钢筋切断机运动仿真论文文献综述

钢筋切断机运动仿真综述
摘要：本文调研了最近几年国内外有关钢筋切断机的专利、论文，以及现在的研发现状。

分析研究钢筋切断机的动力学性能是进行钢筋切断机设计、改良的理论基础。

为了推动钢筋切断机设计创新，缩短钢筋切断机的设计周期，在产品试制及完成测试之前明确了解钢筋切断机的动力学参数，及时发现并消除设计过程中存在的缺陷，最大程度地节省资金和时间。

采用计算机仿真技术结合动力学理论，对钢筋切断机进行零件三维设计、装配，建立钢筋切断机三维仿真分析模型，模拟钢筋切断机运行状况，对钢筋切断机进行仿真分析研究，以加快产品技术更新。

关键词：钢筋切断机，动力学模型，结构设计，运动仿真
一.引言
钢筋切断机是一种各类工程建设领域广泛使用的设备，在近年来的生产、使用中呈现快速增长的趋势。

国内各相关厂家先后开发了GQ32型、GQ40型、GQ50型、GQ60型、GQ75型等多个品种的切断机。

随着建设工程规模的扩大，建筑质量的要求提高，钢筋切断机的规格有逐渐增大的趋势。

各生产厂家为提高自己的生产产品的技术性能、增加产品的竞争优势，不断优化结构，努力降低生产成本，并不断开发新的品种。

但由于未见国内外有关钢筋切断机动力学研究的文献，因而在改良产品设计及开发新的产品过程中，在产品试制及完成测试之前尚不能对结构的动力学参数及驱动电机在工作过程中的真实运动情况有比较明确的了解，而电机在工作过程中的速度降是衡量钢筋切断机设计质量的重要指标之一。

为此，我们首先建立了一种钢筋切断机的通用动力学计算模型，使我们在产品的改良设计及研发新产品的过程中通过AutoCAD完成产品结构图的设计后，通过联机计算的方法就可以清楚的求得所开发产品的动力学参数及驱动电机的真实运动情况，可以极大的加快产品的开发速度及方便的修改产品的结构参数。

相关工作对于提高国内产品技术开发工作的进度，提高产品的竞争力有一定的积极作用。

[6][7][8]
二.钢筋切断机简介
钢筋切断机是一种在工程及建筑领域中广泛使用的设备，由于近年来房地产的迅速发展，钢筋切断机的生产、使用呈现快速增长的趋势，随着建筑工程规模的扩大和对建筑质量要求的提高，对钢筋切断机的性能也提出了更高的要求。

[9]目前，国产钢筋切断机的典型结构下图所示，电机通过一级带传动、三级齿轮传动来驱动曲柄滑块机构带动活动刀做往复运动，固定在活动刀座上的活动刀片和固定在机体上的固定刀片一起作用完成对钢筋的切断。

[10]
三.相关专利产品介绍（专利[1][2][3]）
专利[1]的产品是一种以柴油机为动力的钢筋切断机，其特征在于将钢筋切断机与柴油机相组合、中间用皮带传动相联接构成一柴油钢筋切断机。

其优点和积极效果是：不需要电力，使没有电力或者电力不足的地方，也够使用钢筋切断机完成钢筋的切断。

右图所
示的是专利
[1]产品的结
构示意图：1
为钢筋切断
机机构，2
为底架、3
为皮带传
动、4为柴油
机、5 和6
分别是柴油机4和切断机1与底架2相连接的
连接螺栓。

柴油机4和钢筋切断机构1都被连
接螺栓5和6固定在底架2上，发动柴油机4
通过皮带传动3带动钢筋切断机构1的刀具来
完成切断钢筋的工作要求。

专利[2]的产品是一种改进的钢筋切断机。

它的箱体由侧面箱板和箱底板组装成封闭型
式：其传动系统采用三轴（六齿轮）三级齿轮
传动结构；而其曲柄杆与滑块采用钩型连接结构。

这种改进，使箱体制造工艺简化。

由于是三级齿轮传动节省了一根中间传动轴，故而使整机体积缩小了许多，且降低了成本。

而曲柄杆与滑块的钩型连接方式，不仅结构简单，而且提高了机械强度，不易损坏，使整机延长了寿命。

专利[3]的产品是一种改进的钢筋切断机。

包括电机、飞轮、第一级至第四级齿轮传动装置、离合器、定动切刀和哈夫式齿轮箱体，第一级齿轮传动装置的传动轴两端分别套装有飞轮；哈夫式齿轮箱体以曲轴中心水平线为依据，由铸成上、下各一半的两块箱体组合而成。

本实用新型由于在现有四级齿轮传动钢筋切断机的基础上，采用哈夫式箱体并在第一级齿轮传动装置的传动轴两端分别套装有飞轮，故其故障率低，使用寿命长，阻力大；且安装、维修方便该专利产品是对国内外产品的一种改进，是一种实用新型的钢筋切断机，该产品主要包括电动机，飞轮，第一级至第
四级齿轮传动装
置、离合器、定动
刀片和哈夫式齿
轮箱体，起主要特
别之处在于：第一
级齿轮传动装置
的传动轴两端分
别装有飞轮。

具体
结构如上图。

四. 钢筋切断机几个主要部件
(1) 刀口装置（专利[4]）
专利[4]指推动刀口轴杆的偏心轴外围装设有方形滑块，于偏心轴转动时能使方形滑块上下移动，进而使刀片轴杆以平面方式向外推动或拉回，使钢筋的切口平直，并于切断钢筋后，偏心轴拉回轴杆撞击偏心轴的力，形成面的使受力点平均，降低偏心轴的耗损，且该偏心轴与推动齿轮间设有一固定隔板，以避免撞击的同时造成齿轮的偏移而损坏，该刀口轴杆的另一侧设有一活动隔板，能增进维修时的便利性。

(2) 离合器组件（专利[5]）
专利[5]钢筋切断机的曲轴离合器。

该器包括曲轴、内齿轮、大齿轮和安装在两轮内接之间的活动销齿机构。

该机构又由转销轴、转销齿、拨动挡板、拉簧和伸缩挡销组成。

通过操纵转销齿接触于大齿轮的转销齿推槽内而使大齿轮带动内齿轮和曲轴转动。

或操纵转销齿接触于内齿轮的转销轴槽内而使内齿轮脱离大齿轮，使大齿轮空转。

该离合器可适用于切断机、冲床、剪切机床上，其具有离合平稳、体积小、结构紧凑的优点。

五. 钢筋切断机存在的缺点和问题
目前，国内外现有的钢筋切断机，就其传动方式分为两种类型：一种是开式传动，一种是闭式传动。

[11]开式传动的形式，其轴、齿轮等主要传动件都要暴露在外，各传动件均要靠人工加油，极为不方便。

闭式传动的形式，主要传动件均安装在机器箱体内，形成整体密封，其机体为整体构件，加工工艺复杂。

国内外的钢筋切断机主要存在以下几个问题：
(1)用电动机作原动机的钢筋切断机和用柴油机作原动机的钢筋切断机，所用的原动机不能代换，这给使用带来了一定的不方便。

(2) 国内外使用的全封闭结构的钢筋切断机的活动刀处采用上开盖的机体，大都是采用的是减速器结构，用螺栓连接，而这种结构的刚性较差，而且在结合面处加工困难，并且常常漏油。

而机体采用整体式结构的钢筋切断机，活动刀处采用的是侧开盖结构，由于切断机工作时所受的侧向力很大，常常损坏。

(3)国内外所使用的钢筋切断机在空套齿轮与轴结合处，常常容易损坏。

(4)国内外所使用的钢筋切断机，其离合器操纵机构只有一种方式，即脚踏式，这不适应于不同习惯的操作者和不利于紧急情况的操作。

(5)国内外所使用的钢筋切断机，大都采用的是小功率的电动机，工作主轴的偏心距也很小，这样在剪切公称直径范围内的不同直径的钢筋时，就要更换刀片或者在刀片的后面加减刀垫，才能完成剪切不同尺寸钢筋的切断要求。

(6)国内外所使用的钢筋切断机，其固定刀片侧隙的调整是靠人工选配尺寸固定的刀垫来实现的。

六.钢筋切断机的改良方向
真对钢筋切断机存在的这些问题，提出以下改良方向：
（1）结构与造型的改良。

目前的钢筋切断机有闭式与开式两大类。

开式由于体积大，搬移不便、润滑差等，已经很少生产使用。

而闭式结构的体积虽较为紧凑，但存在的主要问题是在传动系统出现故障时，维修不太方便。

目前在市场上出现了一种在整体闭式结构上的改良设计。

即将机体一侧的1/2～1/3设计为可拆卸结构，这种结构虽然在加工上增加了工序，但铸造环节更简单，安装比较方便，尤其是便于售后服务。

[12][13]
（2）轻量化设计
轻量化设计可节省资源、减少生产、使用、回收等环节中了浪费，而且就机器本身而言，也可以通过轻量化设计，在最低成本下达到机器的使用性能。

就目前来说，可通过建立虚拟样机、并对其进行有限元分析实现轻量化设计及制造。

[14][15]
七. 其他
机械动力学的相关内容：
机械动力学主要研究的是机械的振动和平衡的问题。

目前，我们正在高速发展的阶段，各个部门迫切需要大量的新的高效率，高速度，高精度和高自动化的机械设备。

随着机械速度的提高，机械平衡和震动的问题成为机械设计中的一个问题，在设计高精度的机器时，就必然涉及各种动力学的因素，需要精确计算各部件的真实运动情况以及考虑部件的弹性、运动副中的磨察等因素对构件运动的影响，才能使各部件的动作协调，机械运转正常。

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八. 结束语
产品的设计开发过程是一个不断改良完善、技术优化发展的过程。

唯有通过长期的市场考验，且有优良的性价比，才能真正占领市场。

钢筋切断机的运动仿真的设计必将更加有利于钢筋切断机产品的开发，可以加快产品的开发速度以及开发出更加高效的产品。

参考文献
专利[1]孟宪民，刘鸿鹰，章友文，郭俊平，付竹祥柴油钢筋切断机专利号：91209535.0
专利[2] 陶昆，钢筋切断机专利号：94217280.9
专利[3] 蒋家善改进的钢筋切断机专利号：00240526.1
专利[4] 邱文聪钢筋切断机刀口装置专利号：96205392.9
专利[5]全承浩钢筋切断机的曲轴离合器专利号：95214902.8
[6] 胡永华；刘中《钢筋切断机参数化设计系统开发》2011年4月
[7] 陶浩；段红杰《钢筋切断机的动力学性能》2008年5月
[8] 段红杰；陶浩《钢筋切断机动力学仿真设计》2010年4月
[9] 王文良，李长诗《钢筋切断机通用动力学》2008年8月
[10] 张金芳袁俊华陈伟《人机界面型全自动钢筋切断机》2010年8月
[11] 刘瑞东《液压随动切断、液压马达送料钢筋定长切断机》2010年10月
[12] 王良文《国产钢筋切断机的生产现状与改良方向》2009年1月
[13] 樊智慧《钢筋切断机曲轴连杆机构的改进》1995年3月
[14] 孟庆华《钢筋切断机液压系统的设计研究》2010年8月
[15] 贺生华《普通钢筋切断机技术改造》2008年一月
[16] 车仁炜陆念力王树春《一种新型钢筋切断机的设计研究》2004年
[17] 唐锡宽《机械动力学》高等教育出版社1984.5
[18] 张策《机械动力学》北京：高等教育出版社2001年4月
[19] Bevefidge R，Bolme D，Teixeira M，et a1．The CSU Face Iden—tification Evaluation System[R]．Users’Guide Version 5．0，technical report，Computer Science
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[20] Huang L—L，Shimizu A，and Kobatake H．Classification—based face detection using gabor filter features[A]．The 6th IEEE Internati0nal Conference on Automatic Face and Gesture Recognition(FG2004)[C]．2OO4：397-402．。