动态切坯机之浅见

动态切坯机之浅见李平原 (湖南五棱机械股份有限公司,湖南 湘潭 411102)中图分类号:TU522.05 文献标识码:B 文章编号:1001-6945(2004)09-008-03
众所周知,砖坯从挤泥机口挤出后,需将其切成一定长度的泥条,而后送至切坯机切成需要的长度。

这个过程有两个缺点:一是泥条两头有余料,二是多了输送到切坯机上定长的工序,为了提高工效和节省能源,同时提高自身竞争能力,国内部分厂家纷纷从国外引进了一种动态切坯机,这种动态切坯机可自动监测挤出机挤出速度,同时装有切割钢丝的小车能与坯体运动速度同步,可切出精度很高的砖坯,没有余料。

由于其电控和机械部分均可调整因而适应多种规格砖坯切割工作。

其切坯效率也很高,每分钟达70~80余次,如用于一劈四的劈开砖,在与挤出机配套使用时完全不逊色于自动压砖机。

因此,生产同规格条砖时,具有投资少,效益高的特点。

而且模具简单,价格便宜,更换容易灵活。

这些优势已引起国内许多同仁高度兴趣,纷纷对其进行研究和仿制,笔者这里也对该机进行一些探讨,期望能起到抛砖引玉的作用。

1 动态切坯机工作原理
动态切坯机工作原理不算复杂,可贵的是其机械设计非常精巧,见图1。

其设计思路是先假设挤泥机口挤出来的泥条是匀速前进的,测定泥条的速度后,即可确定装有切断钢丝的小车的运动速度,使其与泥条等速。

同时通过一组共轭凸轮使小车实现匀速前行和快速返回。

再使用一台功率适当的普通电动机经过减速后驱动凸轮机械来实现小车与泥条等速,此时应可实现同步切割。

如果泥条确实是匀速前进的,以上假设就可以成立。

但是,问题在于挤泥机挤出的泥条速度不可能是匀速的,它受挤泥机加料均匀性、泥料本身含水均匀性、挤泥机挤出泥条存在脉动等诸多因数影响。

因此,泥条前进的速度可能没有规律可循,若要实现小车与泥条等速同步,普通电动机显然就无法胜任了,设计师此时将普通电动机更换为伺服控制系统,以上假设立刻得
到改观。

图1 动态切坯工作原理图
当泥条从机口出来后,依靠自身与编码器驱动轮之间的摩擦力驱动编码器,如果泥条与编码器驱动轮之间没有滑动,编码器发出的脉冲的频率将随泥条的速度变化而变化,将频率变化着脉冲输入伺服控制系统,再转换成伺服电动机的转速,这个转速也就随着脉冲频率的高低而变化了,把伺服系统与减速机构、共轭凸轮等结合起来,就能实现动态同步等速的目的。

显然,这就是动态切坯机的基本原理。

2 同步小车
同步小车在该机中是一个非常重要的部件,它的结构简图如图2。

图2 同步小车结构简图
它设计得好坏关系到整机的工作性能和经济性,总的要求是轻巧灵活、稳固,同时确定其运动规律。

为了减少功率损失,整个小车安装在两条直线轴承上,钢丝刀架也安装在固定于小车上的四条竖立的直线轴承
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上。

只要小车整体重量足够的轻,选择伺服电动机时,灵活性就大。

小车的运动规律是根据工艺要求来确定的,要实现同步必须有一段等速运动,行程两端的加速度最大,为了防止冲击引起伺服电动机失步,在行程两端应能缓冲。

考虑以上因素后就可选择运动规律曲线了,符合要求的运动规律曲线一般有:抛物线 直线 抛物线;简谐 直线 简谐;摆线 直线 摆线等。

其中,简谐 直线 简谐运动规律曲线较为简单,也很适合连速工作的机构,回程全部采用简谐运动即可。

3 摆杆
摆杆是该机的转换装置,它一方面将电动机的圆周运动转换成直线往返运动,一方面将共轭凸轮给出的运动规律传递给同步小车,它与同步小车是用铰接连杆关联在一起的,见图1。

这种设计有一个很大的好处,就是方便调节铰接点的回转半径从而实现调节同步小车的行程,以满足不同规格切坯需要。

4 共轭凸轮
共轭凸轮无疑是该机的主关键,它的难点是精度很高,主凸轮和回凸轮的相位角要求准确,过去国内加工很少,因此制造起来较困难,目前已不成问题,关键是确定凸轮的廓线。

同步小车的运动规律:小车前行规律为简谐 直线 简谐;回程为全部简谐,现在的问题是把这个规律转换为摆杆的摆角规律,见图3。

如果将C 点作为行程s 的起始点,其公式为:
OC =
OD 2
+DC
2
(1)
图3 摆杆的摆规律示意图
将行程s 看做自变量时其公式为:
OC n =
OD 2+(DC +s )2(2)
=arctan
DC +s
OD
(3) 可以看到OCn 的长度c 虽然随同步小车位置变动,但始终可以利用直角三角形关系进行计算:
OC=c;BC=a;OB=b,
角就可归于三角形中以知a,b,c 三条边求角的问题,公式为:
tan
2=
r P -a
式中 P 三角形三条边a ,b,c 之和之半;
P =1
2(a +b +c);
r 三角形OBC 内切圆半径:r =
(P -a)(P -b)(P -c)/P
为:P =(a +b +
OD 2
+(DC +s)2
)
r =
{1/2!a +b +
O D 2+(DC +s)2∀-a}{1/2!a +b +
O D 2+(D C +s)2∀-b}{1/2!a +b +
O D 2+(DC +s)2∀-O D 2+(DC +s)2}
1/2!a +b +O D 2
+(D C +s)2
ta n
2
={1/2!a +b +
O D 2+(DC +s)2
∀-a}{1/2!a +b +O D 2
+(D C +s)2
∀-b}{1/2!a +b +
O D 2+(DC +s)2
∀-
O D 2+(DC +s)2
}
1/2!a +b +O D 2
+(DC +s)2∀
1/2!a +b +O D 2+(D C +s)2
∀-a
其公式为:
=2a rc ta n
{1/2!a +b +
O D 2+(D C +s)2∀-a}{1/2!a +b +O D 2+(DC +s)2∀-b}{1/2!a +b +
O D 2+(DC +s)2∀-O D 2+(D C +s)2}
1/2!a +b +O D 2
+(D C +s)2∀
1/2!a +b +O D 2+(D C +s)2
∀-a
-a rc ta n
D C +s
D O
自变量s 每增加!s,因变量 都将与其对应。

也就是说 是s 的函数。

以上我们已将 表示为s 的函数,在摆动从动件
凸轮机械中 就是从动件摆杆的运动规律,有了这个规律后就可进行凸轮廓线设计了,见图4。

共轭凸轮理论廓线方程:
主凸轮x 1=Lcos ∀=l 1cos ( 0+ -∀)y 1=Lsin ∀+l 1sin( 0+ -∀)回凸轮
x 2=Lcos ∀=l 2cos ( 0+ -#-∀)y 2=Lsin ∀+l 2sin( 0+ -#-∀)
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图4 共轭凸轮廓线示意图
5 误差分析
由于凸轮廓线是根据行程S 的运动规律确定的,因此共轭凸轮完全可复现S 的规律。

为什么又分析误差呢?是的,这个误差是在调整同步小车行程或者说调整切坯长度时产生的。

由于该机调整切坯长度时是领先调整摆杆与连杆铰接点B 相对O 点的回转半径来实现,见图5。

铰接点回转半径将变小,连杆与X 轴
夹角∃发生了变化,因此它在X 轴上的投影也会变化。

利用三角函数关系不难证明误差的存在,一般来说长度调整得越多误差越大,当然也可以调整C 点的位置
来消除误差。

图5 摆杆与连杆的相对位置关系
6 结束语
以上的探讨问题是否都解决了?当然不是,还有动态控制的问题,运动机件总惯性矩等等,这里先解决整机设计思路。

在我们已掌握了电脑这个现代设计工具情况下,余下的问题均容易得到解决。

收稿日期:2004-07-
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