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單位代碼 02
學(xué) 號(hào) 080105007
分 類 號(hào) TH
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 20
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 8 頁(yè)
鋼筋切斷機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真綜述
摘要
本文調(diào)研了最近幾年國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)的專利、論文，以及現(xiàn)在的研發(fā)現(xiàn)狀。分析研究鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能是進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)、改良的理論基礎(chǔ)。為了推動(dòng)鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，縮短鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計(jì)周期，在產(chǎn)品試制及完成測(cè)試之前明確了解鋼筋切斷機(jī)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的缺陷，最大程度地節(jié)省資金和時(shí)間。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行零件三維設(shè)計(jì)、裝配，建立鋼筋切斷機(jī)三維仿真分析模型，模擬鋼筋切斷機(jī)運(yùn)行狀況，對(duì)鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行仿真分析研究， 以加快產(chǎn)品技術(shù)更新。
關(guān)鍵詞： 鋼筋切斷機(jī)，動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)仿真
一.引言
鋼筋切斷機(jī)是一種各類工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，在近年來(lái)的生產(chǎn)、使用中呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)各相關(guān)廠家先后開發(fā)了GQ32型、GQ40型、GQ50型、GQ60型、GQ75型等多個(gè)品種的切斷機(jī)。隨著建設(shè)工程規(guī)模的擴(kuò)大，建筑質(zhì)量的要求提高，鋼筋切斷機(jī)的規(guī)格有逐漸增大的趨勢(shì)。各生產(chǎn)廠家為提高自己的生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)性能、增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力降低生產(chǎn)成本，并不斷開發(fā)新的品種。但由于未見國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)動(dòng)力學(xué)研究的文獻(xiàn)，因而在改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開發(fā)新的產(chǎn)品過(guò)程中，在產(chǎn)品試制及完成測(cè)試之前尚不能對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過(guò)程中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況有比較明確的了解，而電機(jī)在工作過(guò)程中的速度降是衡量鋼筋切斷機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。為此，我們首先建立了一種鋼筋切斷機(jī)的通用動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，使我們?cè)诋a(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)及研發(fā)新產(chǎn)品的過(guò)程中通過(guò)AutoCAD完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)后，通過(guò)聯(lián)機(jī)計(jì)算的方法就可以清楚的求得所開發(fā)產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，可以極大的加快產(chǎn)品的開發(fā)速度及方便的修改產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)。相關(guān)工作對(duì)于提高國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)工作的進(jìn)度，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有一定的積極作用。[6][7][8]
二.鋼筋切斷機(jī)簡(jiǎn)介
鋼筋切斷機(jī)是一種在工程及建筑領(lǐng)域中廣泛使用的設(shè)備，由于近年來(lái)房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，鋼筋切斷機(jī)的生產(chǎn)、使用呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，隨著建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)建筑質(zhì)量要求的提高，對(duì)鋼筋切斷機(jī)的性能也提出了更高的要求。[9]
目前，國(guó)產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)下圖所示，電機(jī)通過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)、三級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活動(dòng)刀做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，固定在活動(dòng)刀座上的活動(dòng)刀片和固定在機(jī)體上的固定刀片一起作用完成對(duì)鋼筋的切斷。[10]
三.相關(guān)專利產(chǎn)品介紹（專利[1][2][3]）
專利[1]的產(chǎn)品是一種以柴油機(jī)為動(dòng)力的鋼筋切斷機(jī)，其特征在于將鋼筋切斷機(jī)與柴油機(jī)相組合、中間用皮帶傳動(dòng)相聯(lián)接構(gòu)成一柴油鋼筋切斷機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：不需要電力，使沒有電力或者電力不足的地方，也夠使用鋼筋切斷機(jī)完成鋼筋的切斷。
右圖所示的是專利[1]產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖：1為鋼筋切斷機(jī)機(jī)構(gòu)，2為底架、3為皮帶傳動(dòng)、4為柴油機(jī)、5 和6分別是柴油機(jī)4和切斷機(jī)1與底架2相連接的連接螺栓。柴油機(jī)4和鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1都被連接螺栓5和6固定在底架2上，發(fā)動(dòng)柴油機(jī)4通過(guò)皮帶傳動(dòng)3帶動(dòng)鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1的刀具來(lái)完成切斷鋼筋的工作要求。
專利[2]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。它的箱體由側(cè)面箱板和箱底板組裝成封閉型式：其傳動(dòng)系統(tǒng)采用三軸（六齒輪）三級(jí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；而其曲柄桿與滑塊采用鉤型連接結(jié)構(gòu)。這種改進(jìn)，使箱體制造工藝簡(jiǎn)化。由于是三級(jí)齒輪傳動(dòng)節(jié)省了一根中間傳動(dòng)軸，故而使整機(jī)體積縮小了許多，且降低了成本。而曲柄桿與滑塊的鉤型連接方式，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且提高了機(jī)械強(qiáng)度，不易損壞，使整機(jī)延長(zhǎng)了壽命。
專利[3]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。包括電機(jī)、飛輪、第一級(jí)至第四級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置、離合器、定動(dòng)切刀和哈夫式齒輪箱體，第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別套裝有飛輪；哈夫式齒輪箱體以曲軸中心水平線為依據(jù)，由鑄成上、下各一半的兩塊箱體組合而成。本實(shí)用新型由于在現(xiàn)有四級(jí)齒輪傳動(dòng)鋼筋切斷機(jī)的基礎(chǔ)上，采用哈夫式箱體并在第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別套裝有飛輪，故其故障率低，使用壽命長(zhǎng)，阻力大；且安裝、維修方便該專利產(chǎn)品是對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的一種改進(jìn)，是一種實(shí)用新型的鋼筋切斷機(jī)，該產(chǎn)品主要包括電動(dòng)機(jī)，飛輪，第一級(jí)至第四級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置、離合器、定動(dòng)刀片和哈夫式齒輪箱體，起主要特別之處在于：第一級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸兩端分別裝有飛輪。具體結(jié)構(gòu)如上圖。
四. 鋼筋切斷機(jī)幾個(gè)主要部件
(1) 刀口裝置（專利[4]）
專利[4]指推動(dòng)刀口軸桿的偏心軸外圍裝設(shè)有方形滑塊，于偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能使方形滑塊上下移動(dòng)，進(jìn)而使刀片軸桿以平面方式向外推動(dòng)或拉回，使鋼筋的切口平直，并于切斷鋼筋后，偏心軸拉回軸桿撞擊偏心軸的力，形成面的使受力點(diǎn)平均，降低偏心軸的耗損，且該偏心軸與推動(dòng)齒輪間設(shè)有一固定隔板，以避免撞擊的同時(shí)造成齒輪的偏移而損壞，該刀口軸桿的另一側(cè)設(shè)有一活動(dòng)隔板，能增進(jìn)維修時(shí)的便利性。
(2) 離合器組件（專利[5]）
專利[5]鋼筋切斷機(jī)的曲軸離合器。該器包括曲軸、內(nèi)齒輪、大齒輪和安裝在兩輪內(nèi)接之間的活動(dòng)銷齒機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)又由轉(zhuǎn)銷軸、轉(zhuǎn)銷齒、撥動(dòng)擋板、拉簧和伸縮擋銷組成。通過(guò)操縱轉(zhuǎn)銷齒接觸于大齒輪的轉(zhuǎn)銷齒推槽內(nèi)而使大齒輪帶動(dòng)內(nèi)齒輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)?；虿倏v轉(zhuǎn)銷齒接觸于內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)銷軸槽內(nèi)而使內(nèi)齒輪脫離大齒輪，使大齒輪空轉(zhuǎn)。該離合器可適用于切斷機(jī)、沖床、剪切機(jī)床上，其具有離合平穩(wěn)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。
五. 鋼筋切斷機(jī)存在的缺點(diǎn)和問(wèn)題
目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的鋼筋切斷機(jī)，就其傳動(dòng)方式分為兩種類型：一種是開式傳動(dòng)，一種是閉式傳動(dòng)。[11]開式傳動(dòng)的形式，其軸、齒輪等主要傳動(dòng)件都要暴露在外，各傳動(dòng)件均要靠人工加油，極為不方便。閉式傳動(dòng)的形式，主要傳動(dòng)件均安裝在機(jī)器箱體內(nèi)，形成整體密封，其機(jī)體為整體構(gòu)件，加工工藝復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外的鋼筋切斷機(jī)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1) 用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)的鋼筋切斷機(jī)和用柴油機(jī)作原動(dòng)機(jī)的鋼筋切斷機(jī)，所用的原動(dòng)機(jī)不能代換，這給使用帶來(lái)了一定的不方便。
(2) 國(guó)內(nèi)外使用的全封閉結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)的活動(dòng)刀處采用上開蓋的機(jī)體，大都是采用的是減速器結(jié)構(gòu)，用螺栓連接，而這種結(jié)構(gòu)的剛性較差，而且在結(jié)合面處加工困難，并且常常漏油。而機(jī)體采用整體式結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)，活動(dòng)刀處采用的是側(cè)開蓋結(jié)構(gòu)，由于切斷機(jī)工作時(shí)所受的側(cè)向力很大，常常損壞。
(3) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)在空套齒輪與軸結(jié)合處，常常容易損壞。
(4) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其離合器操縱機(jī)構(gòu)只有一種方式，即腳踏式，這不適應(yīng)于不同習(xí)慣的操作者和不利于緊急情況的操作。
(5) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，大都采用的是小功率的電動(dòng)機(jī)，工作主軸的偏心距也很小，這樣在剪切公稱直徑范圍內(nèi)的不同直徑的鋼筋時(shí)，就要更換刀片或者在刀片的后面加減刀墊，才能完成剪切不同尺寸鋼筋的切斷要求。
(6) 國(guó)內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其固定刀片側(cè)隙的調(diào)整是靠人工選配尺寸固定的刀墊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
六.鋼筋切斷機(jī)的改良方向
真對(duì)鋼筋切斷機(jī)存在的這些問(wèn)題，提出以下改良方向：
（1）結(jié)構(gòu)與造型的改良。
目前的鋼筋切斷機(jī)有閉式與開式兩大類。開式由于體積大，搬移不便、潤(rùn)滑差等，已經(jīng)很少生產(chǎn)使用。而閉式結(jié)構(gòu)的體積雖較為緊湊，但存在的主要問(wèn)題是在傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，維修不太方便。目前在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種在整體閉式結(jié)構(gòu)上的改良設(shè)計(jì)。[12][13]即將機(jī)體一側(cè)的1/2～1/3設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然在加工上增加了工序，但鑄造環(huán)節(jié)更簡(jiǎn)單，安裝比較方便，尤其是便于售后服務(wù)。
（2）輕量化設(shè)計(jì)
輕量化設(shè)計(jì)可節(jié)省資源、減少生產(chǎn)、使用、回收等環(huán)節(jié)中了浪費(fèi)，而且就機(jī)器本身而言，也可以通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)，在最低成本下達(dá)到機(jī)器的使用性能。就目前來(lái)說(shuō)，可通過(guò)建立虛擬樣機(jī)、并對(duì)其進(jìn)行有限元分析實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)及制造。[14][15]
七. 其他
機(jī)械動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容：
機(jī)械動(dòng)力學(xué)主要研究的是機(jī)械的振動(dòng)和平衡的問(wèn)題。目前，我們正在高速發(fā)展的階段，各個(gè)部門迫切需要大量的新的高效率，高速度，高精度和高自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備。隨著機(jī)械速度的提高，機(jī)械平衡和震動(dòng)的問(wèn)題成為機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)高精度的機(jī)器時(shí)，就必然涉及各種動(dòng)力學(xué)的因素，需要精確計(jì)算各部件的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況以及考慮部件的彈性、運(yùn)動(dòng)副中的磨察等因素對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的影響，才能使各部件的動(dòng)作協(xié)調(diào)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常。[17][18][19][20]
八. 結(jié)束語(yǔ)
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程是一個(gè)不斷改良完善、技術(shù)優(yōu)化發(fā)展的過(guò)程。唯有通過(guò)長(zhǎng)期的市場(chǎng)考驗(yàn)，且有優(yōu)良的性價(jià)比，才能真正占領(lǐng)市場(chǎng)。
鋼筋切斷機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)必將更加有利于鋼筋切斷機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)，可以加快產(chǎn)品的開發(fā)速度以及開發(fā)出更加高效的產(chǎn)品。
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