【正文】 .....................................................................................61V第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景我國自行研究的線材打包機主要是半自動化打包機，半自動化打包機除了生產(chǎn)效率低以外，還有其他缺點。而高自動化打包機可以解決上述問題，但是進(jìn)口國外高自動化打包機價格昂貴，所以我們要自主研發(fā)。它是用作鋼筋混凝土的配筋和焊接結(jié)構(gòu)件或再加工（如拔絲，制釘?shù)龋┰?。類似線材的鋼材還有棒材，卷材等。經(jīng)過軋制后可直接用于鋼筋凝土的配筋和焊接結(jié)構(gòu)件，也可經(jīng)再加工使用。按照《包裝國家標(biāo)準(zhǔn)匯編》的有關(guān)規(guī)定，各種不同類型的金屬成品，在一定的規(guī)格范圍內(nèi)出廠前必須包裝成卷或捆，包裝的方式多樣，但對緊實度有一定的要求，而且要有相應(yīng)的標(biāo)志。所謂的金屬材料捆扎機是指冶金工廠將其生產(chǎn)的鋼材或其他金屬材料進(jìn)行機械化捆扎包裝，以便于儲存和運輸?shù)脑O(shè)備。瑞典森德斯（SUND/BIRSTA）公司制造的 PCH4KNA 型臥式打捆機，如圖2所示。圖1 3 首鋼自行研制的臥式線材打捆機 1壓實缸；2支座；3壓實頭；4吊卷鉤；5托起機構(gòu)；6擰扣機構(gòu)首鋼自行研制的臥式線材打捆機，如圖3所示北京航空航天大學(xué)改造的達(dá)涅利打包機，如圖4所示。除了以上四種國內(nèi)外的常見打包機，還有意大利的達(dá)涅利（DANIELI）公司,日本的潼川公司，德國的小西馬公司，荷蘭的泰伯勒（NUMTEC/TEBULO）公司，德國的史密斯公司及法國的伯特拉姆（BOTALAM）公司。以下是國外打包機的特點與主要參數(shù)：國外最大的打捆機供應(yīng)商是瑞典的森德配備KNOV系統(tǒng)，可以將線材結(jié)壓下，使其緊貼捆材。還可配備運輸，壓實及點算等設(shè)備。日本的潼川公司也是一家生產(chǎn)線棒材打捆機定型產(chǎn)品的老廠，該公司從60 年代初就開始進(jìn)行軋鋼精整設(shè)備自動化方面的研究。 該機全部為液壓驅(qū)動，捆扎速度，夾緊力易于調(diào)節(jié)。我國現(xiàn)有25 家高速線材廠，共使用39 臺打捆機，其中國外引進(jìn)的自動化打捆機約32 臺。 表13 打捆機技術(shù)參數(shù)名稱類型（參數(shù)）瑞典瑞典法國德國意大利中國設(shè)備概況臥臥臥臥立臥設(shè)備型號PCH4KNAPC4Botalam史密斯LBF1350設(shè)備自重（t）4240651292730打捆道次（道）444444壓緊方式雙向雙向單向雙向可打捆形狀參數(shù)可打盤卷內(nèi)徑（mm）800700800850850760散卷最大外徑（mm）130014001350125012501143散卷最大長度（mm）350030003600410018001655壓緊后最小長度（mm）500500700500700670力能參數(shù)壓實盤卷最大壓力（KN）400300400300200200可捆的最大卷重（kg）200015002000200012502000時間參數(shù)工作周期（s）324054384670壓力參數(shù)液壓系統(tǒng)工作壓力(MPa)131316131313設(shè)備數(shù)量（臺）1782327所占比例（%）442057519這些設(shè)備大部分是70 年代產(chǎn)品，其中包括瑞典森德斯公司的PC4 型打捆機。 打包機的發(fā)展趨勢從國外各打捆機制造商推出產(chǎn)品的更新?lián)Q代可以看出打捆機的研制是向著如下幾個趨勢發(fā)展的： 標(biāo)準(zhǔn)化。要想在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，為了贏得用戶，就要使換代產(chǎn)品之間具有繼承性，對大部分構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，以提高備件的通用性，降低用戶的更新費用?？偟膩碚f，打捆機的發(fā)展趨勢是動作周期短，耗能低，投入少，壽命長，智能化水平高，環(huán)保性能好。其中合作制造的送線器，線道系統(tǒng)、打包頭等打捆機等關(guān)鍵零部件在使用過程中，工作正常，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，質(zhì)量達(dá)到了國外進(jìn)口備件精度要求，為冶金企業(yè)創(chuàng)造高產(chǎn)提供了必要條件。圖15 線道系統(tǒng)1送線器；2直線道；3彎曲線道；4活動線道每臺打捆機都有4 個線道，它是將捆線由送線器經(jīng)直線道、彎曲線道至中心線道再經(jīng)活動線道至打包頭。送線器的工作由液壓馬達(dá)驅(qū)動。捆線是在兩個側(cè)板和活動蓋板、軸承輪組成的空間內(nèi)進(jìn)行。我們結(jié)合實際使用情況改用25CrMnSiA。為防止固定板變形，我們采用的加工工藝是：粗加工、流量→ 調(diào)質(zhì)處理→ 校直→ 半精加工、流量→ 震動時效→ 精加工。目前，C 型板已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)，工藝方法合理，質(zhì)量穩(wěn)定，完全可取代進(jìn)口件。它是一種長薄件，厚3mm，長2m，質(zhì)量要求嚴(yán)，在蓋板一側(cè)要焊一條20mm20mm2000mm 方鋼導(dǎo)軌，焊后要求熱處理，硬度HRC45~，全長2m，不平度不得超過1mm，制造難度相當(dāng)大。 圖17 線道結(jié)構(gòu)2側(cè)板；3活動蓋板；4軸承；5固定板圖18 固定板圖19 活動蓋板 當(dāng)前國內(nèi)外打包機存在問題在實際中，國外高自動打包機雖然是一套比較成熟的設(shè)備，但是也存在一些問題。表1 3 國外高自動打包機常見故障及處理方法故障原因處理方法打捆機不啟動打捆不在初始狀態(tài)檢查壓力盤信號（S3 S6）,升降平臺（S10）,線導(dǎo)（S14），擺頭（S20）與線交接信號等 P/F盤卷中心不在 C 型鉤中心或卷未壓緊壓力盤速度不同 壓力盤編碼器信號（S7 ，S17）升降平臺不能上升到最高位S8 信號未到檢查光電管 S8，檢查閥線路喂線不能實現(xiàn)擺頭或線導(dǎo)不在喂線位置檢查擺頭 S20 與 S21，線導(dǎo)S2，線導(dǎo)動作閥 Y11喂線或回抽時出現(xiàn)問題編碼器或擺頭不在喂線位置檢查喂線單元 S18，編碼器及接軸，擺頭 S23 與給定設(shè)置等擺頭停止在初始位置開關(guān)，氣缸，閥故障檢查開關(guān) S1，氣缸 C9，閥Y11，設(shè)置等扭結(jié)不停開關(guān) S23 故障檢查 S23，設(shè)置等潤滑泵不能啟動油位低，油溫高，蝶閥位置檢查油位信號與實際狀態(tài)，檢查溫度計與實際溫度檢查閥口信號在我們國家打包機是半自動化的，需人工穿線，自動化程度低，而且打結(jié)的位置很不理想，在打結(jié)的一端有一小結(jié)頭，這樣在每次裝卸的過程中都會碰到這個結(jié)頭，而不巧的是線材從廠家到用戶需要經(jīng)過多次裝卸，裝卸過程大致為：廠家—汽車（運輸工具）—碼頭—輪船—碼頭—汽車（運輸工具）—用戶。另外，購買國外的高自動化打包機價格很貴，所以我們要自主研發(fā)改進(jìn)，用以改變現(xiàn)有國產(chǎn)打包機扭結(jié)位置與形狀不合理，在運輸中易散包的關(guān)鍵問題。在緒論部分主要討論了國內(nèi)外打包機的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢以及依然存在的問題及一些解決方案。并選擇相關(guān)部件。本章簡要介紹一下此種類型打包頭的結(jié)構(gòu)特點，以為我們對國產(chǎn)打包頭進(jìn)行技術(shù)改造積累必要的基礎(chǔ)。主要分析的是瑞典SUNDBRSTA 公司的PCH4KNA型打包機。線結(jié)的形成一般是利用鋼絲截面的對稱性，將抽緊、剪斷并搭在一起的捆線兩端頭夾緊，通過各種方式使它們扭絞在一起并發(fā)生塑性變形，便形成一個線結(jié)。一般來說，結(jié)的強度都低于捆扎材料母體的強度，在同樣母體材料的情況下，提高結(jié)的強度可以提高捆扎質(zhì)量。由C形鉤運來的盤卷經(jīng)過打包機壓緊，沿線卷圓周方向90176。打包（壓緊和打結(jié)的總稱，下同），大大方便了盤卷的儲藏和運輸。線庫部分由外方提供圖紙，國內(nèi)制造，結(jié)構(gòu)比較簡單，在這不詳述。圖12 所示為PCH4KNA 型打包機主體結(jié)構(gòu)。升降臺2 在液壓缸推動下可沿垂直方向上下移動。打包頭（共4 個）是整臺設(shè)備結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、動作連鎖最多的部件，每個打包頭結(jié)構(gòu)完全一樣，可以互換。主軌座主要由兩根在面上設(shè)有耐磨鋼軌構(gòu)成。此外，除機械構(gòu)件外還有一整套液壓站。圖22 打包頭結(jié)構(gòu)示意圖圖23 打包頭動作原理圖22 為打包頭結(jié)構(gòu)示意圖（從線卷方向看為已扭結(jié)完成時的打包頭），圖23 為打包頭動作原理圖。剪切機構(gòu)由液壓缸和活動刀塊組成，在液壓缸C4作用下活動刀塊推斷打包線。夾緊機構(gòu)由液壓缸、“L”形固定擋塊和活動擋塊組成，在液壓缸的推動下活動擋塊前進(jìn)，打包線頂在固定擋塊上，除此之外圖23中Y2Y25分別控制扭轉(zhuǎn)機構(gòu)齒輪和吹掃箱潤滑。圖24 打包過程1. 2壓緊架；2. C 型鉤；3. 1壓緊架；；；；7. 打包機線庫(1).線庫中電磁閥動作，氣動抱閘松開，以利于打包線能順利從線圈架中抽出。(3).升降臺上升，從C型鉤上托起盤卷，在這過程中C型鉤始終不動，直到打包結(jié)束，2壓緊架上開有允許C型鉤穿出的狹長槽孔。(5).導(dǎo)線系統(tǒng)閉合后，喂線裝置動作（液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)）開始喂線，當(dāng)打包線頭繞著盤卷并到達(dá)打包頭中扭結(jié)裝置的一個機械擋塊并夾住時停止喂線。(7)．扭轉(zhuǎn)裝置動作，打包線扭結(jié)，而后夾緊裝置松開，剪切裝置動作，切斷打包線，打包完成。說明：上述各動作皆可在手動狀態(tài)下操作。(2).升降臺在最低位置。(4).每個打包頭里可移動導(dǎo)向架處于打包位置。(6).液壓站已啟動，系統(tǒng)壓力，油位正常。它主要由扭結(jié)機構(gòu)，剪切機構(gòu)，導(dǎo)向機構(gòu)及一些液壓管路組成。我要采用的扭結(jié)輪是一個節(jié)圓半徑為40mm，齒數(shù)為12的直齒輪，在其中兩個齒間開槽至中心，如圖26中所示。齒輪箱由液壓馬達(dá)驅(qū)動，如圖27所示。圖 25 打包頭結(jié)構(gòu)示意圖圖 26 扭結(jié)機構(gòu)示意圖 剪切機構(gòu)如圖28 所示，剪刃由液壓缸驅(qū)動。剪刃在液壓缸的驅(qū)動下，上下移動完成剪切動作。導(dǎo)向架主要是用于對打捆線進(jìn)行導(dǎo)向，使打捆線能準(zhǔn)確地進(jìn)入打包頭及從剪刃孔中通過。夾鉗由液壓缸驅(qū)動。如圖210所示。 新型打包頭KNB 的維護(hù)要點 KNB 的氣動和液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)要求(1).壓縮空氣要求懸浮顆粒密度≤15mg/m3顆粒直徑≤露點≤2℃ 懸浮油量≤(2).液壓油質(zhì)要求使用46高級抗磨液壓油，過濾精度等級為5μ 。在使用一段時間后，扭結(jié)齒輪會改變原來的位置，這樣會出現(xiàn)扭結(jié)失敗的情況，所以要定期調(diào)節(jié)扭結(jié)裝置擺角的大小，提高扭結(jié)成功率?？筛鶕?jù)生產(chǎn)量與實際捆線切口斷面的情況，摸索出剪刃的更換周期。(4).定期檢查夾鉗的磨損情況，觀察夾緊力是否足夠。(5).要經(jīng)常檢查夾鉗、扭結(jié)裝置是否吹掃干凈。扭結(jié)裝置是齒輪傳動機構(gòu)，氧化鐵皮等雜物會影響齒輪嚙合，并損壞齒輪。 第3章 打包機液壓系統(tǒng)分析往冶金生產(chǎn)中廣泛采用手動、機械式打包系統(tǒng)為棒材、線材打包。目前發(fā)達(dá)國家主要采用新型的機、電、液一體化的打包機為棒材、線材打包。我們研究的瑞典的打打包機廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)的生產(chǎn)中，主要針對棒材、線材的成品收集?，F(xiàn)就其液壓系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。(2).設(shè)置一個備用泵，可保證任何一個泵損壞，系統(tǒng)仍能正常工作。(4).系統(tǒng)應(yīng)具有良好的維護(hù)功能，使維修人員容易接近維修部位。 性能指標(biāo)(1).噪音等級 85dB；(2).最大壓緊力 400KN；(3).打捆周期 34s；(4).系統(tǒng)工作壓力 13MPa；(5).油箱容積 2000L； 液壓系統(tǒng)設(shè)計分析液壓系統(tǒng)采用開式、負(fù)載傳感系統(tǒng)。1. 液壓泵站液壓泵站由油箱、泵組、閥組和自循環(huán)的冷卻/過濾系統(tǒng)組成。系統(tǒng)工作壓力由溢流閥V15來調(diào)節(jié)。溢流閥V16起安全閥作用，其設(shè)定壓力約為25MPa，當(dāng)壓力超過此界限時，系統(tǒng)溢流。壓緊力的調(diào)節(jié)和設(shè)定是通過比例溢流閥Y56 來實現(xiàn)的，如圖32 所示。液壓缸的速度及壓緊力都是由PLC系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)的。壓緊小車的運動速度和加減速過程都是由比例換向閥Y50、Y51的電控來完成的。而在壓緊小車松開時閥Y5Y55的電磁鐵a失電，T口與B口接通，壓力油經(jīng)T口個B口進(jìn)入油缸的有桿腔。電磁換向閥Y5Y53主要控制液控單向閥V50、V51閥芯的開啟與關(guān)閉。當(dāng)壓緊小車移動完畢，電磁換向閥Y5Y53的電磁鐵a 得電，接通閥Y5Y53的P口與B口，壓力油進(jìn)入液控單向閥的上腔，使閥芯關(guān)閉，并且鎖定油缸活塞桿位置。如圖32 所示，油缸的升降由三位四通電磁換向閥Y57控制，兩個液控單向閥V56構(gòu)成液壓鎖，當(dāng)電磁換向閥Y57處于中位時鎖定油缸位置，油缸的運動速度由單向節(jié)流閥V57調(diào)節(jié),為回油節(jié)流調(diào)速。3. 弧形穿線導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)回路弧形穿線導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)的功能是把左右兩個弧形導(dǎo)衛(wèi)打開和關(guān)閉，在2號壓緊小車后部裝有液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)通過齒輪齒條機構(gòu)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線小車的前進(jìn)和后退運動使導(dǎo)線裝置形成閉合回路，便于打捆。當(dāng)電磁鐵a得電時，小車后退，電磁鐵b得電時，小車前進(jìn)。安全閥Y6的設(shè)定壓力為8MPa，保證回路中液壓元件不會因過載而損壞。4. 打捆頭壓下控制回路在壓緊小車、導(dǎo)線小車運動到位，導(dǎo)線動作完成后，導(dǎo)線小車后退為打捆頭壓下讓出空間，然后打捆頭壓下，完成收線和打捆動作。因為打捆頭位置不同，所以4 和3 打捆頭的壓下液壓控制回路也不相同。 形成雙向液壓鎖，在電磁換向閥位于中位時，鎖定打捆頭，使其位置固定。當(dāng)電磁鐵ａ得電時，打捆頭壓下，當(dāng)電磁鐵ｂ得電時，打捆頭抬起。由于無需承擔(dān)打捆頭的自重