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氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計
機械工程及自動化 沈立
指 導 老 師 吳晟
摘要 本設計是關(guān)于氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計。設計內(nèi)容包括總體方案制定、飛鋸小車運動設計、結(jié)構(gòu)方案設計、導軌的設計、行走小車的結(jié)構(gòu)方案等。在設計中結(jié)合我們的專業(yè)知識，在老師的指導下，完成設計任務。
關(guān)鍵詞 飛鋸機 飛鋸小車 鋸切系統(tǒng)
1 緒論
1.1 氣動式飛鋸機的功用
在線定長切割飛鋸機是冶金企業(yè)連續(xù)軋制各種型材、管材等生產(chǎn)線上不可缺少的重要設備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長的鋼管按預定的長度在線自動切斷。定尺飛鋸機在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長度等。它的精度保證了管材的精度[1]。
1.2 本設計的目的與意義
氣動式飛鋸機具有成本低、壽命長、工作可靠、使用維修方便的特點，其定尺精度也足以滿足要求，固市場前景廣闊[2]，結(jié)合我國的國情，選定了“氣動式定尺飛鋸機”作為畢業(yè)設計的攻關(guān)課題。
1.3 設備簡介
飛鋸主要技術(shù)參數(shù)：
型材生產(chǎn)速度：60m/min；
鋸切精度：±5mm；
鋸切長度：4m～6m
鋸切次數(shù)：10次/分～15次/分
鋸切型材徑向尺寸：12㎜～90㎜
外型：長×寬=4.3×1.35（米）
1.4 設計中需注意的問題
鋸切小車與定尺小車之間要剛性聯(lián)接且穩(wěn)定。鋸切小車規(guī)格鋼管需要增加防彎壓輥，設備運行可靠等。
2 氣動式定尺飛鋸機總體設計方案
2.1 氣動式定尺飛鋸機應實現(xiàn)的功能
本機適用于型材行走速度為60m/min，鋸切型材徑向尺寸范圍為12㎜～90㎜，鋸切長度為4m～6m的型材生產(chǎn)線，其設計使用鋸切精度為±4mm，鋸切次數(shù)為10次/分～15次/分。
2.2 氣動式定尺飛鋸機的總體方案設計
管移動鋸車原位
管移動鋸車返回
管移動鋸車與管同步
管移動鋸車同步跟蹤夾緊落鋸
管移動鋸車同步跟蹤松夾
管移動鋸車同步跟蹤抬鋸
管移動鋸車移動
零點
到位
抬鋸
到位
松夾
到位
圖1 控制原理圖
3 氣動式定尺飛鋸機的設計計算
3.1 飛鋸小車運動描述
飛鋸小車的運動可分為以下七個階段（見圖2）。
（1）等待段 如圖2中AB段。
（2）追蹤段 如圖2中BC段。
（3）同步段 如圖2中CE段。
（4）正向減速段 如圖2中EF段 （5）反向運行段 圖2中FG段為反向追蹤段。 圖2 飛鋸車速度示意圖
3.2 確定飛鋸小車各段運動曲線
（1）追蹤段 追蹤段的運動曲線非常重要，我們采用數(shù)控技術(shù)，當二階系統(tǒng)輸入階躍信號時，二階系統(tǒng)對應的階躍響應為
（2）正向減速段 該段采用的是等減速曲線，其運動方程為
（3）反向運行段 當反向行程結(jié)束時，飛鋸小車正好返回到原點。
4 氣動式定尺飛鋸機結(jié)構(gòu)方案設計
4.1 氣動式定尺飛鋸機的整體結(jié)構(gòu)方案
本次設計的氣動式定尺飛鋸機主要有飛鋸床身，主傳動系統(tǒng)，行走小車，鋸切系統(tǒng)，夾緊裝置等幾部分組成，其外形如圖7所示：
圖7 氣動式定尺飛鋸機總裝圖
4.2 導軌的設計
導軌設計非常簡單，簡單的螺釘固定，起了很大的作用。如圖8所示：
圖8 氣動式定尺飛鋸機導軌連接圖
4.3 氣動式定尺飛鋸機的行走小車的結(jié)構(gòu)方案
氣動式定尺飛鋸機的行走小車的結(jié)構(gòu)形式如圖9所示：
圖9 行走小車結(jié)構(gòu)示意圖
氣動式定尺飛鋸機的行走小車的結(jié)構(gòu)方案：用四個支撐輪將行走小車底盤支撐起來，在行走小車底盤下面焊接連接體，在行走小車底盤上面安裝電機，夾緊裝置，鋸切系統(tǒng)，防護罩，管材的支撐輥以及拖鏈的連接板。
4.4 氣動式定尺飛鋸機的床身的結(jié)構(gòu)方案
氣動式定尺飛鋸床身是焊接的，床身前后兩側(cè)支撐導軌，床身中部安裝主傳動系統(tǒng)。床身外側(cè)焊接有的筋板，頂部安裝有支撐板，床身有吊裝孔孔等。
5 氣動式定尺飛鋸機的鋸切系統(tǒng)的設計與計算
5.1 氣動式定尺飛鋸機鋸切系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案設計
鋸切機構(gòu)的基本組成包括：氣缸，用于推動鋸臂作擺切動作；鋸臂，連接氣缸和鋸切主軸；主軸，連接小帶輪和鋸片，用于傳動；鋸臂支座，支撐鋸臂；氣缸支座，支撐氣缸；其他。
鋸切方式選用下擺式鋸切方式。
5.2 氣動式定尺飛鋸機的鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案
方案一：采用“V”字形擺臂，這種形式可用圖10來示意。
圖10 采用“V”字形擺臂鋸切示意圖
方案二：采用“一”字形擺臂，，這種形式可用圖11來示意[3]。
圖11 “一”字形擺臂鋸切示意圖
5.3 氣動式定尺飛鋸機鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案的比較優(yōu)化
方案一和方案二都采用的是下擺式鋸切方式，“V”字形擺臂在鋸切中更容易實現(xiàn)擺切動作，并且對氣缸推力的要求比較小。
最后，我確定使用“V”字形擺臂形式的鋸切方式。
6 主要零部件的設計
6.1 電機的選擇
根據(jù)電動機的工作環(huán)境、生產(chǎn)機械的負載性質(zhì)選擇電動機類型，接下來選擇電動機額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等。
確定主要參數(shù)如下：
額定功率：15Kw 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min
滿載時， 額定電流：29.4A 轉(zhuǎn)速：2930 r/min
效率：88.2% 功率因數(shù)：0.88
重量：125kg[4]
6.3 帶傳動設計
V帶輪結(jié)構(gòu)設計成的帶輪形狀如圖14所示:
圖14 V帶輪
6.4 主軸的設計計算
設計軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當量彎矩圖。確定已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，并校核軸徑，驗證軸的剛度，并選用適當軸承。
7 鋸切氣缸的設計
7.1 鋸切氣缸的計算
初步選擇氣缸，計算氣缸的拉力，計算氣缸直徑，計算活塞桿等。選用緩沖裝置為用內(nèi)緩沖裝置。
7.2 連接與密封
（1） 缸筒與缸蓋的連接
缸筒與缸蓋的連接型式采用的是拉桿式螺栓連接。
（2） 密封
我設計的活塞的密封結(jié)構(gòu)采用的是O型密封圈，活塞桿的密封采用的也是O型密封圈形式，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小[5]。
8 總結(jié)
本篇論文介紹了氣動式定尺飛鋸機及鋸切系統(tǒng)的設計。包括對飛鋸機總體方案的設計、確定飛鋸小車的運動、結(jié)構(gòu)方案的設計、鋸切系統(tǒng)的設計計算、主要零部件的設計及鋸切氣缸的設計。在鋸切裝置的設計中，采用“V”字形擺臂，夾緊缸的添加大大的提高了鋸切精度；導軌的設計非常簡潔、非常實用。本次設計的飛鋸機雖然在精度上不及電腦據(jù)，但在應用上已有很大領(lǐng)域。
參 考 文 獻
[1] 孫瑞岐，崔蕓．DYJ-97A-89 低噪音滾壓式飛鋸焊管[J]．1999 (9)：38-39．
[2] 任翀，郝勇，李艷菲．FJ114 微機控制定尺飛鋸系統(tǒng)定尺精度分析[J]．包頭鋼鐵學院學報，2003（3）：63-65．
[3] 程武．SM120 ETS- L 型飛鋸機[J]．焊管，1993(6)．
[4] 鼓志瑾．電氣傳動與調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學出版社，1988：20-80．
[5] 倪振亞，姚燕順，李林杰，魏雪冬，章鳳翎．新型PS76-80飛鋸機[J]． WELDED PIPE AND TUBE，2000(7)：40-43．