鋼筋自動下料機設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

摘 要-I-摘 要鋼筋自動下料機，是一種能夠?qū)摻罾?，并將鋼筋切成一定長度的工程機械。機械結(jié)構(gòu)分鋼筋調(diào)直和鋼筋切斷兩部分；工作時鋼筋自動下料機的進給機構(gòu)可以自動送入鋼筋，并將鋼筋拉直；當(dāng)輸出的鋼筋達到一定長度時再由液壓控制的鋼筋切斷機構(gòu)將鋼筋切斷。一、校直系統(tǒng)的設(shè)計。通過施加高頻率的周期性交變應(yīng)力，使材料產(chǎn)生超過其彈性限度的變形，原彎曲被抵消，達到校直目的。二、切斷機構(gòu)的設(shè)計。當(dāng)鋼筋達到所需長度時，切斷機構(gòu)自動進行切斷，切斷后活動切刀回到原始位置。三、傳動系統(tǒng)的設(shè)計。電機通過一組的 V 帶、減速器、齒輪、主動輥輪和從動輥輪，達到校直鋼筋的目的。四、輔助裝置的設(shè)計。主要是起到輔助作用的支架和主體鋼架。五、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。選用 AT89C51 型單片機控制鋼筋自動下料機的自動化動作。關(guān)鍵詞 鋼筋自動下料機，輥輪調(diào)直，電氣控制，液壓剪切裝置。Abstract-II-AbstractThe steel automatic cutting machine can straighten steel, and cut it in a certain length. Mechanical structural include steel straightening and steel cutting. The feed mechanism of the Automatic steel cutting machine can transport the steel automatically at work, and straightened the steel. When the output of steel reaches a certain length and then cut off by the reinforcement agencies controlled by the hydraulic.The first. The design of the alignment system. Through periodic alternating stress applied high frequency, produce deformation more than its elastic limit. The alternately deformation reaches a certain level, The original bending is offset, To achieve the purpose of straightening.The second. The design of the cutting off institutions. When the steel to reach the required length, cutting mechanism of automatic cut, cut back to the original position after the cutting knife.The third. The design of the transmission system. A group of V with motor, reducer, gear, driving roller and the driven roller straightening reinforced to achieve through.The fourth. The design of the assistive devices. The assistive devices include stent and the main steel frame. The fifth. The design of the electrical control system. The AT89C51 type SCM is selection to control the automatic work of the steel automatic cutting machine.keywords Steel automatic cutting machine, Roller straightening, Electrical control, Hydraulic cutting device目 錄-III-目 錄摘 要 .IABSTRACT.II第 1 章 緒論 11.1 鋼筋自動下料機的應(yīng)用、現(xiàn)狀及其前景 21.2 自動下料機的分類及特點 41.3 鋼筋自動下料機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 8第 2 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案 122.1 傳動方案比較 .122.2 設(shè)計方案確定 .122.3 總體結(jié)構(gòu)示意圖 .132.4 本章小結(jié) 14第 3 章 自動下料機的機構(gòu)設(shè)計 153.1 傳動機構(gòu)的設(shè)計 153.1.1 電機的選擇 .153.1.2 帶傳動設(shè)計 .173.1.3 雙級減速器設(shè)計計算 203.1.4 齒輪傳動部分的設(shè)計 483.1.5 傳輸軸的校核 553.1.6 傳輸用軸承的選用與校核 603.1.7 鍵的選取與校核 603.2 進給輥輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 613.3 控制長度用直線導(dǎo)軌的選擇及計算 623.4 切削用液壓缸的選擇 633.5 本章小結(jié) 68第 4 章 自動下料機輔助裝置設(shè)計 694.1 用于防止進給時鋼筋下落用支架設(shè)計 694.2 自動下料機整體機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 704.3 本章小結(jié) 70第 5 章 電氣控制部分設(shè)計 715.1 單片機控制示意圖設(shè)計 715.2 單片機控制程序設(shè)計 715.3 控制部分原理及電氣元件安裝位置 735.4 本章小結(jié) 73結(jié) 論 74目錄-IV-本課題研究的內(nèi)容總結(jié) 74參考文獻 75謝 辭 77附 錄 78第 1 章 緒論-1-第 1 章 緒論隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，建筑工程也同時得到了快速地發(fā)展。而鋼筋作為建筑工程的重要材料，其需求量更是極大地增長，這有力地拉動了鋼筋自動下料機的市場需求。而近幾年來，新 III 級鋼筋以其強度高、延展性好的優(yōu)良性能，迅速在全國建筑工程中得到廣泛地使用。這也對建筑用鋼筋自動下料機提出了更高的要求 1。為此，許多企業(yè)紛紛投入大量資金，爭相開發(fā)、研制適合新 III 級鋼筋要求的高速、大直徑鋼筋自動下料機。我國于 1958 年引進了蘇聯(lián)的臥室鋼筋自動下料機圖紙，開始產(chǎn)生了全國第一臺鋼筋自動下料機，現(xiàn)生產(chǎn)的 GQ40A 型鋼筋自動下料機就是其改進型。40A下料機屬于全開式結(jié)構(gòu)，所有的傳動齒輪全部外露。因此，其防塵性能差、易磨損，沖切次數(shù)為 28 次/分，并且沒有離合器控制，操作不安全，質(zhì)量體積均較大。全國 20 多個下料機生產(chǎn)廠家，從 1966 年到 1985 年一直以該機型為主導(dǎo)產(chǎn)品。1982 年太原重型機械學(xué)院機器廠設(shè)計出 GQ40BII 型鋼筋自動下料機，在曲軸大齒輪處裝上剛性轉(zhuǎn)鍵離合器，用腳踏操縱機構(gòu)控制切斷，同時裝上擋料和送料裝置。該機型操作安全、下料長度準(zhǔn)確、減輕了勞動強度。目前市場上的 GB50B 系列鋼筋下料機具有全封閉、系統(tǒng)潤滑、雙飛輪、哈夫式箱體結(jié)構(gòu)，因而操作、維修方便，使用安全可靠，效率高，重量輕，節(jié)能耗。其他型號的鋼筋自動下料機，如 GT 系列鋼筋自動下料機主要用于調(diào)直、定尺切斷用冷軋帶肋鋼筋，熱軋 III 級鋼筋和冷軋圓鋼筋。該系列機型自動化程度高，設(shè)備使用故障率低，為連續(xù)工作制方式。耗能低、不損肋、無連切、噪音小、震動輕、并設(shè)有安全裝置，自動計數(shù)停車裝置、有高效試用運行可靠等特點 2。此外，市場上還存在多種液壓式的鋼筋自動下料機，如 DYJ-32 型和 YQJ-32 型液壓式鋼筋自動下料機等，這兩種下料機都采用了柱塞泵帶動主切到的結(jié)構(gòu)，操作方便，但是加工困難，精度不易保證，不能實現(xiàn)快速回程，效率低 3。與國際上先進產(chǎn)品相比，我國鋼筋自動下料機的總體水平還是比較落后的。主要表現(xiàn)在：企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品的技術(shù)含量低，生產(chǎn)效率低下，自動化水平不高一級外觀質(zhì)量粗糙等 2。并且大部分產(chǎn)品調(diào)制速度較低，鋼筋的直線河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-2-度不高，表面劃傷較重 1。面對競爭日益激烈的我國建筑機械市場，加大科技投入，重視新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究開發(fā)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)的產(chǎn)品不斷的滿足廣大用戶的需求，盡快縮短與國外前進企業(yè)的差距 1，是我國的鋼筋自動下料機達到國際先進水平，無疑是我國廣大鋼筋自動下料機生產(chǎn)企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路 4。1.1 鋼筋自動下料機的應(yīng)用、現(xiàn)狀及其前景（1）在下料機的應(yīng)用方面鋼筋自動下料機是一種剪切鋼筋所使用的工具。一般有全自動鋼筋切斷機和半自動鋼筋切斷機之分。它是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于房屋建筑、橋梁、 隧道、電站、大型水利等工程中對鋼筋的定長切斷。鋼筋切斷機與其他切斷設(shè)備相比，具有重量輕、耗能少、工作可靠、 效率高等特點，因此近年來逐步被機械加工和小型軋鋼廠等廣泛采用，在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。鋼筋自動下料機有兩種類型，全自動的叫做電動切斷下料機，是電能通過馬達轉(zhuǎn)化為動能，控制切刀切口，來達到剪切鋼筋效果的。而半自動的是人工控制切口，從而進行剪切鋼筋操作。而目前比較多的是應(yīng)該屬于液壓鋼筋切斷下料機，液壓鋼筋切斷機又分為充電式和便攜式兩大類。由于受到成本和效率的因素影響，更多的小型企業(yè)選擇了人工液壓式切斷下料機，長度以及效率都由工人來控制，效率精度都不高，而且往往不能夠滿足生產(chǎn)需要，因此設(shè)計自動下料機，通過輥輪的擠壓進行進給，同時兩對輥輪進行校直，在達到規(guī)定長度時，通過電氣控制，使液壓缸推動刀進行切削，保證每次并且是多根同時切削時長度大小都相同，與此同時，也保證了很高的工作效率，在中、大型企業(yè)中得到了廣泛的使用，大大的提高了鋼筋切削效率。（2）下料機的發(fā)展現(xiàn)狀國外切斷機偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機偏心距 24mm，而國內(nèi)一般為 17mm?？此剖×?、齒輪結(jié)構(gòu)偏小些，但給用戶帶來麻煩，不易管理。因為在由切大料到切小料時，不是換刀墊就是換刀片，有時還需要轉(zhuǎn)換角度。國外切斷機的機架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處第 1 章 緒論-3-理工藝過硬，使切斷機在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產(chǎn)機器。國內(nèi)切斷機刀片設(shè)計不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40 型和 50 型刀片厚度均為 17mm；而國外都是雙螺栓固定，2527mm 厚，因此國外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國內(nèi)優(yōu)良。國內(nèi)切斷機每分鐘切斷次數(shù)少。國內(nèi)一般為 2831 次，國外要高出1520 次，最高高出 30 次，工作效率較高。國外機型一般采用半開放式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用油脂潤滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤滑。國內(nèi)機型結(jié)構(gòu)有全開、全閉、半開半閉 3 種，潤滑方式有集中稀油潤滑和飛濺潤滑 2 種。國內(nèi)切斷機外觀質(zhì)量、整機性能不盡人意；如圖 1-1 所示；國外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入，自動化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對外觀質(zhì)量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學(xué)合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整體光潔美觀。而國內(nèi)一些廠家雖然 圖 1-1 國內(nèi)常用鋼筋切割下料機整體圖生產(chǎn)歷史較長，但沒有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過程拼體力、經(jīng)驗，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差。（3）鋼筋自動下料機的發(fā)展前景從目前的國內(nèi)的使用情況來看，錘擊式、機械定尺結(jié)構(gòu)的鋼筋自動下料機占主導(dǎo)地位。這主要是因為采用機械定尺的定尺精度高，適用于預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋的生產(chǎn)，這種結(jié)構(gòu)的鋼筋自動下料機其鋼筋前進速度一般為 0.50.8ms 5。對鋼筋的定尺精度要求不高的用戶，可靠性要求是主要的，故障率應(yīng)盡可能地低，產(chǎn)量應(yīng)盡可能的高 8。為此，利用液壓式切斷機機構(gòu)簡單、可靠的性能，縮短其剪切時間，提高生產(chǎn)效率是未來鋼筋調(diào)直切斷機械的發(fā)展方向。河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-4-但目前液壓式鋼筋自動下料機的剪切速度都比較慢。如果液壓式下料機需要 0.5S 完成一次剪切，而鋼筋的前進速度為 0.5ms，則剪切過程中液壓剪需要隨鋼筋前進 0.25m，這樣就需要液壓鋼筋下料機的滑道比較長，如鋼筋的前進速度大于 0.5ms，其滑道將隨前進速度的增大而加長 9。由此看出，鋼筋自動下料機調(diào)直速度較低的關(guān)鍵因素就在于切割周期太長，這極大地限制了下料機效率的提高。國內(nèi)的自動下料機剪切時間一般都在 80120ms，這導(dǎo)致調(diào)直速度只能在5070mmin 之間徘徊。而國外調(diào)直機的調(diào)直速度之所以一般都能夠達到120mmin，其主要原因就是剪切時間能夠減至 20ms 以內(nèi)。所以，如何縮短自動下料機的剪切時問，是改進鋼筋自動下料機的重要任務(wù)之一。鋼筋自動下料機不但要求實現(xiàn)定長剪切的高精度控制，同時要求其具有相對高的生產(chǎn)效率。所以，如何利用液壓式鋼筋自動下料機的特點，使鋼筋自動下料機實現(xiàn)機電液高度集成，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，將是今后研究的主要方向。1.2 自動下料機的分類及特點目前，市場上生產(chǎn)和銷售的鋼筋自動下料機種類很多，根據(jù)設(shè)備組成和各工作機構(gòu)的特點，可以按以下 6 種方式進行分類：按定尺方式、按落料方式、按控制方式、按上料方式、按調(diào)直方式和按切斷方式。下面分別就這幾種方式進行介紹 1：（1）定尺方式 鋼筋切斷機的定尺方式一般存在兩種方式：機械式和機電式。機械式定尺誤差小，易控制，但噪聲較大，壽命短。適用于對定尺誤差要求較高，速度要求不高的場合。機電式定尺誤差稍大，噪聲較小，壽命長。適用于對定尺誤差要求較低，調(diào)直速度要求較高的場合。定尺剪切訊號的發(fā)出大體有三種形式：機械信號，行程開關(guān)(接觸或非接觸式)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從發(fā)出訊號到切刀響應(yīng)的時間誤差。機第 1 章 緒論-5-械訊號的精度最高，誤差可在正負 1mm，這是因為它與刀具直聯(lián)，響應(yīng)時間短，時間誤差小。其他形式的定尺誤差在正負 530mm 之間。（2）落料方式 落料方式主要有支撐柱式、翻板式、撤板式和敞口式四種。支撐柱式 結(jié)構(gòu)簡單，工作噪聲小。適用于小直徑光圓鋼筋，且鋼筋調(diào)直度較高的場合。翻板式 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工作噪聲較大。適用大、中直徑鋼筋。撤板式 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工作噪聲較大。適用大、中直徑鋼筋。敞口式 結(jié)構(gòu)簡單，工作噪聲較小。適用大、中直徑鋼筋，且鋼筋調(diào)直度較高的場合。（3）控制方式 控制方式分普通電氣控制和 PLC 控制。普通電氣控制 線路復(fù)雜，對維護人員要求較高?？刂凭鹊?，易于發(fā)生故障，初期調(diào)試麻煩。PLC 控制 線路簡單，對維護人員要求不高?？刂凭容^高，運行比較穩(wěn)定，初期調(diào)試簡單。（4）上料方式 上料方式分開卷式和非開卷式。開卷式 設(shè)備復(fù)雜，放線速度快、鋼筋不扭轉(zhuǎn)，特別適合于高速工作狀態(tài)。非開卷式 設(shè)備單一，適于調(diào)直速度不太高的工作場合。放線時鋼筋自然扭轉(zhuǎn)。（5）調(diào)直方式 鋼筋自動下料機的調(diào)直方式主要有調(diào)直模式、曲線輥式、對輥式和調(diào)直模式加對輥復(fù)合式。調(diào)直模式 鋼筋調(diào)直效果好，比較容易控制。但調(diào)直速度低，被加工鋼筋表面有劃傷，工作噪聲較大。該模式適合各種光圓鋼筋。曲線輥式 調(diào)直速度較快，鋼筋調(diào)直效果好，且易控制。但被加工鋼筋表面劃傷較重，工作噪聲也較大。適合各種光圓鋼筋和對鋼筋表面劃傷要求不河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-6-高的場合。對輥式 調(diào)直速度快，被加工鋼筋表面有輕微劃傷，工作噪聲小。鋼筋調(diào)直效果一般，控制要求較高。適合各種鋼筋，特別適合冷、熱軋帶肋鋼筋。調(diào)直模式加對輥復(fù)合式 調(diào)直效果比較好，比較容易控制。調(diào)直速度高于曲線輥式，低于對輥式。被加工鋼筋表面有劃傷，工作噪聲比較小。適合各種鋼筋。（6）切斷方式 切斷方式的不同，在很大程度上影響著下料機的性能，下面將對各種不同的切斷方式進行詳細地介紹，分析其工作原理及特點。切斷方式按切刀的移動方式不同可分為：旋轉(zhuǎn)式剪切、上下移動式剪切和下移式剪切三種 5，其工作原理如圖 1-2 所示。圖 1-2 三種切斷方式工作時，繞在旋轉(zhuǎn)架上的鋼筋，在連續(xù)旋轉(zhuǎn)著的牽引輪和調(diào)直架內(nèi)的調(diào)直輥共同作用下，從切刀中間通過，進入承料架。當(dāng)調(diào)直鋼筋端頭觸動定長裝置的信號發(fā)生器時，發(fā)生器發(fā)出信號，操動切斷刀具動作，切斷鋼筋后刀具返回第 1 章 緒論-7-到下一次的啟動位置。旋轉(zhuǎn)式剪切系統(tǒng)主要由承料架，定長開關(guān)，電磁鐵，牙嵌離合器，主動齒輪，切斷齒輪，制動器等組成。當(dāng)鋼筋通過兩個切斷齒輪中間的縫隙進入承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連接，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并輪流工作，以延長刀具壽命。上下移動式剪切系統(tǒng)主要由承料架，定長開關(guān)，電磁鐵，轉(zhuǎn)鍵離合器，曲柄連桿，平移式下切刀臺，擺動式上切刀片，制動器等組成。當(dāng)鋼筋通過平移式下切刀進入承料架并觸動定長開關(guān)后，電磁鐵帶動轉(zhuǎn)鍵離合器使飛輪軸與曲柄軸聯(lián)接，曲柄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刀刃處，當(dāng)平移式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。下移式剪切系統(tǒng)的形式比較多，按刀具的驅(qū)動形式可分為：擺動式、錘擊式、液壓式。擺動式切斷方式：這種設(shè)備的剪切機構(gòu)類似一把鍘刀，當(dāng)鋼筋通過固定的機架上的定刀孔進入承料架并觸動定長開關(guān)后，摩擦片式離合器動作，帶有凸輪的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，凸輪使帶有切刀的擺臂擺動，從而完成一個切斷動作。目前國外進口的自動下料機的剪切機構(gòu)大都采用這種方式。錘擊式切斷方式：國內(nèi)大多數(shù)帶肋鋼筋加工廠和預(yù)制構(gòu)件廠使用的自動下料機均采用這種機構(gòu)。這種設(shè)備是由電機帶動一個曲軸轉(zhuǎn)動，一個錘頭在曲軸的作用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。河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-8-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。（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 6mm16mm 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。1.3 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：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。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，可分為第 1 章 緒論-9-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)。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。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、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(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。河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-10-圖 1-3 旋轉(zhuǎn)式剪切原理圖圖 1-3 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 100150rpm，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。第 1 章 緒論-11-圖 1-4 上下移動式剪切原理圖圖 1-4 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河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-12-均為錘擊式，其工作原理簡圖如圖 1-5 所示。電機帶動曲軸轉(zhuǎn)動，錘頭在曲軸的作用圖 1-5 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 3050m/s 之間。同時在剪切時，錘頭可隨刀臺前進 2030mm，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。河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-13-第 2 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案2.1 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)鬟f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。2.2 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，利用粗糙度很第 2 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案-14-大的內(nèi)槽進行鋼筋的進給，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。2.3 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 2-1 所示。主視圖河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-15-俯視圖圖 2-1 自動下料機整體結(jié)構(gòu)圖2.4 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。河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-16-第 3 章 自動下料機的機構(gòu)設(shè)計3.1 傳動機構(gòu)的設(shè)計3.1.1 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)。考慮現(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： (3-1)4（ ） Q 2550* *2/4Q 2550*3.14*(8/4)Q 16014又因為該自動下料機是跟鋼絲同時切斷，故 Q=96084N 取整得Q=97000N。第 3 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案-17-功率計算:刀的速度小于曲軸處的線速度。則切斷處的功率：=502.84 W分配傳動比電動機型號為 Y112M-6，滿載轉(zhuǎn)速為 960r/min。切削速度為 15 次/分總傳動比 = 960/15 =64 ； 1分配傳動裝置的傳動比 i = i 0*i1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 0 1V 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=320 1 0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 =6.4 ，則 =51 2計算各軸機構(gòu)的運動及動力參數(shù)1. 各軸的轉(zhuǎn)速 I 、II、IIII 軸 ： min/r4802/96/01NmII 軸 ： 75.12iIII 軸 ： i/23r2. 各軸的輸入功率I 軸 ： kwP068.294.011河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-18-II 軸 ： kwP96.18.076.212 III 軸 ： 9333. 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機輸出轉(zhuǎn)矩III 軸 mNiT 91.8.09753.203233.1.2 帶傳動設(shè)計定 V 帶星號和帶輪直徑 12工作情況系數(shù) Ka = 1.2計算功率 Pc =KaP =1.2*2.2 Pc =2.64kw選帶型號 A 型小帶輪直徑 取 =100mmD1大帶輪直徑 =（1-0.01）*100*960/480 2=（ 1-） *D1 1/2 （設(shè) =1%） 選 =198mmD2大帶輪轉(zhuǎn)速 (3-2)2=（ 1-） *D1 1/2 =（1-0.01）*100*960/198 =480r/min2計算帶長求 Dm =（100+198）/2 =149mmD=(D2+D1)/2 D求 =（198-100 ）/2 =49mm =（ D2-D1） /2初取中心距 a=550mm帶長 (3-3) L= D+2a+ /a =*149+2*550+49/550 L=1572 mm基準(zhǔn)長度 =1600mm求中心距和包角中心距 a= （ L- D） /4+1/4* （ L- D） -8 =（1600-*149）/4+1/4*1600-*149-8*49 a=563.8mm小輪包角 1 =180-（ D2-D1） *60/a第 3 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案-19-=180-（198-100）*60/563.8 =169.6120 1求帶根數(shù)帶速 =*198*960/（60*1000） = D11/（ 60*1000）=10m/s傳動比 =960/480 i=2i=1/2帶根數(shù) 查表可知 12 ： =0.97 kw ； =0.98 ；0 =0.99 ； =0.11 kw 0（3-4） z=/（ P+ 0） ） =2.64/（0.97+0.11）*0.98*0.99）=2.52 取z=3 根求軸上載荷張緊力 0=500*(2.5-)/)/vz+q=500*2.64*(2.5-0.98)/0.98)/(10*3)+0.10*10 Fo=78.2 N(q=0.10kg/m)軸上載荷 （3-5）=2z0sin（ 1/2） =2*3*78.2*sin（169.6/2） Fq=467.3 N帶輪結(jié)構(gòu) ：如圖 3-1 所示河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-20-圖 3-1 帶輪結(jié)構(gòu)與尺寸零件圖3.1.3 雙級減速器設(shè)計計算3.1.3.1 齒輪的設(shè)計計算（1）高速級齒輪：齒面接觸疲勞強度計算：因傳動尺寸無嚴(yán)格限制，批量較小，故選材如下：小齒輪 ：40Cr 鋼，調(diào)制處理，硬度 241HB286HB，平均取為 260HB大齒輪 ：45 鋼 ，調(diào)制處理，硬度 229HB286HB，平均取為 240HB初步計算第 3 章 鋼筋自動下料機設(shè)計方案-21-轉(zhuǎn)矩 （3-6）1 1=9.55*106*P/1=9.55*106*2.068/480 =41.1446N.m1齒寬系數(shù) 取 =1.0 =1.0 接觸疲勞極限 =710MPa 1=580Mpa 2初步計算的需用 0.9 1 1接觸應(yīng)力 =0.9*710 =639MPa 1 0.9 2 2=0.9*580 =522MPa 2值 取 =85 =85A A A初步計算的小齒 輪直徑 d1 d1 A （ T1/（ * ） *（ u+1） /u）=85*（41144.6/（1.0*522）*（6.4+1）/6.4）=47.5mm取 =50mmd1初步齒寬 b b= *d1=1.0*50 b=50mm校核計算圓周速度 v （3-7）v= d11/（ 60*1000）=*50*480/（60000） v=1.26m/s精度等級 選 8 級精度齒數(shù) z 和模數(shù) m 初級齒數(shù) =30； = =6.4*30=192 1 2i*1=50/30=1.67m=1/1取 m=1.5=50/1.5=33.3 取 =341=1/m 12=i*1=6.4*34=217.6 =2182河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-22-使用系數(shù) =1.50K K動載系數(shù) =1.1K K齒間載荷分配系數(shù) K先求 =2*41144.6/50=1645.8N=2T1/d1=1.5*1645.8/50=49.4N/mm確定傳動主要尺寸實際分度圓直徑 d 因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時，齒數(shù)已重新確定，但并未圓整，故分度圓直徑不會改變，即 =1.5*34=51mm =51mmd1=m1 d1=1.5*218=327mm =327mmd2=m2 d2中心距 a =189mm a=189mma=m（ 1+2） /2齒寬 b =1*51=51mm =61mmb= d1 1=51mm2河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-24-齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù) =0.25+0.75/ =0.25+0.75/1.77 =0.67Y Y Y齒間載荷分配系數(shù) =1/0.67 K K =1/Y=1.49K齒間載荷分布系數(shù) b/h=51/(2.25*1.5)=15.1 K=1.38K載荷系數(shù) K K= =1.5*1.1*1.49*1.38 K=3.19KKK K齒形系數(shù) Y=2.46Y1=2.14Y2應(yīng)力修正系數(shù) Y=1.65Y1=1.87Y2彎曲疲勞極限 =600Mpa 1=450Mpa 2彎曲最小安全系數(shù) S=1.25S應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計 3*106初步計算轉(zhuǎn)矩 1 1=9.55*106*P/1=9.55*106*1.966/75 =250.337N.m1河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院-26-齒寬系數(shù) 取 =1.0 =1.0 接觸疲勞極限 =710MPa 1=580Mpa 2初步計算的需用 0.9 1 1接觸應(yīng)力 =0.9*710 =639MPa 1 0.9 2 2=0.9*580 =522MPa 2值 取 =85 =85A A A初步計算的小齒 輪直徑 d1 d1 A （ T1/（ * ） *（ u+1） /u）=85（250337/（1.0*522）*（5+1）/5）=87.8mm取 =88mmd1初步齒寬 b =1.0*88 b=88mmb= *d1校核計算圓周速度 v v= d11/（ 60*1000）=*88*75/（60000） v=0.35m/s精度等級 選 8 級精度齒數(shù) z 和模數(shù) m 初級齒數(shù) =50； z2= =5*50=250 1 2 i*1=88/50=1.76m=1/1取 m=1.5 m=1.5則 =88/1.5=58.7 取 591=1/m 1=2=i1=5*59=295 =2952使用系數(shù) =1.50K K動載系數(shù) =1.05K K