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單位代碼 02
學(xué) 號 080105007
分 類 號 TH
密 級
畢業(yè)設(shè)計
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
劉文超
指導(dǎo)教師
王良文
2012年 03 月 20
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(文獻(xiàn)綜述) 第 8 頁
鋼筋切斷機(jī)運動仿真綜述
摘要
本文調(diào)研了最近幾年國內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)的專利、論文，以及現(xiàn)在的研發(fā)現(xiàn)狀。分析研究鋼筋切斷機(jī)的動力學(xué)性能是進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)設(shè)計、改良的理論基礎(chǔ)。為了推動鋼筋切斷機(jī)設(shè)計創(chuàng)新，縮短鋼筋切斷機(jī)的設(shè)計周期，在產(chǎn)品試制及完成測試之前明確了解鋼筋切斷機(jī)的動力學(xué)參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)計過程中存在的缺陷，最大程度地節(jié)省資金和時間。采用計算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合動力學(xué)理論，對鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行零件三維設(shè)計、裝配，建立鋼筋切斷機(jī)三維仿真分析模型，模擬鋼筋切斷機(jī)運行狀況，對鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行仿真分析研究， 以加快產(chǎn)品技術(shù)更新。
關(guān)鍵詞： 鋼筋切斷機(jī)，動力學(xué)模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計，運動仿真
一.引言
鋼筋切斷機(jī)是一種各類工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，在近年來的生產(chǎn)、使用中呈現(xiàn)快速增長的趨勢。國內(nèi)各相關(guān)廠家先后開發(fā)了GQ32型、GQ40型、GQ50型、GQ60型、GQ75型等多個品種的切斷機(jī)。隨著建設(shè)工程規(guī)模的擴(kuò)大，建筑質(zhì)量的要求提高，鋼筋切斷機(jī)的規(guī)格有逐漸增大的趨勢。各生產(chǎn)廠家為提高自己的生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)性能、增加產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力降低生產(chǎn)成本，并不斷開發(fā)新的品種。但由于未見國內(nèi)外有關(guān)鋼筋切斷機(jī)動力學(xué)研究的文獻(xiàn)，因而在改良產(chǎn)品設(shè)計及開發(fā)新的產(chǎn)品過程中，在產(chǎn)品試制及完成測試之前尚不能對結(jié)構(gòu)的動力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動電機(jī)在工作過程中的真實運動情況有比較明確的了解，而電機(jī)在工作過程中的速度降是衡量鋼筋切斷機(jī)設(shè)計質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。為此，我們首先建立了一種鋼筋切斷機(jī)的通用動力學(xué)計算模型，使我們在產(chǎn)品的改良設(shè)計及研發(fā)新產(chǎn)品的過程中通過AutoCAD完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計后，通過聯(lián)機(jī)計算的方法就可以清楚的求得所開發(fā)產(chǎn)品的動力學(xué)參數(shù)及驅(qū)動電機(jī)的真實運動情況，可以極大的加快產(chǎn)品的開發(fā)速度及方便的修改產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)。相關(guān)工作對于提高國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)工作的進(jìn)度，提高產(chǎn)品的競爭力有一定的積極作用。[6][7][8]
二.鋼筋切斷機(jī)簡介
鋼筋切斷機(jī)是一種在工程及建筑領(lǐng)域中廣泛使用的設(shè)備，由于近年來房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，鋼筋切斷機(jī)的生產(chǎn)、使用呈現(xiàn)快速增長的趨勢，隨著建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大和對建筑質(zhì)量要求的提高，對鋼筋切斷機(jī)的性能也提出了更高的要求。[9]
目前，國產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的典型結(jié)構(gòu)下圖所示，電機(jī)通過一級帶傳動、三級齒輪傳動來驅(qū)動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動活動刀做往復(fù)運動，固定在活動刀座上的活動刀片和固定在機(jī)體上的固定刀片一起作用完成對鋼筋的切斷。[10]
三.相關(guān)專利產(chǎn)品介紹（專利[1][2][3]）
專利[1]的產(chǎn)品是一種以柴油機(jī)為動力的鋼筋切斷機(jī)，其特征在于將鋼筋切斷機(jī)與柴油機(jī)相組合、中間用皮帶傳動相聯(lián)接構(gòu)成一柴油鋼筋切斷機(jī)。其優(yōu)點和積極效果是：不需要電力，使沒有電力或者電力不足的地方，也夠使用鋼筋切斷機(jī)完成鋼筋的切斷。
右圖所示的是專利[1]產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖：1為鋼筋切斷機(jī)機(jī)構(gòu)，2為底架、3為皮帶傳動、4為柴油機(jī)、5 和6分別是柴油機(jī)4和切斷機(jī)1與底架2相連接的連接螺栓。柴油機(jī)4和鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1都被連接螺栓5和6固定在底架2上，發(fā)動柴油機(jī)4通過皮帶傳動3帶動鋼筋切斷機(jī)構(gòu)1的刀具來完成切斷鋼筋的工作要求。
專利[2]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。它的箱體由側(cè)面箱板和箱底板組裝成封閉型式：其傳動系統(tǒng)采用三軸（六齒輪）三級齒輪傳動結(jié)構(gòu)；而其曲柄桿與滑塊采用鉤型連接結(jié)構(gòu)。這種改進(jìn)，使箱體制造工藝簡化。由于是三級齒輪傳動節(jié)省了一根中間傳動軸，故而使整機(jī)體積縮小了許多，且降低了成本。而曲柄桿與滑塊的鉤型連接方式，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且提高了機(jī)械強(qiáng)度，不易損壞，使整機(jī)延長了壽命。
專利[3]的產(chǎn)品是一種改進(jìn)的鋼筋切斷機(jī)。包括電機(jī)、飛輪、第一級至第四級齒輪傳動裝置、離合器、定動切刀和哈夫式齒輪箱體，第一級齒輪傳動裝置的傳動軸兩端分別套裝有飛輪；哈夫式齒輪箱體以曲軸中心水平線為依據(jù)，由鑄成上、下各一半的兩塊箱體組合而成。本實用新型由于在現(xiàn)有四級齒輪傳動鋼筋切斷機(jī)的基礎(chǔ)上，采用哈夫式箱體并在第一級齒輪傳動裝置的傳動軸兩端分別套裝有飛輪，故其故障率低，使用壽命長，阻力大；且安裝、維修方便該專利產(chǎn)品是對國內(nèi)外產(chǎn)品的一種改進(jìn)，是一種實用新型的鋼筋切斷機(jī)，該產(chǎn)品主要包括電動機(jī)，飛輪，第一級至第四級齒輪傳動裝置、離合器、定動刀片和哈夫式齒輪箱體，起主要特別之處在于：第一級齒輪傳動裝置的傳動軸兩端分別裝有飛輪。具體結(jié)構(gòu)如上圖。
四. 鋼筋切斷機(jī)幾個主要部件
(1) 刀口裝置（專利[4]）
專利[4]指推動刀口軸桿的偏心軸外圍裝設(shè)有方形滑塊，于偏心軸轉(zhuǎn)動時能使方形滑塊上下移動，進(jìn)而使刀片軸桿以平面方式向外推動或拉回，使鋼筋的切口平直，并于切斷鋼筋后，偏心軸拉回軸桿撞擊偏心軸的力，形成面的使受力點平均，降低偏心軸的耗損，且該偏心軸與推動齒輪間設(shè)有一固定隔板，以避免撞擊的同時造成齒輪的偏移而損壞，該刀口軸桿的另一側(cè)設(shè)有一活動隔板，能增進(jìn)維修時的便利性。
(2) 離合器組件（專利[5]）
專利[5]鋼筋切斷機(jī)的曲軸離合器。該器包括曲軸、內(nèi)齒輪、大齒輪和安裝在兩輪內(nèi)接之間的活動銷齒機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)又由轉(zhuǎn)銷軸、轉(zhuǎn)銷齒、撥動擋板、拉簧和伸縮擋銷組成。通過操縱轉(zhuǎn)銷齒接觸于大齒輪的轉(zhuǎn)銷齒推槽內(nèi)而使大齒輪帶動內(nèi)齒輪和曲軸轉(zhuǎn)動?；虿倏v轉(zhuǎn)銷齒接觸于內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)銷軸槽內(nèi)而使內(nèi)齒輪脫離大齒輪，使大齒輪空轉(zhuǎn)。該離合器可適用于切斷機(jī)、沖床、剪切機(jī)床上，其具有離合平穩(wěn)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。
五. 鋼筋切斷機(jī)存在的缺點和問題
目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的鋼筋切斷機(jī)，就其傳動方式分為兩種類型：一種是開式傳動，一種是閉式傳動。[11]開式傳動的形式，其軸、齒輪等主要傳動件都要暴露在外，各傳動件均要靠人工加油，極為不方便。閉式傳動的形式，主要傳動件均安裝在機(jī)器箱體內(nèi)，形成整體密封，其機(jī)體為整體構(gòu)件，加工工藝復(fù)雜。國內(nèi)外的鋼筋切斷機(jī)主要存在以下幾個問題：
(1) 用電動機(jī)作原動機(jī)的鋼筋切斷機(jī)和用柴油機(jī)作原動機(jī)的鋼筋切斷機(jī)，所用的原動機(jī)不能代換，這給使用帶來了一定的不方便。
(2) 國內(nèi)外使用的全封閉結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)的活動刀處采用上開蓋的機(jī)體，大都是采用的是減速器結(jié)構(gòu)，用螺栓連接，而這種結(jié)構(gòu)的剛性較差，而且在結(jié)合面處加工困難，并且常常漏油。而機(jī)體采用整體式結(jié)構(gòu)的鋼筋切斷機(jī)，活動刀處采用的是側(cè)開蓋結(jié)構(gòu)，由于切斷機(jī)工作時所受的側(cè)向力很大，常常損壞。
(3) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)在空套齒輪與軸結(jié)合處，常常容易損壞。
(4) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其離合器操縱機(jī)構(gòu)只有一種方式，即腳踏式，這不適應(yīng)于不同習(xí)慣的操作者和不利于緊急情況的操作。
(5) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，大都采用的是小功率的電動機(jī)，工作主軸的偏心距也很小，這樣在剪切公稱直徑范圍內(nèi)的不同直徑的鋼筋時，就要更換刀片或者在刀片的后面加減刀墊，才能完成剪切不同尺寸鋼筋的切斷要求。
(6) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機(jī)，其固定刀片側(cè)隙的調(diào)整是靠人工選配尺寸固定的刀墊來實現(xiàn)的。
六.鋼筋切斷機(jī)的改良方向
真對鋼筋切斷機(jī)存在的這些問題，提出以下改良方向：
（1）結(jié)構(gòu)與造型的改良。
目前的鋼筋切斷機(jī)有閉式與開式兩大類。開式由于體積大，搬移不便、潤滑差等，已經(jīng)很少生產(chǎn)使用。而閉式結(jié)構(gòu)的體積雖較為緊湊，但存在的主要問題是在傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，維修不太方便。目前在市場上出現(xiàn)了一種在整體閉式結(jié)構(gòu)上的改良設(shè)計。[12][13]即將機(jī)體一側(cè)的1/2～1/3設(shè)計為可拆卸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然在加工上增加了工序，但鑄造環(huán)節(jié)更簡單，安裝比較方便，尤其是便于售后服務(wù)。
（2）輕量化設(shè)計
輕量化設(shè)計可節(jié)省資源、減少生產(chǎn)、使用、回收等環(huán)節(jié)中了浪費，而且就機(jī)器本身而言，也可以通過輕量化設(shè)計，在最低成本下達(dá)到機(jī)器的使用性能。就目前來說，可通過建立虛擬樣機(jī)、并對其進(jìn)行有限元分析實現(xiàn)輕量化設(shè)計及制造。[14][15]
七. 其他
機(jī)械動力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容：
機(jī)械動力學(xué)主要研究的是機(jī)械的振動和平衡的問題。目前，我們正在高速發(fā)展的階段，各個部門迫切需要大量的新的高效率，高速度，高精度和高自動化的機(jī)械設(shè)備。隨著機(jī)械速度的提高，機(jī)械平衡和震動的問題成為機(jī)械設(shè)計中的一個問題，在設(shè)計高精度的機(jī)器時，就必然涉及各種動力學(xué)的因素，需要精確計算各部件的真實運動情況以及考慮部件的彈性、運動副中的磨察等因素對構(gòu)件運動的影響，才能使各部件的動作協(xié)調(diào)，機(jī)械運轉(zhuǎn)正常。[17][18][19][20]
八. 結(jié)束語
產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程是一個不斷改良完善、技術(shù)優(yōu)化發(fā)展的過程。唯有通過長期的市場考驗，且有優(yōu)良的性價比，才能真正占領(lǐng)市場。
鋼筋切斷機(jī)的運動仿真的設(shè)計必將更加有利于鋼筋切斷機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)，可以加快產(chǎn)品的開發(fā)速度以及開發(fā)出更加高效的產(chǎn)品。
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