钢筋切断机课程设计

图3-4 曲柄滑块机构
• 2 采用齿轮齿条机构，如图3-5所示，优点 传动比精确，但在本方案中，亦没有这方 面的要求，且动刀运动需要较好的急回特 性，明显该机构不满足，故舍弃。
• 图3-5 齿轮齿条机构
• 3 采用凸轮机构，如图3-6所示，该方案优点 是设计灵活，可以达到高精度的运动曲线和 运动特性要求，但设计也相对复杂。
问题提出
• 综上，目前国内建筑工地使用的钢筋切断 机虽能完成切断动作，但其执行机构没有 考虑到对切刀运动规律和动力特性的要求， 切刀工作过程中产生的冲击很大，切断效 率较低。因此，有必要将现存的钢筋切断 机加以改进，重新设计，以获得动态性能 较好的钢筋切断机，使其实现操作简便、 调节方便、落料简单、生产效率高等特点。
根据受力平衡得：
Fcos2 F(S) f mc ac
④ ⑤
Fsin2 mc g N
f N
根据④ ⑤ ⑥ 式得：
⑥
mc g ma tan 2 F ( S ) tan 2 f 1 tan 2 u
⑦
• 执行机构的运动参数，由图3-6 得：
Re
j (2 )
• 3 齿轮传动 在机械传动中应用最广泛的传动方式，其 传动准确可靠，效率很高，噪声小，可以 满足不同工况要求，但其加工成本比较高， 可实现传动比不是很大，需要多级传动才 能达到大传动比的要求。
• 4 组合传动 由于机械运动形式、运动规律和机械性能 等方面要求的多样性和复杂性，而以上传 动机构的局限性，因此常常需要将几种机 构配合起来，形成组合传动机构。
l2 e
j5
[(l2 R) S ]e
1
j 0
⑧
可推出
5 tan
sin 1 sin
2 2
R l2
cos . 5 5 cos 5
.
R sin l sin 5 d tan R cos l cos 5
Z2 Z4 Z6 i 25.1 Z1 Z3 Z5
执行机构参数设计选择
• 1.3.1切断过程中的等效阻力矩，执行机构 的运动模型.见图3-6
• R为曲轴的偏心距;O点为刀片运动的前死 点，为活动 • 刀片开始切入时的行程，为最大剪切力出 现时的 • 行程; 为切断时的行程。
• 1.3.2 活动刀座的受力分析.活动刀座在工作 过程中，受到连杆作用力F，切割阻力F(S)， 导轨摩擦阻力f，导轨的支承力N等作用， 记活动刀座质量为，运动加速度为a二其受 力情况见图3-7所示。
• (二)液压传动钢筋切断机
图1-3 是DYT一32型液压钢筋切断机的外形、其 结构和工作原理如图5—9所示，工作时，电动机 带动偏心轴旋转，偏心抽旋转时使高压油泵中的 柱塞作往复运动，将油箱中的液压油不断油缸中。 从而推动活塞，使活动刀片前进，当活动刀片和 固定刀片相错时，钢筋即被切断。
国内外切断机的对比
1
c R sin . l2 sin 5 .5
R sin l sin 5 d tan R cos l cos 5
1
ld d [ ld cos d R sin l 5 sin 5 ] / sin d
目录
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项目背景
• 钢筋在建筑上应用非常广泛，它可以用作预 制构件，钢筋混凝土和箍筋等。为此，需要 钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将 其切断。 • 钢筋切断机是钢筋加工必不可少的设备之一， 它主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、 大型水利等工程中对钢筋的定长切断，一般 都是用于剪切建筑用的I级钢，剪切钢筋直径 为6—40毫米。
• （2）基于钢筋切断机的工作状态，环境及 成本，最宜选择齿轮泵。齿轮泵有结构简 单、体积小、重量轻、工作可靠、自吸性 能好、抗油污能力强，但效率低，大，流 量脉动大，不能用做变量泵等特点。 结构图如右图。采用液压系统 配合液压控 制装置，可很容易实现机械系统的控制。
• 2 手动驱动 当设计要求为便携式钢筋切断机时可考虑 此方案。使用手动驱动一般会用到液压和 压力倍增机构，设计相对复杂，要求较高。 在这里暂不予以考虑。
设计要求
• 基本工作要求：用手工将不同规格的钢筋按所需长 度送至刀口，将其切断；以后再次送入，作下次截 断。 • 运动要求： • i) 在切断过程中，要求切断速度尽可能小，速度尽 可能均匀，以保证切削质量，减少冲击; • ii) 保证切刀行程H; • iii) 切刀空行程中速度尽可能快，以提高效率； • iv) 保证切刀的每分钟切断次数（生产率）。 • 动力要求:切刀能产生足够的冲力克服工作阻力，要 有较好的传动性能。
• 钢筋切断机有机械传动和液压传动两种。 机械传动构造简单，工作可靠，维修方便， 液压传动无噪音，体积小，重量轻，移动 方便。 • 但液压传动结构复杂，一旦出现故障难以 排除，故目前较多使用的仍然是机械传动 的钢筋切断机。
• (一)机械传动钢筋切断机
图1-1为连杆驱动式钢筋切断机的外形，其传动系统如图1-2所示。
• 3) 国内切断机每分钟切断次数少．国内一 般为28～31次，国外要高出15～20次，最 高高出30次，工作效率较高。 • 4) 国外机型一般采用半开式结构，齿轮、 轴承用油脂润滑，曲轴轴径、连杆瓦、冲 切刀座、转体处用手工加稀油润滑．国内 机型结构有全开、全闭、半开半闭3种，润 滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑2种。
图3-6 凸轮机构
• 综上， 本设计采用方案1，性能可以达到设 计要求。
系统控制方案选择
• 如前面图3-3所示，开启制动通过操纵杆离 合器控Baidu Nhomakorabea，在这里不做详细介绍，有意者 可以查阅相关书籍资料
齿轮传动机构参数设计选择
• I轴齿轮 • II轴齿轮 • Ⅲ轴齿轮 • Ⅳ轴齿轮 • 传动比 Z1=17 m=3 齿宽40 Z2=63 m=3 齿宽28 Z3=12 m=5 齿宽 57 Z4=22 m=5 齿宽44 Z5= 13 m=7 齿宽77 Z6=48 m=7 齿宽66
• 由于切断机技术含量低、易仿造、利润不 高等原因，所以厂家几十年来基本维持现 状，发展不快，与国外同行相比具体有以 下几方面差距。
• 1) 国外切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立 式切断机偏心距24mm，而国内一般为17mm．看 似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦， 不易管理．因为在由切大料到切小料时，不是换 刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度。 • 2) 国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定， 刀片厚度够薄，40型和50型刀片厚度均为17mm； 而国外都是双螺栓固定，25～27mm厚，因此国 外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内优 良。
有关数据
• 拟采用三相异步电机作动力源，初定电机 转速n＝2880rpm； • 切钢筋的最大直径 dmax＝40mm； • 动刀通过的距离H=44mm； • 其生产率分型号依次为42次/ 分； • 刀在切断过程中所受工作阻力P=400kN， 其它行程无阻力。 • 整个机器的尺寸范围为：长×宽×高 ≤1600×500×750mm。
• (3) 将传动式传动增加一级齿轮传动，适当 增大传动比，改善受力情况。上述（2）传 动方案对多级传动结构改善并不明显，所 以依旧采用传统式。运动简图，如图3-3所 示。
图3-3 传统三级传动运动结构简图
执行装置方案选择
• 执行机构选择的关键是将旋转运动转化为 直线运动，同时保证好的运动和动力特性。 有以下三种方案： • 1 采用曲柄滑块机构，如图3-4所示，优点 是结构简单，制造成本低，缺点是运动轨 迹设计很难达到设计要求，从而导致动力 特性不是很好。
方案设计比较
• 驱动装置方案选择 一 液压驱动 （1）液压驱动有作用通过几乎不可压缩的油 液的压强来实现，而压力的大小又取决于负 载的大小；液压传动可以很容易地实现无级 变速；液压输入功率等于油液压强与油液流 量的乘积。主要有齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。 前两种输出为旋转运动，后者输出为直线运 动。
• 日前使用的小型钢筋切断机的传动方式，多采用 展开式，如图3-2所示，其三根传动轴轴线呈三角 形空间平行分布。 • （2）从传动方式上进行改进，采用回归式传动方 案，如图3-3所示。其三根传动轴轴线呈平面分布， 其中有两条轴线重合。这种回归式传动方式较展 开式传动方式结构更为紧凑。改变后的曲轴为空 心偏心曲轴，而空心轴具有承受较高弯扭载荷的 能力和重量轻的特点。因而，采用回归式传动方 式使传动方案更趋合理。
. . . .
5 ( .ld ) 2 (ld .d ) 2
• • • •
经计算得综合后执行机构尺寸如下： 连杆长度 179mm 曲轴偏心距 22 mm 选曲轴直径 70mm
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• 3 电机驱动 电机驱动是较为常用和传统的驱动方式， 特别是三相交流异步电机应用更为广泛。 三相异步电机的输出功率比较大，完全可 以满足本设计的驱动要求。
• 综合考虑本设计的使用功能性能要 求以及工况设计成本，本设计采用 三相异步电机作为驱动原机
传动装置方案选择
• 1 若采用液压泵作为驱动装置，则应选择液压的 传动方式，本设计已经不予以考虑。 • 2 带传动 带传动为挠性传动，具有防抱死工况的发生，所 以在以内燃机或工况较恶劣工作下的电机为原机 时常被采用，特别常在第一级传动中出现；但由 于是靠摩擦来传递动力，导致部分能量转化为热， 效率下降。尽管如此该传动方式符合本设计要求， 予以考虑。