一种新型钢筋切断机的设计研究

文章编号:1004-2539(2004)02-0048-02

一种新型钢筋切断机的设计研究

(哈尔滨工业大学机电学院,　黑龙江哈尔滨　150001)

　车仁炜　陆念力　王树春

摘要　在比较传统的钢筋切断机的性能特点的基础上,设计研究了一种新型的无减速装置的钢筋切断机,给出了其工作原理及主要性能参数的确定过程,最后得出了相关结论,证明此种钢筋切断机性能优良,具有广阔的应用前景。

关键词　钢筋切断机　偏心轮　曲柄滑块机构

引言

钢筋切断机是把钢筋切成所需长度的专用机械,

在大型建筑工地上的应用非常广泛。钢筋切断机分为机械传动和液压传动两种。以往的机械传动式钢筋切断机,工作时大都采用电动机经一级三角带传动和二级齿轮传动减速后,带动曲轴旋转,曲轴推动连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动,使活动刀片和固定刀片相错而切断钢筋。这种形式的钢筋切断机主要有G J5-40和Q J40-1型两种类型,除传动机件有所不同外,其他构造基本上一致,都可以切断直径40mm 以下的钢筋,每分钟切断12次。这类钢筋切断机由于采用了一级带传动及二级齿轮传动,运动和动力传到曲柄滑块机构时,有一个效率降低的过程,另外,结构不紧凑,重量大,安装、调试复杂,且由于要求齿轮传动具有一定的精度,制造成本也较高。

2　新型钢筋切断机的工作原理

我们针对以上问题介绍了一种新型钢筋切断机。

1.链

2.链轮轴

3.链轮

4.手轮

5.电机

6.连轴器

7.电机座

8.上压板

9.压缩弹簧　10.偏心轮轴　11.下托板12.飞轮　13.动刀片　14.框15.定刀片　16.轴箱　17.连杆18.滑块　19.中楔铁　20.侧楔铁　21.配重　22.导柱

图1　钢筋切断机工作原理图

图1为这种钢筋切断机的结构示意图,省去了带

传动和二级齿轮传动,由电机直接带动偏心轮轴旋转,偏心轮轴和连杆及滑块一起构成偏心轮机构,其偏心距为e ,在加工精度允许的范围内,使曲柄长度即偏心距足够小,这样,可在电机转矩一定的情况下,增大切削力。启动后,用手逆时针摇动手轮,使配重上升(配重的重量见后面Q 3的计算),偏心轮轴未转动时,保持链的左侧拉力为0,楔铁保持在原位置不动。当偏心轮轴由图示位置转过180°时,滑块向左移动的距离是2e ,中楔铁在重力的作用下迅速下落,使2e 间隙消除;当偏心轮轴由180°转到360°时,滑块和中楔铁一起推动箱框向右移动2e ,即固连于箱框上的动刀片向右移动2e ,此时,侧楔铁下落,使2e 间隙消除,完成一个周期的循环。随着偏心轮轴的不断旋转,每转一圈,动刀片向右移2e ,直至在切削力的作用下,将钢筋切断。切断以后,放开手轮,配重下落,并拉动中、侧楔铁上升,压缩弹簧使动刀片左移复位。

切断钢筋后,动、定刀片上压力为0,只有弹簧使曲轴箱、框对中、侧楔铁产生压力。此时松开手抡,配重下落,中、侧楔铁上升,框左移,动刀片回到原位。

弹簧的弹力作用在曲轴箱及框上,曲轴箱不动,框带动刀片左移,使开口达到最大位置。

设框的重量为Q 1,与下板构成移动副,摩擦系数

为μ。

则　F >μQ 1

动、定刀片刃口间的最大距离,与被切钢筋直径之差称为空刀,用中、侧楔铁的全部重力向下压,框右移,直到动刀片接触到钢筋,靠这种调节作用,此种钢筋切断机不用更换刀片即可切断小于40mm 的任意规格的

钢筋。

设中、侧楔铁的重量之和为Q 2,构成的移动副之

间的摩擦系数为μ;F 1为中楔铁推动框右移的力;F 2为中、侧楔铁作用在框斜面上的正压力。

则 F 1=

Q 2

tan5°

>F

8

4 机械传动 2004年

F 2=

Q 2

sin5°

Q 2>μQ

1tan5°

设F 3为中、侧楔铁[18][16]左侧摩擦力;F 4为中、侧楔铁[18][16]右侧摩擦力,则

F 3=μF 1=μQ 2

tan5°

F 4=μF 2=μ

Q 2

sin5°

则切断后拉动楔铁上升的最小配重重量为

Q 3>Q 2+F 3+F 4=Q 2[1+(1+cos5°)μ

sin5°

]

1.1　

机构演化

图2　偏心轮机构

曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式之一,

它可将主动件的回转运动转化成从动件的往复移动。但当曲柄尺寸很小时很不便于加工,曲柄轴的刚度和强度也势必减小。如图2所示,如果把回转副B 同心放大到包含回转副A ,且安装整体式连杆,则成为偏心轮机构,曲柄长度即为偏心距e ,其等效机构仍为曲柄滑块机构。做成偏心轮机构后,不但提高了偏心轮轴的强度和刚度,且因曲柄重量增加而增大了惯性,提高了机构的传力性能。1.2　偏心半径e 的计算

设电机功率为2.2kW 所能传递的转矩

T =9550N n =95502.2

1500

=14.01N ・m

电机轴角速度　

ω=150060

2π=50π=157实践及计算表明,切Ф40的钢筋所需的切断力p 大约为60吨

p ・e =T

代入已知数据,计算出e =0.023mm

由于转动副之间的间隙及加工精度等原因,e 取0.023不适用,而e 值越大则冲切力越小,并且使楔铁移动距离加长,按实用要求取e =0.075,靠增设飞轮来补充达到最大切削力对机构的要求。飞轮的转动惯量可按下式计算

J F =

Q A D 2

4g

式中　Q A D 2———所需飞轮的转矩

1.3　电机转速的选择

图3　楔铁示意图

选用Y 系列电动机,功率N =2.2kW ,n =1500r/min ,如图3所示,楔铁倾角α=5°,e =0.075,当偏心轮由0°转到180°

时,2e 相邻直角边长l =2e tan5°

=1.72mm 。偏心轮轴每转一转所需的时

间为60/1500=1/25秒,半转时间为1/50秒,楔铁在重力作用下在1/50秒的时间内所下降的距离近似为(因摩擦力与楔铁重力相比很小可忽略不记)。

s =12gt 2=12×9.8(150)2=1.96mm

s >l 说明楔铁在重力作用下下落,可在1/50秒的时间内消除2e 间隙。1.4　切断<40直径钢筋所用的时间

据参考资料及实测表明,动、定刀片切入深度之和达到所切钢筋直径的20%～25%时,即可将钢筋切断。对于<40的钢筋,最大切入深度为8mm 。

此时偏心轮轴所转的圈数为n 1=8/2e =53圈

t =53/25=2秒

可见,使用此种钢筋切断机将大大提高劳动生产率。

1.5　最大切削力及曲柄转角

最大切削力和此时曲柄的转角,是设计钢筋切断机时计算电动机功率和飞轮转动惯量的两个重要参数。准确地确定这两个参数的数值,对于降低切削机的能耗及材耗系数,提高切削机的切断能力是很关键的。

切削时钢筋变形阻力为　P d =

[τ]

Sg

式中　S ———钢筋被剪面积

S =K s (D

2

)2

K s =

4[τ]en

9550D 2N

η由电机提供的冲切力为P =

9550N

ηeng

P =P d

曲柄的转角为　α=π180arccos [1+c 2λ-2c 2(1+λ-c

λ)]

式中　c =2-

x +x 0

e

x 0=H -D

(下转第57页)

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4第28卷　第2期 一种新型钢筋切断机的设计研究