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 2tan5°>F84 机械传动 2004年F 2=Q 2sin5°Q 2>μQ1tan5°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 2tan5°F 4=μF 2=μQ 2sin5°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°)μsin5°]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 =95502.21500=14.01N ・m电机轴角速度　ω=1500602π=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 24g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=1.96mms >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 (D2)2K s =4[τ]en9550D 2Nη由电机提供的冲切力为P =9550NηengP =P d曲柄的转角为　α=π180arccos [1+c 2λ-2c 2(1+λ-cλ)]式中　c =2-x +x 0ex 0=H -D(下转第57页)94第28卷　第2期 一种新型钢筋切断机的设计研究 0,n7=0(架空)时,由式(1)可知n H1≠0,说明系杆H1要转动,如若在系杆H1上装一个指南针,其指向要改变,便失去了指南车的作用。

为了保证指南车的两轮在任何速度情况下均能达到指南的目的,为此增设一个闭式行星轮系。

1.3　闭式行星轮系如图1所示,该闭式行星轮系是由定轴轮系去掉差动轮系的两个中心轮而形成的。

其中齿轮8和齿轮11均固定在系杆H1上。

系杆H1即作为闭式行星轮系的输入运动构件,简称输入件。

现设H为运动输出构件,简称输出件。

其各轮齿数为z8=z11,z9=z12,z10 =z13。

求输出件转速n H。

(1)差动轮系11—12—13—Hn11-n H n13-n H =-z13z11n11-n H=-z13z11n13z13z11n Hn11+z13z11n13=(1+z13z11)n H(2)(2)定轴轮系8—9—10i8×10=n8n10=z10z8,　n10=-z8z10n8又因n8=-n11=n H1,n10=n13,所上以式可写成n13=z8z10n H1(3)将式(3)代入式(2)得n11+z13z11(-z8z10)n H1=(1+z13z11)n H因n11=n H1,所以等式左边等于零,即有(1+z13z11)n H=0因为1+z13z11≠0,所以n H=0。

由此可看出,不论指南车的两轮以相同的速度行驶(n H=0),还是以不同的速度行驶(n H1≠0),或者一轮着陆一轮架空(n H1≠0),增设一个闭式行星轮系后均可实现n H=0的存在。

2　结论综上所述,采用复式行星轮系所设计出的指南车和其它结构的指南机构相比,其特点是:构造简单,适应性强,即不论双轮着陆,还是单轮着陆,均可实现固定的指南方向。

由此可见,该种指南机构更适合于各种崎岖不平的路面,尤为重要的是为现代机械学的研究提供了线索。

就其功能特性来说,是能够在更多、更广的范围内获得应用的。

参考文献1　孙恒主编.机械原理(第5版).北京:高等教育出版社,1996.344～3622　张俊生.指南车的秘密.科学大众,1962(2)3　黄锡恺,郑文纬主编.机械原理(第6版).北京:高等教育出版社,1989.274～298收稿日期:20030617作者简介:杨慧香(1966-),女,吉林省长春市人,副教授(上接第49页) H———刀片最大开口距λ———连杆系数x———滑块位移D———钢筋直径3　结论以上分析研究表明,与传统的钢筋切断机相比,这种钢筋切断机具有以下优点:1)曲柄的刚性增大,连杆的长度减小,结构更紧凑,传力性能提高,使用寿命延长。

2)偏心距e很小,产生的切削力增大。

3)传动简单,减少了转动副的个数,提高了效率。

4)切削时间缩短,大大提高了劳动生产率。

5)整体结构紧凑,占地面积小,经济性能高。

所以,这种钢筋切断机将具有非常好的应用前景。

参考文献1　王慰椿.机械基础与建筑机械.南京:东南大学出版社,19902　高蕊.钢筋切断机切断过程分析及最大冲切力的计算.建筑机械, 19953　何德誉.曲柄压力机.北京:清华大学出版社,19874　金属切削加工工艺人员手册编委会.金属切削加工工艺人员手册.上海:上海科学技术出版社,1990收稿日期:20031122 收修改稿日期:20040101作者简介:车仁炜(1964-),女,黑龙江哈尔滨人,博士研究生75第28卷　第2期 复式行星轮系在指南机构中的应用 facturing as same as the general inv olute gear.This paper introduced the optimization method for the design of eccentric gear -drive.With this method ,the design of this kind gear will be faster and easier.K ey w ords :　Eccentric gear -drive N on -circular gear -drive Optimization G oal programmingThe Second Optimum for E lectro H ydraulic Position Servo SystemWang Y oumin ,Y ao H ongzhi (25)………………………………Abstract In this paper ,the optimum control m odel was deduced s o as to enhance the precision and to improve the dynamic characteristic of electro hydraulic position serv o system.The optimal Q matrix was ob 2tained through optimum.The P matrix was deduced from Riccati equa 2tion and the optimal control for electro dynamic position serv o system was obtained.The analysis on the dynamic before and after optimum was obtained through numerical emaciation.The analysis result shows that optimal control can not only decrease the surpass capacity of the system but als o improve its respond speed.K ey w ords :　E lectro hydraulic position Serv o system Optimal controlMeasurement Data Processing for the G eometrical E rror of Sh aft P arts Zhu Fangli ,G e D ongyuan ,Y ue Weihong (28)………………Abstract This paper discusses the measurement of geometrical error such as circularity ,concentricity of typical shafts parts with optical in 2dexing head in the multi -propose instrumental microscope.It als o in 2troduces the applying and the accuracy analysis of the least square of er 2ror and H ouseholder matrix in data processing.K ey w ords :　Least square of error Optical indexing head H ouse 2holder matrix Data processing G eometrical errorFurther Discussion on Curvature Coefficient for the C alculation of Surface durability stress of G ear Feng Shouwei ,Zhang Weishe ,Wang Shouyu ,Zhang Weizhong (31)…………………………………Abstract Further study of the calculation basis of curvature coefficient for calculating the surface durability stress are made.The problems and calculation basis given by IS O6336and AG M A standards are analysed.The average radius of curvature of the contact area on the pinion root may be used as the calculation basis.S ome problems which need further study are given.K ey w ords :　G ear strength Surface durablity stress Curvature coef 2ficientThe I nfluence of Tooth Number R atio on the Contact Strength of G earingJing X iubing ,Pan Fengzhang ,Y uan Peng wei (34)………Abstract S ome curves are drawn to show the relation between the tooth number ratio and the tooth contact stress.The in fluence of overlap ratio on the contact stress are als o investigated.K ey w ords :　Inv olute cylindrical gear C ontact stress T ooth num 2ber ratioThe Diagnosis of G earbox by H ilbert Modulation Theory Y ao Zhibin ,Shen Y udi (37)……………………………………………Abstract This paper mainly analyses the feasibility of the Hilbert m odulation theory on gear fault diagnosis.In order to verify the theory ,a practical diagnostic example of autom otive gearbox is illustrated in the paper.In the end of the paper ,the author points out tw o fundamentalproblems that should be enough noticed in gearbox diagnosis.K ey w ords :　G earbox Hilbert Fault diagnosis Amplitude dem od 2ulationThe Strengthening T echnics and Stand ardnization for Torsional B ar Spring Peng Heping ,Li Zhiming (43)…………………………Abstract The strengthening mechanism of the torsional bar spring was analized with the help of etastic and plastic theory.The technics and standardnization for strengthening were presented.K ey w ords :　T orsional bar spring S trengthening T echnics and standadnizationThe Manu facture and Application of CAD for H elical G ears with Sm all Number of T eeth and Large R atioShi Nian feng ,Liang G uiming ,Y ang H ongbin (45)……………………………………Abstract This article discusses the characters of the helical gear with small number of teeth and large ratio ,And puts forward the method of its design and manu facture.And the article explains the way of simulate manu facture in AutoC AD2002by C AD technology.K ey w ords :　Small number of teeth Helical gear C AD The de 2velopment of AutoC ADThe Design For a N ew Steel B ar Cutting MachineChe Renwei ,Lu Nianli ,Wang Shuchun (48)…………………………………Abstract In this paper ,a new kind of steel bar cutting machine with 2out speed reducer was developed.The w orking principle and the deter 2mining of the major parameters were described.It is proved that the performance of this machine is fine.K ey w ords :　S teel bar cutting machine Eccentric wheel Crank -slid block mechanismThe Study of new H igh -precision H eavy -flow electric -hy 2draulic Proportional Speed Control V alve Hu Junping ,Wu Weihui ,Zhu G uihua ,Luo Chunlei (50)………………………………Abstract According to the differential pressure -electric -area com 2pensating principle ,the author makes use of the construction of forerun 2ner valve plus main valve to design high -precision heavy -flow elec 2tric -hydraulic proportional speed control valve ,which will overcome the disadvantages existed in now used heavy -flow electric -hydraulic proportional speed control valve ,the author als o tests and analyses the performance of the new valve.K ey w ords :　E lectro -hydraulic proportional S peed control valve Heavy -flow Differential pressure -electric -area compensating prin 2ciple.A Design for Tw o -w ay R otary G earing R evolving R ound H ori 2zontal AxleLiu Zhicai (53)………………………………………Abstract By analyzing the design for large -scale entertainment ma 2chines with gearings rev olving round horizontal axle ,a new tw o -way rotary gear device is presented.This device combines the characteristics of both mechanical transmission and hydraulic.Meanwhile ,the device has a simple and compact structure.The m ovement is stable and its speed can be adjusted.K ey w ords :　Entertainment machine H orizontal axle T w o -way rotation G earing(下转第6页)2。