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摘 要
目 錄
摘要 1
Abstract 2
1 綜述 3
1.1 引言 3
1.2 捆扎機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 4
1.3 研究捆扎機(jī)的意義 7
2 帶鋼捆扎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 9
2.1 帶鋼捆扎機(jī)總體方案 9
2.2 帶鋼捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)，參數(shù)工作原理及配置 9
2.2.1 帶鋼捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu) 9
2.2.2 鋼材捆扎機(jī)的技術(shù)參數(shù) 10
2.2.3 帶鋼捆扎機(jī)的工作原理 10
2.2.4 帶鋼捆扎機(jī)的電液配置方案 11
3 帶鋼捆扎機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)探討 13
3.1 捆扎單元 13
3.1.1 捆扎單元前序部件功能簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)思想探討 13
3.1.2 捆扎單元的作用 13
3.1.3 捆扎單元的組成 14
3.1.4 鋼絲在捆扎單元中前進(jìn)的路線 14
3.1.5 捆扎單元中各組件功能與設(shè)計(jì) 14
3.2 導(dǎo)套裝置 26
3.2.1 導(dǎo)套裝置的作用 26
3.2.2 導(dǎo)套裝置的構(gòu)成 26
3.2.3 導(dǎo)套裝置各零部件功能分析與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 26
3.2.4 導(dǎo)絲板上滾子選擇及間距確定 28
3.3 帶鋼打捆機(jī)送絲導(dǎo)路分析 29
3.3.1 送絲力的分析計(jì)算 30
3.3.2 捆絲發(fā)生彈塑性彎曲變形時(shí)的內(nèi)力 31
3.3.3 捆絲通過(guò)導(dǎo)路的條件與導(dǎo)路設(shè)計(jì) 33
3.4 支座的設(shè)計(jì) 36
4 電控系統(tǒng) 39
結(jié)論 40
致謝 41
參考文獻(xiàn) 42
1
摘要
本文通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)捆扎機(jī)的研究，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，對(duì)帶鋼液壓捆扎機(jī)做出了更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)。本文在對(duì)捆扎機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、工作原理及配置的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，用CAD制圖軟件加以配合，使各部件能直接投入生產(chǎn)。在機(jī)械手的設(shè)計(jì)當(dāng)中，提出了自己的改進(jìn)方案，并在經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證后，證明其對(duì)提高捆扎機(jī)的整體性能具有積極的意義。本設(shè)計(jì)在注重機(jī)械部分設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電液和電控部分也進(jìn)行了必要的設(shè)計(jì)，使得此設(shè)計(jì)更趨完善。帶鋼全自動(dòng)液壓打捆機(jī)是一個(gè)機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)控制一體化設(shè)備，具有一定的“智能”功能，可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)打捆狀態(tài)。它具有如下主要?jiǎng)幼鳎盒罱z、送絲、抽絲、剪斷、擰緊、擠平、打捆機(jī)位置調(diào)節(jié)等；使用φ6.5，φ6.0的退火盤條或直接采用φ6.0的熱軋盤條作捆絲；其捆結(jié)擰緊720°，然后擠平，保證了捆結(jié)牢固，不易松脫。
關(guān)鍵詞：帶鋼；捆扎；液壓；扭結(jié)
Abstract
Abstract
This text is making a better designation about band steel hydraumatic strapper combined with the study of foreign developed strapper and the actual circumstance of the our country. This text makes each part be able to throw in production directly through the designation of structure, parameter, operating principle and collocation of strapper combining the CAD graphics software. This text presents the own improvement project in the designation of magic hand, and the aggressive meaning of improvement of strapper whole performance is proved by a great deal of verification. This text also designs the part of electric hydraumatic and control to make this design better which is based on the design part of mechanism. Band steel full-automatic hydraumatic strapper is an equipment having certain "intelligence" function combined with mechanism, electricity, hydraumatic and computer, and it can regulate the banding appearance automatically according to the spot production circumstance. It has mainly actions as follows： accumulating steel wire; sending steel wire; drawing steel wire; clipping; tighten; squeezing flat; regulating position of strapper, etc; using annealed rod of φ6.5，φ6.0 or hot-finished rod ofφ6.0 directly as strapping steel wire; it straps and tightens for 720°,and then squeezing flat to make sure that it straps firm and not easily loose.
KeyWords： band steel, strap, hydraumatic, twist
2
綜述
1 綜述
1.1 引言
2005年是鋼鐵行業(yè)不平凡的一年，鋼材市場(chǎng)由前幾年的供不應(yīng)求轉(zhuǎn)變?yōu)楣┐笥谇?，四月份開(kāi)始鋼材價(jià)格一路走低，行業(yè)整體利潤(rùn)迅速下滑。在此情況下，產(chǎn)品質(zhì)量和形象已成為企業(yè)生存發(fā)展的決定性因素之一。而隨著社會(huì)對(duì)鋼材需求的日益增加以及鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代化程度的日益提高，越來(lái)越多的鋼鐵企業(yè)發(fā)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品的包裝質(zhì)量成為影響鋼鐵產(chǎn)量提高的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的人工包裝效率低，工作強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境差，而且易產(chǎn)生散捆、混號(hào)和捆松的情況，從而大大制約了鋼鐵產(chǎn)量的提高，在此基礎(chǔ)上便有了鋼材捆扎機(jī)的誕生。
鋼材打捆機(jī)(又名捆扎機(jī),或稱打捆機(jī)器人)是現(xiàn)代化連軋生產(chǎn)線上的一種重要設(shè)備，也是鋼材精整包裝的核心設(shè)備，國(guó)際上只有SundBirsta、Danieli等公司掌握了精整包裝自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，能生產(chǎn)全自動(dòng)鋼材打捆機(jī)。我國(guó)從90年代起開(kāi)始研究捆扎機(jī)，我國(guó)捆扎機(jī)械的生產(chǎn)，在經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展之后，從無(wú)到有，從簡(jiǎn)到精，已經(jīng)成為我國(guó)包裝機(jī)械領(lǐng)域中的主要產(chǎn)品。它以量大面廣、無(wú)所不捆的鮮明特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、食品業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、商業(yè)、金融業(yè)和服務(wù)行業(yè)等，成為現(xiàn)代工業(yè)化社會(huì)不可缺少的設(shè)備之一。捆扎機(jī)械作為包裝設(shè)備中的一個(gè)主要分支，是一種將一個(gè)或多個(gè)包裝物用捆扎帶(繩)緊束一起的機(jī)器,它使包裝件便于運(yùn)輸、保管和裝卸，屬于外包裝設(shè)備。
鋼鐵生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它包括連鑄坯、粗軋、預(yù)精軋、飛剪、中軋、精軋、冷卻、精整和入庫(kù)的全過(guò)程。其中精整又分為稱重、打號(hào)和打捆等步驟。每道工序的控制器、執(zhí)行元件和傳感器占據(jù)了工廠的各個(gè)角落，全集成自動(dòng)化管理控制已成為當(dāng)前的趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線作為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò),已被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、流程工業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)中。因此其鋼材的捆扎就顯的尤為重要。而現(xiàn)在帶鋼的包裝打捆工作多為人力手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，包裝質(zhì)量低，容易造成倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸中的散包，是鋼材營(yíng)銷、外貿(mào)中的主要質(zhì)量問(wèn)題。帶鋼打捆機(jī)是大中型鋼鐵廠連扎生產(chǎn)線精整包裝工段自動(dòng)化包裝的核心設(shè)備，是一種針對(duì)型鋼打捆及包裝的專用機(jī)械，它不同于其它普通的捆扎設(shè)備。由于帶鋼捆扎具有重量大的特點(diǎn)，因此帶鋼捆扎機(jī)必須滿足捆扎材料強(qiáng)度高、捆扎力大、捆扎牢固可靠的要求。由此可見(jiàn)帶鋼捆扎機(jī)有很好的市場(chǎng)前景，同時(shí)研究一種適合為國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵廠的打捆設(shè)備，代替手工打捆，不但實(shí)現(xiàn)鋼材包裝的自動(dòng)化，還可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低危險(xiǎn)性，提高包裝質(zhì)量，而且可以減少包裝現(xiàn)場(chǎng)的工傷事故。并可以為國(guó)家、企業(yè)節(jié)約外匯。
隨著中國(guó)鋼鐵企業(yè)的迅速成長(zhǎng)，其對(duì)鋼材的包裝要求也是越來(lái)越高。這就對(duì)我國(guó)的鋼材捆扎機(jī)行業(yè)提出了更高的要求。
1.2 捆扎機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展
國(guó)外捆扎機(jī)械的應(yīng)用可追溯到上世紀(jì)初期，如美國(guó)的SIGNODE公司、德國(guó)的CYKLOP公司等就涉足捆扎行業(yè)，以生產(chǎn)鋼帶捆扎設(shè)備為主,但其規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平都還較低。直到本世紀(jì)的五十年代，由于塑料材料的問(wèn)世，以塑料帶作為捆扎材料成為現(xiàn)實(shí)，這大大地促進(jìn)了塑料帶捆扎機(jī)企業(yè)的發(fā)展，如較早的日本的下島、日魯工業(yè)株式會(huì)社等。至1991年，日本的塑料帶捆扎機(jī)總產(chǎn)量達(dá)14萬(wàn)臺(tái)，約占包裝機(jī)械總量的19.5%，總產(chǎn)值達(dá)300億日元。每年約有30%的塑料帶捆扎機(jī)出口，幾乎占領(lǐng)了全部東南亞市場(chǎng)。由于他們能成功地引進(jìn)和消化吸收別國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)發(fā)展，使他們的捆扎機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可靠性高，在國(guó)際市場(chǎng)上有很大的競(jìng)爭(zhēng)能力。其中最大的生產(chǎn)廠家為下島株式會(huì)社，于1969年開(kāi)始正式生產(chǎn)自動(dòng)捆扎機(jī)，至1985年總產(chǎn)量就突破5萬(wàn)臺(tái)，年銷售額達(dá)61億日元。全公司僅150多人，主要從事產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品質(zhì)量控制和推銷工作，其零部件加工和裝配均通過(guò)擴(kuò)散的辦法。在國(guó)內(nèi)設(shè)有17家分公司和270個(gè)代銷點(diǎn)，并在35個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)有代理點(diǎn)。產(chǎn)品品種達(dá)200多個(gè)，主要生產(chǎn)品種為29種。美國(guó)的SIGNODE公司則是一家以鋼帶捆扎機(jī)為主，塑料帶、聚酯帶捆扎工為輔的跨國(guó)公司，屬于美國(guó)ITW上市公司。在美國(guó)和其他六個(gè)國(guó)家設(shè)有分公司，該公司自1913年就開(kāi)始從事捆扎機(jī)械的生產(chǎn)，為100多個(gè)國(guó)家的工業(yè)產(chǎn)品包裝提供服務(wù)，并為各國(guó)用戶提供24小時(shí)的配件供應(yīng)服務(wù)，他們不僅具有巨大的生產(chǎn)能力，而且還有一支精益求精的研制和開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，通過(guò)對(duì)捆扎機(jī)械各功能部件的反復(fù)試驗(yàn)和多方案對(duì)比，生產(chǎn)出的捆扎機(jī)械具有很好的可靠性和最佳的經(jīng)濟(jì)壽命，雖然價(jià)格昂貴，但仍然是國(guó)際市場(chǎng)上的強(qiáng)手。我國(guó)捆扎機(jī)械生產(chǎn)自1976年開(kāi)始，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和各行業(yè)對(duì)改善產(chǎn)品包裝產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益迫切，使捆扎機(jī)械不論在生產(chǎn)能力、生產(chǎn)技術(shù)、整機(jī)性能等方面都有了很大的提高，其主要表現(xiàn)為：
1、已將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于捆扎機(jī)程序控制，具有溫度控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)，定長(zhǎng)送帶，故障報(bào)警等多種功能，不僅可單機(jī)使用也可多機(jī)聯(lián)用或與自動(dòng)生產(chǎn)線配套使用。
2、從機(jī)器的傳動(dòng)形式來(lái)看，有機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)，特別是液壓傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的特點(diǎn)，是我國(guó)特有的機(jī)型。
3、品種規(guī)格比較齊全,，為適應(yīng)不同的用戶需要，已有全自動(dòng)、半自動(dòng)和手提式捆扎器，根據(jù)包裝件捆扎要求不同，除通用的普通型外，又有帶壓力的捆扎機(jī)，雙軌道捆扎機(jī)，側(cè)封式捆扎機(jī)等，其工作臺(tái)面有高有低，可適應(yīng)單件捆扎或自動(dòng)連續(xù)捆扎的需要，目前最大的自動(dòng)捆包尺寸可達(dá)2000×1200毫米，最小的可捆扎50×80毫米的包裝件。品種已達(dá)二十多種。
4、捆扎能力在每分鐘12—21道之間，基本能滿足國(guó)內(nèi)當(dāng)前的生產(chǎn)需要。
5、目前仍大量采用寬度為13.5毫米的塑料捆扎帶和直徑為30毫米的筒形薄膜捆扎繩，并正在開(kāi)發(fā)使用寬度為5—10毫米的塑料捆扎帶的捆扎機(jī)，但國(guó)外大量使用的鋼帶自動(dòng)捆扎機(jī)在國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)發(fā)。
6、捆扎帶粘接主要利用燙頭將捆扎帶兩端加熱至一定溫度后再施壓使之粘合，稱為熱熔搭接型，其接頭的拉力強(qiáng)度可達(dá)母帶強(qiáng)度的80%。塑料繩捆結(jié)機(jī)則以打結(jié)的形式捆緊包件。
7、目前已能生產(chǎn)二十多個(gè)品種的捆扎機(jī)和三個(gè)品種的捆結(jié)機(jī)，基本上能滿足國(guó)內(nèi)需求，其中半自動(dòng)捆扎機(jī)的整機(jī)性能已接近國(guó)外先進(jìn)水平，故每年有較大的批量出口，而自動(dòng)捆扎機(jī)仍與國(guó)外有較大的差距。
然而我國(guó)目前所能生產(chǎn)制造的打捆機(jī)多為應(yīng)用于輕工、服務(wù)行業(yè)的手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)打捆包裝設(shè)備，且只是一些通用型的捆扎機(jī)械。高水平高效率的全自動(dòng)鋼材打捆機(jī)，如應(yīng)用鋼帶的全自動(dòng)打捆機(jī)的生產(chǎn)至今仍是一個(gè)空白，無(wú)法滿足鋼鐵冶金產(chǎn)品包裝的需求。為了滿足國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)對(duì)提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，符合國(guó)際包裝標(biāo)準(zhǔn)的需要，替代進(jìn)口鋼材打捆設(shè)備，我國(guó)對(duì)全自動(dòng)鋼管打捆機(jī)進(jìn)行了研究與開(kāi)發(fā)，并取得了成功。我國(guó)自行研制的型鋼捆扎機(jī)的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和主要功能為：
1、控制和協(xié)調(diào)各個(gè)動(dòng)作油缸、液壓馬達(dá)等，自動(dòng)完成鋼材的捆扎包裝；
2、實(shí)現(xiàn)了液壓高低壓控制電路，這樣不僅可以節(jié)能，更避免了液壓系統(tǒng)無(wú)功用壓力循環(huán)造成油液發(fā)熱，影響液壓系統(tǒng)性能；
3、通過(guò)電路設(shè)計(jì)和觸摸屏、PLC的配合，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)離線故障的檢測(cè)；采用光電旋轉(zhuǎn)編碼盤和PLC的高速計(jì)數(shù)器，輔助進(jìn)行盤條送抽絲長(zhǎng)度以及擰絲角度的監(jiān)測(cè)；
4、與型鋼包裝自動(dòng)化工作站控制器通信，多設(shè)備協(xié)同進(jìn)行型鋼的定位、預(yù)成形和打捆包裝；
5、通過(guò)觸摸屏與PLC實(shí)現(xiàn)了智能人機(jī)交互；
6、具備手動(dòng)調(diào)試和維護(hù)功能。
采用上述功能控制系統(tǒng)智能化技術(shù)的兩臺(tái)鋼材全自動(dòng)打捆機(jī)，已成功應(yīng)用到我國(guó)第一條國(guó)產(chǎn)鋼材連軋生產(chǎn)線——吉林通化鋼鐵集團(tuán)型鋼連軋廠，運(yùn)行1年來(lái)，滿足了鋼材連軋后續(xù)精整工藝的要求，提高了設(shè)備的可操作性、可靠性、可維護(hù)性。
與國(guó)外捆扎機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)水平相比，國(guó)產(chǎn)機(jī)差距主要表現(xiàn)為：
品種單一，生產(chǎn)能力低，雖然經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，但只能生產(chǎn)20多個(gè)品種，還不及國(guó)外一個(gè)公司的品種數(shù)，而且只能生產(chǎn)通用型的產(chǎn)品，如鋼帶自動(dòng)捆扎機(jī)的生產(chǎn)至今仍是一個(gè)空白，無(wú)法滿足一些特殊行業(yè)的需要。據(jù)調(diào)查，1996年全國(guó)產(chǎn)量已達(dá)9000臺(tái)，但仍大大落后于國(guó)外的水平。
我國(guó)捆扎機(jī)械的生產(chǎn)起步較晚，主要是靠引進(jìn)國(guó)外的樣機(jī)經(jīng)消化改進(jìn)二次開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，因此在生產(chǎn)中著重于產(chǎn)品的整機(jī)性能而忽視了對(duì)零部件的研究，導(dǎo)致在捆扎速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術(shù)性能方面不及國(guó)外先進(jìn)水平。而且工作可靠性較差，特別是捆扎帶和元器件的質(zhì)量不穩(wěn)對(duì)整機(jī)的性能帶來(lái)很大的影響。
我國(guó)的捆扎機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：
1、發(fā)展多品種，系列化生產(chǎn)。
由于社會(huì)商品生產(chǎn)的逐漸發(fā)達(dá)和捆扎機(jī)械在使用過(guò)程中所顯示的極大適應(yīng)性，使捆扎機(jī)械的應(yīng)用越來(lái)越廣，除了要滿足一般重量,大小和批量的包件捆扎外，還要求有能適應(yīng)防水(水產(chǎn)品和易腐蝕品等液體包裝品)，防塵(建材和粉狀物品包裝)，防爆(易爆物品包裝)型捆扎機(jī)，能適應(yīng)特重物品、松輕物品的捆扎機(jī)，能十字自動(dòng)捆扎，多道同時(shí)捆扎，加壓捆扎和帶托盤捆扎的捆扎機(jī)。在今后的十年中,捆扎機(jī)將會(huì)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)突破，其一是使用對(duì)象不僅僅是工業(yè)系統(tǒng),，而會(huì)向辦公、銀行、郵電等部門發(fā)展。捆扎的目的也不會(huì)再局限于保護(hù)商品，便于運(yùn)輸，而是向美化商品發(fā)展，如禮品的包裝捆扎，超級(jí)市場(chǎng)的小包裝捆扎，借助多彩的捆扎帶給商品增添美感。其二是在捆扎用帶方面，除了現(xiàn)在大量使用的聚丙烯塑料帶外，將會(huì)有鋼帶捆扎，聚胺酯帶捆扎機(jī)，以適應(yīng)鋼鐵等重型物品的捆扎。塑料薄膜拉伸捆扎將會(huì)越來(lái)越廣泛，以適應(yīng)帶托盤集合包裝物的捆扎和型材的捆扎。
2、提高自動(dòng)化程度。
工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)包裝捆扎的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，雖然在八十年代已成功的開(kāi)發(fā)了微機(jī)控制的自動(dòng)捆扎機(jī)，具備了燙頭溫度控制，故障報(bào)警，自動(dòng)捆扎，自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能，但對(duì)于流水線生產(chǎn)中的自動(dòng)送包、自動(dòng)定位、自動(dòng)轉(zhuǎn)位，以及十字捆扎，井字形捆扎等功能來(lái)講，還沒(méi)有成功的機(jī)型，對(duì)提高捆扎機(jī)的監(jiān)控水平來(lái)講，應(yīng)利用微機(jī)控制或光導(dǎo)纖維控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱，并通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除故障。此外，通過(guò)自動(dòng)化水平的提高，還應(yīng)使機(jī)器的操作與維修更趨向方便，無(wú)需熟練的工人就可操作，無(wú)需有一定水平的技術(shù)人員就能維修，使之達(dá)到機(jī)器智能化，這在一定的程度上可促進(jìn)捆扎機(jī)械推廣使用。
3、提高捆扎速度。
為適應(yīng)生產(chǎn)流水線的需要，必須相應(yīng)的提高捆扎速度，目前我國(guó)自動(dòng)捆扎機(jī)的普遍水平為每道捆扎時(shí)間比國(guó)外先進(jìn)水平慢3～4秒。
4、改進(jìn)捆緊機(jī)構(gòu)。
理想的捆扎應(yīng)是對(duì)包件施以足夠的捆緊力，并能針對(duì)包件的變化，通過(guò)調(diào)整確保捆緊力。目前，我國(guó)的自動(dòng)捆扎機(jī)大多采用調(diào)整張緊臂的擺動(dòng)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。半自動(dòng)捆扎機(jī)則是通過(guò)調(diào)整壓縮彈簧對(duì)摩擦離合器的壓力，以此改變送帶滾輪的傳動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)捆緊力的調(diào)整，前者屬于定距離型捆緊，而后者則是屬于定力量型，從調(diào)整的范圍和對(duì)包件的適應(yīng)性來(lái)講，定力量型能更好地實(shí)現(xiàn)有效捆扎，因此對(duì)于自動(dòng)捆扎機(jī)來(lái)講，有必要改進(jìn)捆緊機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的包件(硬包、軟包)進(jìn)行自如的調(diào)整。
在這幾十年的發(fā)展中，我們已經(jīng)可以明顯的看到中國(guó)捆扎行業(yè)的進(jìn)步。我們的發(fā)展步伐也在一步步地加快。在不久的將來(lái)我國(guó)的捆扎機(jī)行業(yè)將會(huì)與國(guó)際看齊。
1.3 研究捆扎機(jī)的意義
我國(guó)鋼產(chǎn)量在1996年突破1億噸后仍持續(xù)快速增長(zhǎng)，2005年為2億噸，年均增長(zhǎng)8.6%，2005年比2004年增長(zhǎng)19.1%，2005年1～8月又比上年同期增長(zhǎng)22.2%。由于除自產(chǎn)外還大量進(jìn)口鋼坯生產(chǎn)鋼材，故從2005年以來(lái)我國(guó)鋼材產(chǎn)量超過(guò)鋼產(chǎn)量。2005年為2.5億噸，比1996年增長(zhǎng)68.6%，年均增長(zhǎng)11%。2005年1～8月，鋼材產(chǎn)量比上年同期增長(zhǎng)19.6%。
初步分析，近年來(lái)我國(guó)工業(yè)(包括機(jī)械、輕工、化工、冶金、電力、煤炭、石油等)用鋼材約占總消費(fèi)量的38%左右，交通運(yùn)輸業(yè)(包括鐵道、公路等)用鋼材約占總消費(fèi)量的6%左右，建筑業(yè)(包括基本建設(shè)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、城市建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施等)用鋼材占總消費(fèi)量的55%左右，其他約占1%?？梢?jiàn)，建筑業(yè)是鋼材消費(fèi)的第一大戶，其次是工業(yè)。從1997年至2001年，全社會(huì)固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)45.8%。其中，基本建設(shè)投資增長(zhǎng)47.7%，更新改造投資增長(zhǎng)52.2%，房地產(chǎn)投資增長(zhǎng)101%。大規(guī)模建設(shè)以及房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)快速增長(zhǎng)，是帶動(dòng)鋼材消費(fèi)增長(zhǎng)的最主要因素。此外，工業(yè)生產(chǎn)回升、出口增長(zhǎng)(特別是機(jī)電產(chǎn)品出口，已占總量的52%左右)，是帶動(dòng)鋼材消費(fèi)增長(zhǎng)的另一個(gè)主要因素。機(jī)械和輕工是工業(yè)用鋼材量最大的兩個(gè)行業(yè)，其用鋼材量分別占全國(guó)總消費(fèi)量的11%和15%左右。2004年，機(jī)械、輕工行業(yè)完成總產(chǎn)值分別比上年增長(zhǎng)16.5%和14.4%；2005年1～8月，機(jī)械、輕工行業(yè)同比增長(zhǎng)又分別為22.7%和16.5%?？偟那闆r是，進(jìn)口鋼材大部分用于工業(yè)，國(guó)產(chǎn)鋼材大多用于建筑業(yè)。
如此巨大的鋼鐵產(chǎn)量，便需要于之配套的包裝設(shè)備體系，可我國(guó)的帶鋼包裝研究還處于起步階段，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的帶鋼捆扎設(shè)備相對(duì)于型鋼來(lái)說(shuō)也還比較落后。這不僅僅影響了帶鋼的產(chǎn)量，還由于帶鋼的包裝質(zhì)量差，防銹不到位致使帶鋼的質(zhì)量無(wú)法得到保證，由此造成的損失已相當(dāng)?shù)膰?yán)重。
在我國(guó)中小型軋鋼車間的精整收集線上，堆垛、包裝與捆扎等收集工序歷來(lái)就是一個(gè)比較薄弱的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。由于它的機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，在一定程度上限制了車間勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，并影響了生產(chǎn)工人的工作質(zhì)量。隨著中小型軋鋼車間的日益發(fā)展，對(duì)成品及半成品的收集捆扎實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的要求是更為迫切了，所以對(duì)捆扎設(shè)備的深入研究勢(shì)在必行。
對(duì)帶鋼捆扎機(jī)的研究設(shè)計(jì)，是在對(duì)SUND/BIRST公司捆扎機(jī)進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上提出的。其研究目的在于：通過(guò)借鑒SUND/BIRST公司捆扎機(jī)的原理，對(duì)捆扎機(jī)的設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)思想進(jìn)行探討。并最終完成自己的設(shè)計(jì)。使此打捆機(jī)的工作性能更加完善、可靠。為我國(guó)的捆扎機(jī)行業(yè)做出貢獻(xiàn)。
帶鋼捆扎機(jī)的研制成功將為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，保證捆扎質(zhì)量，改善精整收集線的面貌做出巨大的貢獻(xiàn)。
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帶鋼捆扎機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2 帶鋼捆扎機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1 帶鋼捆扎機(jī)總體方案
此處帶鋼是指帶圈直徑900mm～1400mm，重量在0.5t～1.5t之間的帶鋼。
帶鋼全自動(dòng)液壓打捆機(jī)是一個(gè)機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)控制一體化設(shè)備，具有一定的“智能”功能，可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)打捆狀態(tài)。它具有如下主要?jiǎng)幼鳎盒罱z、送絲、抽絲、剪斷、擰緊、擠平、打捆機(jī)位置調(diào)節(jié)等；使用φ6.5，φ6.0的退火盤條或直接采用φ6.0的熱軋盤條作捆絲；其捆結(jié)擰緊720°，然后擠平，保證了捆結(jié)牢固，不易松脫。
2.2 帶鋼捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)，參數(shù)工作原理及配置
2.2.1 帶鋼捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)
帶鋼捆扎機(jī)由機(jī)械部分、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)三部分組成。
機(jī)械部分由送絲架、捆扎單元、捆扎機(jī)頭架座、導(dǎo)槽裝置組成。
送絲架的作用是為了控制鋼絲不歪斜，基本保持在一個(gè)平面內(nèi)，尤其是當(dāng)鋼絲反抽時(shí)使鋼絲運(yùn)動(dòng)方向得以控制。
引絲板的作用是控制鋼絲正確進(jìn)入送絲裝置，其次也對(duì)鋼絲進(jìn)行再矯直。為了減少前進(jìn)或后退時(shí)對(duì)鋼絲及設(shè)備磨損，在鋼絲前進(jìn)通道設(shè)有滾子或定滑輪。
捆扎單元由送絲裝置，扭轉(zhuǎn)剪切裝置、彎倒裝置四部分組成。
送絲裝置送絲是通過(guò)液壓馬達(dá)變速后驅(qū)動(dòng)一個(gè)送絲來(lái)完成。捆絲首先由引輪組人工引入送絲輪盤處，然后由引輪組和夾送器壓緊在送絲輪盤上，送絲輪盤屬于固定不可調(diào)式。當(dāng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，靠摩擦力引導(dǎo)捆絲前進(jìn)或后退。引輪組和夾送器壓緊輪盤的程度由彈簧機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)。
夾緊裝置就是當(dāng)鋼絲經(jīng)過(guò)扭轉(zhuǎn)頭和導(dǎo)槽，再穿過(guò)扭轉(zhuǎn)頭并到達(dá)一定位置后由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)將鋼絲端壓緊在扭轉(zhuǎn)頭上，以便送絲盤反轉(zhuǎn)張緊。在扭轉(zhuǎn)剪切開(kāi)始的瞬間，另一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松離扭轉(zhuǎn)頭。
扭轉(zhuǎn)剪切裝置是通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)扭轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)捆絲并與扭轉(zhuǎn)頭后部刀片配合，同時(shí)完成鋼絲的剪斷。鋼絲擰花打結(jié)的多少是由扭轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少來(lái)決定的。打完結(jié)后彎倒裝置將打成的結(jié)彎倒在鋼捆上。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪切動(dòng)作完成后,扭轉(zhuǎn)剪切裝置還應(yīng)保證扭轉(zhuǎn)頭回復(fù)到初始位置以迎接下一個(gè)工作周期。
導(dǎo)槽裝置：控制捆絲運(yùn)行的正確方向，并在適當(dāng)時(shí)候?qū)崿F(xiàn)鋼絲脫離導(dǎo)槽。導(dǎo)槽裝置由液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)槽的封閉與打開(kāi)。
2.2.2 鋼材捆扎機(jī)的技術(shù)參數(shù)
帶鋼捆扎機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：
捆扎用鋼絲：φ6.0mm
捆絲力大小：Fmax=3.5KN
捆重：0.5-1.5t
捆徑：φ800～φ1400mm
鋼絲導(dǎo)槽內(nèi)徑：φ600mm
捆扎道數(shù)：?jiǎn)蔚?
捆扎時(shí)間：約18s
2.2.3 帶鋼捆扎機(jī)的工作原理
在捆扎機(jī)工作之前，首先由人工將捆絲引入送絲裝置。具體做法是由人工搬動(dòng)手柄，通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)使引轉(zhuǎn)組移離送絲輪盤，然后人工將捆絲插入。
該捆扎機(jī)自動(dòng)捆扎過(guò)程及原理為：將帶鋼送至捆扎機(jī)的支座上，由支架固定。當(dāng)捆扎指令下達(dá)后，鋼絲導(dǎo)槽閉合，送絲裝置立即送絲。當(dāng)鋼絲端頭接觸到夾緊機(jī)構(gòu)并夾緊后，送絲裝置立即反向旋轉(zhuǎn)，使鋼絲收緊。當(dāng)收緊力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力后，再第二次送絲。該送絲量很小，夠打花結(jié)用即可。其后扭轉(zhuǎn)頭立即旋轉(zhuǎn)切斷鋼絲，擰花打結(jié)開(kāi)始。結(jié)打好后，彎倒裝置將扭結(jié)壓倒在鋼捆上。然后鋼絲導(dǎo)槽張開(kāi)，車體后退到初始位置，捆扎工作周期完畢。
捆扎機(jī)的一個(gè)自動(dòng)捆扎周期如下：
圖1 捆扎周期圖
2.2.4 帶鋼捆扎機(jī)的電液配置方案
本機(jī)全部驅(qū)動(dòng)均由液壓來(lái)完成，以保證構(gòu)件動(dòng)作平穩(wěn)，無(wú)噪聲。它的全部動(dòng)作都由PLC自動(dòng)控制。這樣不僅控制改變的靈活性強(qiáng)，而且可以保證動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。
液壓系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：油缸、油箱、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置、回油過(guò)濾器、壓力開(kāi)關(guān)、壓力表、電磁閥以及液壓缸、液壓馬達(dá)等。整個(gè)液壓裝置均安裝在捆扎機(jī)本體上。
具體油缸及馬達(dá)如下：
（1） 全機(jī)進(jìn)退油馬達(dá)
（2） 送絲油馬達(dá)
（3） 扭轉(zhuǎn)剪切油馬達(dá)
（4） 支座傳動(dòng)馬達(dá)
（5） 捆扎單元升降用油缸
（6） 鋼絲導(dǎo)槽閉合用油缸
（7） 鋼絲卡緊用油缸
（8） 導(dǎo)套裝置活門油缸
供電方案如下：三相電源由附近電磁站引出。動(dòng)力電源經(jīng)控制開(kāi)關(guān)直接進(jìn)入動(dòng)力器件及負(fù)載?？刂齐娫唇?jīng)過(guò)隔離變壓器進(jìn)入主控盤。
主控盤上有下列操作開(kāi)關(guān)：
（1） 手動(dòng)操作，自動(dòng)操作選擇開(kāi)關(guān)
（2） 油泵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)
（3） 整機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)
（4） 再送絲開(kāi)關(guān)
（5） 送絲故障復(fù)位開(kāi)關(guān)
（6） 故障排除后，設(shè)備重復(fù)一個(gè)新的工作循環(huán)開(kāi)關(guān)
（7） 緊急停車開(kāi)關(guān)
（8） 總電源開(kāi)關(guān)
主控制面板上還要有下列顯示：
（1） 控制電源接通顯示
（2） 液壓系統(tǒng)油泵啟動(dòng)顯示，以及低油位顯示
（3） 設(shè)備是在初始位置，還是在捆扎位置顯示
（4） 送絲卡緊，送絲張緊顯示
（5） 導(dǎo)槽張開(kāi)，閉合顯示
（6） 自動(dòng)操作顯示
帶鋼捆扎機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)探討
3 帶鋼捆扎機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)探討
Qq414238600
導(dǎo)套裝置的構(gòu)成由三部分組成：導(dǎo)絲板1，導(dǎo)絲板2和導(dǎo)絲板3。其中導(dǎo)絲板1固定在捆扎單元座上是不動(dòng)的，導(dǎo)絲板2和導(dǎo)絲板3由液壓缸帶動(dòng)是可以動(dòng)作的。
在不工作時(shí)，導(dǎo)絲板3在液壓缸帶動(dòng)下打開(kāi)。在正常工作時(shí)，導(dǎo)絲板1，導(dǎo)絲板2和導(dǎo)絲板3形成一個(gè)封閉的導(dǎo)套。
3.2.3 導(dǎo)套裝置各零部件功能分析與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
1、導(dǎo)絲板2是一個(gè)組裝件，盤條在送絲輪盤驅(qū)動(dòng)下穿越扭轉(zhuǎn)頭之后，首先要進(jìn)入導(dǎo)絲板2。為了控制盤條順利進(jìn)入導(dǎo)絲板2，在導(dǎo)絲板的入口處有一導(dǎo)向鋼板。該鋼板的切入角度應(yīng)與從扭轉(zhuǎn)頭穿出的盤條的速度方向相一致。為了減小磨損，導(dǎo)向鋼板之后，導(dǎo)絲板上安裝一圈導(dǎo)向輪，來(lái)控制盤條前進(jìn)的方向。
為了保證盤條抽絲張緊是一個(gè)逐漸的過(guò)程，并控制盤條的運(yùn)行方向，在導(dǎo)絲板上安裝有導(dǎo)絲器。
導(dǎo)絲器有兩種，一種是由液壓缸帶動(dòng)的。當(dāng)送絲時(shí)，該導(dǎo)絲器將導(dǎo)槽封閉，防止盤條飛離，在張緊過(guò)程中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，油缸帶動(dòng)支板旋轉(zhuǎn)，使導(dǎo)絲器滾子移離導(dǎo)槽從而使盤條拉出，該種導(dǎo)絲器的液壓缸選擇依據(jù)是克服鋼絲張緊力所需的液壓力。
另一種導(dǎo)絲器是由彈簧代替液壓缸。在正常情況下，導(dǎo)絲器滾子緊靠導(dǎo)絲板2的內(nèi)側(cè)與導(dǎo)絲板上的滾子形成一個(gè)容納盤條運(yùn)行的通道。在鋼絲張緊過(guò)程中，當(dāng)盤條拉緊到一定程度時(shí)，盤條拉動(dòng)導(dǎo)絲器滾子，使之隨支板一起圍繞一銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使導(dǎo)絲器滾子與導(dǎo)槽內(nèi)側(cè)分離使盤條拉出，由于受壓彈簧要恢復(fù)到原來(lái)的位置，就迫使導(dǎo)絲器滾子恢復(fù)到初始位置，這樣，導(dǎo)絲器滾子又與導(dǎo)絲板2形成一個(gè)封閉通道。
導(dǎo)絲板2上之所以選擇彈簧式導(dǎo)絲器，主要是因?yàn)樵搶?dǎo)絲器位于張緊過(guò)程的最后一道關(guān)卡，顯然這種彈簧式導(dǎo)絲器有利于鋼絲完全張緊，因?yàn)橹挥袕埦o力達(dá)到一定的大小時(shí)，該導(dǎo)絲器滾子才能被拉動(dòng)。
為了更好的控制盤條的運(yùn)行方向，彈簧式導(dǎo)絲器上還裝有一個(gè)檔塊，在液壓缸導(dǎo)絲器之后還裝有一個(gè)引板。
為了保證在離開(kāi)導(dǎo)絲板2之后，盤條能順利地進(jìn)入與之相鄰的導(dǎo)絲板，在導(dǎo)絲板2的出口處裝了一個(gè)導(dǎo)絲塊，該導(dǎo)絲塊的作用是使盤條前進(jìn)的通道越來(lái)越窄，即對(duì)盤條的限制越來(lái)越嚴(yán)格。
導(dǎo)絲板直線部分的確定：直線部分的長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)盤條由導(dǎo)絲板1到導(dǎo)絲板2的飛躍點(diǎn)。該線與扭結(jié)頭所有尺寸不能太小，若太小將會(huì)造成盤條前進(jìn)的困難，同時(shí)該段長(zhǎng)度也不能太短，否則也將造成前行的困難。
2、導(dǎo)絲板1
導(dǎo)絲板1屬于固定式，它固定在捆扎機(jī)頭的底座上，與剪絲座相鄰端。導(dǎo)槽內(nèi)安裝有一導(dǎo)絲塊，該導(dǎo)絲塊的作用就是控制盤條正確的運(yùn)行方向，并使其運(yùn)行路徑越來(lái)越窄。即在導(dǎo)絲塊的入口處有一斜面使盤條導(dǎo)入路徑，在導(dǎo)絲塊的出口處，內(nèi)側(cè)一路導(dǎo)槽使盤條切入剪絲座后進(jìn)入扭轉(zhuǎn)頭，外側(cè)一路切入剪絲座后直接進(jìn)入導(dǎo)絲板3。
導(dǎo)絲板1上也裝有一個(gè)導(dǎo)絲器，該導(dǎo)絲器也為液壓缸式，原理同前。為了減少磨損，導(dǎo)絲板上設(shè)置均布的滾子作為盤條前進(jìn)的路徑。
3、導(dǎo)絲板3
導(dǎo)絲板3分別與導(dǎo)絲槽1和2相接，共同形成一個(gè)封閉環(huán)。它在液壓缸的作用下可以打開(kāi)以便使捆扎機(jī)隨意進(jìn)出作業(yè)線。導(dǎo)絲板3上有三個(gè)導(dǎo)絲器，均為液壓缸式，原理同前，其中內(nèi)側(cè)安裝一個(gè)，外側(cè)安裝兩個(gè)。
為了減小磨損，導(dǎo)絲板上設(shè)置均布滾子，在導(dǎo)絲板3的出口處有一導(dǎo)塊來(lái)限制盤條前進(jìn)的路徑，導(dǎo)塊要求耐磨，高強(qiáng)度，高韌性，材質(zhì)為20CrMo。
導(dǎo)絲板3的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：液壓缸活塞桿帶動(dòng)一連桿，最后帶動(dòng)一個(gè)擺動(dòng)法蘭，擺動(dòng)法蘭與導(dǎo)絲板3連接在一起。而液壓缸固定在捆扎機(jī)底座上，液壓缸行程和擺動(dòng)法蘭長(zhǎng)度應(yīng)配套設(shè)計(jì)以保證捆扎機(jī)退出捆扎線時(shí)導(dǎo)絲板完全張開(kāi)而不至于使捆好的鋼捆相碰。
導(dǎo)槽裝置的設(shè)計(jì)主要考慮如下兩個(gè)問(wèn)題：（1）捆絲前進(jìn)過(guò)程中所受到的摩擦力最小；捆絲從一個(gè)導(dǎo)絲板到另一個(gè)導(dǎo)絲板時(shí)前進(jìn)通道應(yīng)遵循寬進(jìn)嚴(yán)出的原則；導(dǎo)槽裝置的內(nèi)徑大小與鋼絲的材質(zhì)及直徑直接相關(guān)。經(jīng)分析確知，捆絲的剛度越大，捆絲所能順利通過(guò)的導(dǎo)槽曲率半徑越大。（2）實(shí)現(xiàn)單雙道捆。為了既能實(shí)現(xiàn)單道捆又能實(shí)現(xiàn)雙道捆，組成導(dǎo)槽裝置的三個(gè)導(dǎo)絲板從結(jié)構(gòu)上都有兩條捆絲前進(jìn)的通道。導(dǎo)絲板1和導(dǎo)絲板3在其軸線方向上固定不動(dòng)，而導(dǎo)絲板2在液壓缸的帶動(dòng)下沿其軸線方向可以擺動(dòng)。
實(shí)現(xiàn)單道捆捆絲前進(jìn)路徑即：扭轉(zhuǎn)頭—導(dǎo)絲板2的通道1—導(dǎo)絲板3的通道2—導(dǎo)絲板1的通道2—扭轉(zhuǎn)頭。
實(shí)現(xiàn)雙道捆的路徑即：扭轉(zhuǎn)頭—導(dǎo)絲板2的通道1—導(dǎo)絲板3的通道1—導(dǎo)絲板1的通道1—飛躍扭轉(zhuǎn)頭—導(dǎo)絲板3的通道2—導(dǎo)絲板1的通道2—扭轉(zhuǎn)頭。
3.2.4 導(dǎo)絲板上滾子選擇及間距確定
滾子的選擇關(guān)系到盤條的前進(jìn)，滾子太寬則盤條前進(jìn)方向不精確，太窄則盤條前進(jìn)困難。由于盤條直徑為6.0mm，所以軸承寬選8mm,型號(hào)為6101單列向心球軸承。
滾子間距的選擇是盤條能否順利通過(guò)導(dǎo)絲槽的關(guān)鍵。捆絲前進(jìn)過(guò)程中與一個(gè)滾子接觸，產(chǎn)生了一個(gè)徑向力。軸向力為送絲力，徑向力達(dá)到能使捆絲彎曲就可以，取為200N。
…………………………（7）
mm…………………………（8）
圖10 滾子受力圖
6101軸承的各部件尺寸：
d=12mm
D=28mm
B=8mm
圖中m=6mm為捆絲直徑，S為導(dǎo)槽內(nèi)徑與滾子外徑間隙，S=22mm,R=300mm。為導(dǎo)絲槽內(nèi)半徑，則：
…………（9）
上面為臨界條件，適當(dāng)減小，取=8，則一周共用45個(gè)滾子即可滿足要求。
3.3 帶鋼打捆機(jī)送絲導(dǎo)路分析
打捆機(jī)導(dǎo)絲槽送絲導(dǎo)路的設(shè)計(jì)是非常重要的。設(shè)計(jì)合理的送絲導(dǎo)路，選擇合理地送絲力及合理的捆絲材料、直徑、強(qiáng)度和剛度就顯得尤為重要了。為解決這個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，首先分析送絲過(guò)程中送絲力的變化，捆絲在各階段的變形與送絲導(dǎo)路曲率半徑的關(guān)系，再分析捆絲順暢通過(guò)導(dǎo)路的條件及有關(guān)因素變化規(guī)律，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)打捆工藝及工作原理的要求，其導(dǎo)路的大致形狀及送絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置如下圖所示。
圖11 導(dǎo)路示意圖
3.3.1 送絲力的分析計(jì)算
在送絲的初始階段，捆絲由直線工作狀態(tài)變成曲線工作狀態(tài)。此時(shí)可將進(jìn)入導(dǎo)路的捆絲近似視為一失穩(wěn)壓桿。壓桿彎曲變形后失穩(wěn)的臨界壓力的大小即可視為初始送絲力的大小。由材料力學(xué)可知，假設(shè)捆絲在送絲力及導(dǎo)路阻力作用下彎曲失穩(wěn)滿足歐拉公式的應(yīng)用條件，即：
………………………………（10）
…………………（11）
，約束系數(shù)取1.5,則：
N
而實(shí)際送絲力還應(yīng)考慮穿絲沿導(dǎo)路的摩擦力，送絲力應(yīng)為：
………………………………（12）
下面求上式沿導(dǎo)路的摩擦阻力F之值。設(shè)捆絲進(jìn)入曲線導(dǎo)路時(shí)軸向力為Pn，該P(yáng)n值將隨著捆絲進(jìn)入導(dǎo)路約束力的變化而變化。若設(shè)捆絲在某一位置的約束反力為dR，則可近似視捆絲為一受傾斜載荷dR作用的懸臂梁。再假定捆絲與導(dǎo)路間的摩擦角為ψ，懸臂梁的橫向載荷集度為q,則有：
(3)
圖12 受力分析圖
再由水平方向的平衡方程得：
將式（3）代入上式積分得：（考慮捆絲通過(guò)范圍）
式中為導(dǎo)路在該處的曲率半徑，積分上式得到橫向載荷集度：
…………………………（13）
而法向反力：
…………………………（14）
若摩擦系數(shù)f=0.15，則可得：
………………………………（15）
由式（8）可知，欲使捆扎通過(guò)導(dǎo)路，送絲力應(yīng)不低于T=Pcr+F=1.83Pcr,T=783N,實(shí)際設(shè)計(jì)中取T=750N～850N獲得較好的送絲效果。
3.3.2 捆絲發(fā)生彈塑性彎曲變形時(shí)的內(nèi)力
根據(jù)捆絲過(guò)程及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，可將捆扎理想成一變長(zhǎng)度，受均布載荷q(s)橫向力作用的彎曲懸臂梁。由彎曲過(guò)程的分析可知捆絲在通過(guò)導(dǎo)路的過(guò)程中將發(fā)生彈塑性彎曲變形，其橫截面上的應(yīng)力將逐漸由彈性應(yīng)力過(guò)渡到塑性屈服應(yīng)力，故其橫截面內(nèi)的彎矩及彈塑性極限彎矩可以表述如下：
設(shè)彈性階段的應(yīng)力分布如下圖所示，彈塑性階段的應(yīng)力分布為：
圖13 彈性階段的應(yīng)力分布圖
在彈性階段：
…………（16）
,當(dāng)捆絲處于彈性極限狀態(tài)時(shí)，其橫向截面上下表面處于塑性應(yīng)力，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的彎矩即為彈性極限彎矩:
…………………………（17）
在彈塑性階段，設(shè)彈性核高度為，則有：
當(dāng)捆絲處于塑性極限狀態(tài)時(shí)，整個(gè)橫截面都將進(jìn)入塑性，此時(shí)的塑性極限
矩為：
……………………………（19）
由式（10）和式（12）可知:
3.3.3 捆絲通過(guò)導(dǎo)路的條件與導(dǎo)路設(shè)計(jì)
1、導(dǎo)路軌跡的變化規(guī)律及外形
根據(jù)打捆工藝要求，送絲導(dǎo)路必須設(shè)計(jì)成環(huán)狀閉合曲線，且出入端為直線。入口為水平直線，出口為豎直直線，二者在扭轉(zhuǎn)頭外交匯。
可首先假定在導(dǎo)路水平直線與豎直直線間用一條等曲率的光滑圓弧將其連接起來(lái)。該圓弧的曲率半徑為R，在理想情況下，捆絲在送絲力作用下應(yīng)沿此光滑圓弧行進(jìn)。由此可得到捆絲彎曲變形的撓度與導(dǎo)路曲率半徑的關(guān)系：
………………………………（20）
由于我們已將捆絲視為理想彈塑性材料組成的懸臂梁在送絲力作用下梁沿分布集度載荷的方向發(fā)生彈塑性變形，因而其撓曲線為：
……………………………（21）
如果我們假定捆絲在通過(guò)圓弧形軌道導(dǎo)路時(shí)也發(fā)生同樣的彈塑性彎曲變形，則由式（14）和（15）便可得到送絲導(dǎo)路的曲率半徑R與不同位置之間的關(guān)系：
………………………………（22）
為了設(shè)計(jì)出導(dǎo)路軌跡的具體形狀，可假定等不同點(diǎn)，求出各點(diǎn)的曲率半徑，然后將這些點(diǎn)用光滑曲線聯(lián)接起來(lái)，即可得導(dǎo)路閉合曲線的形狀。R和變化關(guān)系曲線如下圖：
圖14 R和θ變化曲線
2、在捆絲給定的條件下，導(dǎo)路曲率半徑的極小值
如果用于打捆的鋼絲已給定，則其抗彎強(qiáng)度EI及屈服應(yīng)力已知。由此可導(dǎo)出捆絲簡(jiǎn)化為懸臂梁時(shí)所能承受的最大塑性極限彎矩，并由此導(dǎo)出送絲導(dǎo)路所對(duì)應(yīng)的最小曲率半徑Rmin之值。
由塑性力學(xué)可知，在彈性極限狀態(tài)時(shí)，彈性極限彎矩。所對(duì)應(yīng)的撓曲線曲率為：。隨著載荷的增加，當(dāng)M>時(shí)，捆絲上下層的塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，彈性核高度<1.11并逐漸減小,其曲率可描述成：
……………………………………（23）
而對(duì)于理想彈塑性材料,其內(nèi)應(yīng)力M與的關(guān)系又可由下式描述：
………………（24）
其中，為進(jìn)一步明確起見(jiàn)，將與n的數(shù)值關(guān)系列表如下:
則彈性核的高度可表述成：
…………………………………（25）
表1
由上表可知，當(dāng)K=6Ke,即M=1.671Me時(shí)，捆絲所承受的彎矩就基本達(dá)到塑性極限彎矩了。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲率半徑即為導(dǎo)路曲率半徑的極小值。將式（19）代入（17）得：
……………………………………（26）
對(duì)所選捆絲，若取E=196GPa，=335MPa，r=3mm,n=代入式（20），計(jì)算得到曲率半徑的極小值Rmin293mm.
3、導(dǎo)路曲率半徑與捆絲抗彎剛度的關(guān)系
由式（20）可知導(dǎo)路的曲率半徑與捆絲的彈性模量及捆絲的半徑成正比，亦即表示越剛硬的捆絲需要的導(dǎo)路曲率半徑就越大，越能獲得良好的通過(guò)性能，從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，為使設(shè)備的外形尺寸不致過(guò)大，在捆絲能通過(guò)導(dǎo)路的前提下應(yīng)盡可能使導(dǎo)路的曲率半徑減小。換句話說(shuō)，在保證捆絲自由端在一定范圍內(nèi)為彈性變形以便順利進(jìn)入豎直導(dǎo)管的前提下，應(yīng)該使捆絲在入口端部產(chǎn)生一定的塑性變形。因此應(yīng)考慮，捆絲承受塑性極限彎矩的作用，故在式（20）中取即K=6Ke，此時(shí)式（20）成為：
……………………………（27）
由上式即可得到導(dǎo)路的曲率半徑與捆絲剛度間的關(guān)系變化曲線如圖所示：
圖15 R與EI關(guān)系圖
最后，討論一下在導(dǎo)路極限曲率半徑Rmin=293mm的條件下能通過(guò)導(dǎo)路的捆絲的最大剛度。
從式（21）可知，捆絲的抗彎剛度EI與導(dǎo)路的曲率半徑成正比。在=Rmin給定的條件下，即可求得對(duì)應(yīng)的捆絲的最大半徑為：
（22）
將E=196GPa，=335MPa和=293代入得，。即所用捆絲的最大直徑必須限制在6.0mm以內(nèi)。
所選捆絲材質(zhì)即為45號(hào)鋼正火處理。
3.4 支座的設(shè)計(jì)
支座是的作用是固定和支撐被捆帶鋼卷。當(dāng)帶鋼卷被搬送到支座上，由三根主軸對(duì)其進(jìn)行支撐，并由兩個(gè)支架對(duì)其進(jìn)行固定。三根主軸由一傳動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力，當(dāng)捆扎部分完成一個(gè)捆扎周期以后，給傳動(dòng)馬達(dá)下達(dá)指令，使其帶動(dòng)三根主軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。再由主軸帶動(dòng)帶鋼卷完成其繞自己圓心的120度的轉(zhuǎn)動(dòng)。然后將指令回饋給捆扎單元，此時(shí)捆扎單元進(jìn)行第二個(gè)周期的捆扎。其工作流程圖為：
圖16 工作流程圖
1、軸的設(shè)計(jì)
由于三根主軸的受力情況相同，所以其選材和受力分析在下面作統(tǒng)一的設(shè)計(jì)。
由于軸的受的支撐力比較大，所以選擇45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
估算最小軸徑d。
根據(jù)式（29）,查表（軸常用材料[]和C值表），取c=112。
……………………………………（29）
已知送絲時(shí)間為5秒，所以支座帶動(dòng)帶鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)120度的時(shí)間為5秒，所以三根主軸的線速度為V：
已知帶鋼卷的最大重量為1.5t,帶鋼卷于主軸的摩擦系數(shù)為，則摩擦力F：
…………………（30）
則功率P為：
……（31）
則有：
……………………………（32）
即：
則取d=50mm。
則軸的結(jié)構(gòu)草圖為：
圖17 軸的結(jié)構(gòu)草圖
2、V帶傳動(dòng)的選擇
因?yàn)橹鬏S的轉(zhuǎn)速較高，承載力較大，所以選擇V帶傳動(dòng)。
圖18 V帶結(jié)構(gòu)圖
圖19 支座結(jié)構(gòu)圖
電控系統(tǒng)
4 電控系統(tǒng)
由于打捆機(jī)要完成拉緊、合鉗、剪切、開(kāi)臂、擰進(jìn)、擠平、擰退、蓄絲、合臂、送絲等十多個(gè)動(dòng)作,動(dòng)作多,邏輯關(guān)系強(qiáng),且工作頻繁,條件惡劣。為確保生產(chǎn)的穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行,控制器的選擇就顯得尤為重要,SIEMENSS7-200系列PLC具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度快、通用性好、可靠性高等特點(diǎn),很適合鋼鐵廠的作業(yè)環(huán)境。并考慮到整個(gè)打捆機(jī)控制系統(tǒng)的輸入輸出量、控制程序編排、PLC存儲(chǔ)容量和控制系統(tǒng)的價(jià)格,我們選用2個(gè)CPU216模塊作為控制核心,采用主從機(jī)形式。其中上位機(jī)CPU216-1主要用于現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互處理,包括參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)調(diào)試、警情顯示及控制面板操作響應(yīng)等;下位機(jī)CPU216-2則按上位機(jī)的要求,協(xié)調(diào)打捆動(dòng)作,完成打捆目的。為了避免驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大,對(duì)PLC造成損傷,在PLC與電磁閥之間加入中間繼電器,PLC通過(guò)控制繼電器的觸發(fā)來(lái)控制電磁閥線圈的通斷,而且通過(guò)中間繼電器實(shí)現(xiàn)PLC控制和手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制的轉(zhuǎn)換,便于單機(jī)調(diào)試和故障診斷及排除。同時(shí)選用SIMATICHMITP7觸摸面板作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)顯示、交互設(shè)備,提供良好的人機(jī)交互環(huán)境。
軟件設(shè)計(jì)則根據(jù)PLC周期的執(zhí)行掃描程序的特點(diǎn),按各個(gè)輸入點(diǎn)及相關(guān)寄存器的當(dāng)前狀態(tài)做出相應(yīng)的處理。首先是在上電第一次掃描時(shí)調(diào)用初始化子程序,然后調(diào)用警情處理子程序,處理完后判斷是否還存在警情,若無(wú)則執(zhí)行后面相應(yīng)的功能處理子程序,反之則直接跳到程序尾,開(kāi)始下一輪掃描,如圖7所示。而打捆步驟執(zhí)行程序控制中,在泵源壓力足夠的情況下,我們采用了行程開(kāi)關(guān)和時(shí)間限制的余度控制方法,以確保打捆周期不超過(guò)18秒。
圖20 程序流程
結(jié) 論
結(jié)論
作為帶鋼生產(chǎn)線上必不可少的精整包裝設(shè)備,全自動(dòng)帶鋼打捆機(jī)有很好的市場(chǎng)前景。而上述打捆機(jī)是針對(duì)中國(guó)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)體系和生產(chǎn)狀況設(shè)計(jì)的,適合作為國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵廠的打捆設(shè)備,代替手工打捆。一方面，實(shí)現(xiàn)鋼材包裝的自動(dòng)化，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了危險(xiǎn)性，提高了包裝質(zhì)量，而且還減少了包裝現(xiàn)場(chǎng)的工傷事故。并為國(guó)家、企業(yè)節(jié)約了外匯；另一方面，從一定程度上改善我國(guó)打捆機(jī)生產(chǎn)中著重于產(chǎn)品的整機(jī)性能而忽視了對(duì)零部件的研究，導(dǎo)致在捆扎速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術(shù)性能方面不及國(guó)外先進(jìn)水平的現(xiàn)狀。并且提高了捆扎機(jī)的工作可靠性,特別是減小了捆扎帶和元器件的質(zhì)量不穩(wěn)定對(duì)整機(jī)的性能帶來(lái)的影響。
由于我們所學(xué)的知識(shí)有限，所以在設(shè)計(jì)中還有很多問(wèn)題沒(méi)有得到解決。在指導(dǎo)教師的幫助下，本設(shè)計(jì)的內(nèi)容得到了很好的完善。但有些問(wèn)題依然存在。例如捆扎的速度還是沒(méi)有達(dá)到預(yù)定的要求、捆扎機(jī)械手的設(shè)計(jì)在徑向進(jìn)給方面還需要改進(jìn)等。
參考文獻(xiàn)
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