （ 3） 具有較好的工作適應能力可實現(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量。 （ 5） 攜帶方便當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，所以其體積小、重量輕。 鋼筋自動下料機的基本結構及工作原理 （ 1）自動下料機的基本結構 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，所以在結構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構。制造工藝簡單、陳本較低。也有采用箱式球鑄結構的，如 GQ60A 封閉式鋼筋自動下料機，與鋼板焊接結構相比，機體變形小，整體密封性能好 [2]。 2剪切機構 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，可分為旋轉式剪切機構、上下移動式剪切機構、下移式剪切機構 [5]。其中，下移式剪切機構又可以分為擺動式、錘擊式和液壓式。目前國內(nèi)多使用錘擊式剪切機構。 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（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)出訊號到切刀相應的時間誤差。因為機械信號與刀具直聯(lián)，響應時間很短，時間誤差很 小，所以目前機械定尺占主導地位 [10]。 4承料機構 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。所以承料機構設計也是必須予以重視的。承料機構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 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 旋轉式剪切原理圖 圖 13是采用旋轉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、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，主動齒輪旋轉一周帶動切斷齒 輪旋轉三分之一周，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，轉差一般不超過 100~150rpm，因此導致了鋼筋前進速度不能過大。同時又由于切斷齒輪的轉動慣量比較大，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)合大學繼續(xù)教育學院 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、電磁鐵、轉鍵離合器、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。當鋼筋通過平移式下切刀臺進入承料架并觸動定長開關后，電磁鐵帶動轉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，曲柄使刀臺復位，等待下一次剪切。 這類鋼筋自動下料機通過四連桿機構可使下切刀臺自身平行地繞擺桿做擺動，是一種飛剪。剪切機構的運動質量與上一類機 構相比小了許多，速度應當可以達到 1m/s 以上。但由于上切刀在剪切時刃口存在轉動力矩，與下切刀刃口的磨損較嚴重。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。還由于該設計采用了轉鍵離合器，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制構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。當鋼筋前進到預定長度時，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?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量和斷面質量較高。但該設備在使用過程中如果調整的不合適，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 鋼筋自動下料機設計方案 12 第 2 章 鋼筋自動下料機設計方案 傳動方案比較 在最初的設計中，通過查閱大量的相關資料以及翻閱各類相關的書籍，初步設計出了第一種傳動方案：用電動機同時帶動進給機構和切斷機構，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，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構設計，在方案一的基礎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構，是一個曲柄滑塊結構，保證了用于切削的切刀只在垂直方向上運動。為了在結構上能夠相匹配，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，其中設計到控制部分，在擋塊上加上行程開關，當六根鋼筋同時觸碰行程開關后，通過單片機的控制，電機停轉，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節(jié)，提高了切削的效率，體現(xiàn)了機電一體化的設計理念，利用粗糙度很大的內(nèi)槽河北聯(lián)合大學繼續(xù)教育學院 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，當六根鋼筋同時觸碰位于擋塊上的行程開關時，通過單片機的作用，先控制電機停轉，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，當切削完畢觸碰到遠點行程開關時，單片機控制液壓缸進油閥關閉，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，通過單片機作用，液壓缸 出油閥關閉，控制繼電器開，電動機通電繼續(xù)轉動，帶動鋼筋繼續(xù)向前進行進給。 總體結構示意圖 由以上所述的傳動方案，結合設計構想，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)過再一次細心的布局，完成了總體結構的設計，結構示意圖如圖 21所示。 主視圖 第 2 章 鋼筋自動下料機設計方案 14 俯視圖 圖 21 自動下料機整體結構圖 本章小結 （ 1） 本章主要闡述了設計 過程中所經(jīng)歷的三種設計方案，并論述其優(yōu)缺點。 （ 2） 確定最終的設計方案并且完成鋼筋自動下料機的整體結構布局。 第 3 章 鋼筋自動下料機設計方案 15 第 3 章 自動下料機的機構設計 傳動機構的設計 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，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中作往復直線運動，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。由于傳動系統(tǒng)做的是回轉運動，而自動下料機的執(zhí)行機構需要的是直線往復運動，為了實現(xiàn)這種轉換，可以采用曲柄滑塊機構，盤形凸輪移動滾子從動件機構，齒輪齒條機構?？紤]現(xiàn)實條件因此決定采用曲柄滑塊機構作為自動下料機的執(zhí)行機構。 （ 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 應力應超過材料的許用剪應力。即切斷鋼絲的條件為： 查閱資料可知剛絲的許用剪應力為：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)合大學繼續(xù)教育學院 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該為 查手冊 [11]并根據(jù)電 機的工作環(huán)境和性質選取電機為： 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，查閱有關標準 [16]，取 = ，則 =5 第 3 章 鋼筋自動下料機設計方案 17