双轨道全自动液压打捆机拧丝系统的研究

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全自动液压打捆机是集机-电-液于-体的高科技产品，它是利用盘条为捆扎材料，将钢材捆扎成形的包装设备，以便于钢材的运输、存储和销售。拧丝机构是液压打捆机的关键部件，它设计的是否合理将直接影响到钢材打捆的质量I1l。它解决了进口拧丝头存在的问题，克服了打捆瓣结易断裂，散捆等缺陷。它能够完成边鹏边前进的动作，减小了拧丝瓣结的内应力，从而保证打搁速度和捆扎的牢固性。 · 。

2拧丝系统的机械结构设计国内目前许多棒材生产线采用进 口瑞典某公司出品的液压打搁机，扭转头的寿命周期大约为(15-20)xl0q"的棒材产品打制捆结，国内也有部分生产厂家对其进行了国产化，但无论是进口的扭转头还是国产化的扭转头，生产实际中在进行送丝时，常有送丝受阻现象。

KNCA-71800D液压打搁机的拧丝机构存在以下问题[21：(1)拧丝时，拧丝装置与钢捆之间的距离是固定不变的，由于拧丝过程中捆结要收缩，使捆结和拧丝装置受到很大的拉力，容易造成盘条和打捆机部件的损坏。另外，当拉力达到-定的限度时，盘条就会断裂，故拧丝的角度不能太大(-般为720。)，由于拧丝拥结的角度小，使捆结的牢固度差，易造成散捆。

(2)对捆线的要求也比较严格，捆线使用前要稍稍喷洒-些柴油，帮助送线润滑。

(3)生产过程中由于捆线切头不齐，造成捆线在喂入扭转头时受阻的现象经常发生。每次盘条卡线时，都要将盘条全部抽出来，重新对盘条切头处理后，再进行喂线，给实际生产带来不便，故障率较高。

1.拧丝头 2.柱销 3.拉簧 4.液压销 I 5.液压销I 6.螺旋配合7.拧丝缸芯轴 8.通油孔 9.供油腔 I 1O.供油腔I 1 1.拧丝缸缸体l2.滑键 1 3冲 间套筒 14.轴承 15.花键 l6.扭转液压马达图 I双轨道液压打捆机拧丝机构的结构简图Fig.1 The Mechanism of Twisting Machine of Double-TrackAutomatic Hydraulic Bundling Machine为了解决以上出现的问题，设计出了能够边旋转，边前进的来稿日期 ：2012-08-15作者简介：李成群，(1963-)，男，河北唐山人，博士后 ，副教授，主要研究方向：机器人技术、工业控制和测试技术研究44 李成群等：双轨道全自动液压打捆机拧丝系统的研究 第6期拧丝机构∷服了现在应用打捆机打出捆结易散捆的情况，减小了盘条捆结的内应力，使捆结更加牢固〖虑到盘条质量对送线和夹紧的影响，以及应用与双轨道液压打捆机的特殊诚，设计出了新型拧丝头机构，其结构，如图1所示。

当棒材由辊道传到打捆的预定位置后，打捆机收到PLC发出的打捆指令。首先，驱动马达正转，驱动盘条沿预定的打捆轨道环绕棒材两周，当盘条到达预定的位置时，驱动马达反转，使盘条抽紧棒材口]。这时，通油孔8开始供油，供油腔 I和供油腔Ⅱ内充满高压油，高压油就会推动液压销I和液压销Ⅱ前进，这时，液压销 I和液压销Ⅱ就顶紧拧丝头，拧丝头就会把盘条夹紧。之后，液压马达开始供油，马达的扭矩通过中间套筒 13和滑键 12共同作用传到拧丝缸芯轴 7上，拧丝头就会旋转。同时，拧丝缸的芯轴上6处为螺旋配合 ，这样，在螺旋配合的作用下，拧丝缸芯轴就会按导程的大小前进。其中，拧丝缸前进的行程为 126mm，拧丝头旋转2圈后形成-个捆结。导程大猩由前进的行程与旋转的角 4 度计算出来。

盘条经过拧丝头I穿出，围绕着导丝轨道旋转两圈后，穿过拧丝头Ⅱ。此时，两个液压销分别压紧两个拧丝头，通过两个拧丝头分别和固定端的共同作用，把盘条压紧在对应的拧丝钳的送丝轨道中。工作时液压销前进的大小，以及拧丝钳转动的角度，都不会受彼此影响。这样，两个拧丝头就能与固定端共同作用分别压紧盘条，即使盘条的存在粗细的偏差，也不会出现由夹不紧盘条的现象。另外，由于拧丝头送丝的斜面前方是开放的，这样，即使盘条的切头不齐，也不会发生送丝受阻的现象。拧丝钳结构，如图2所示。

1.拧丝头 I 2.销子 3.拧丝头固定端 4.拧丝头Ⅱ图2拧丝钳结构图Fig.2 The Stmctu of Twisting C1arTlp由于送抽丝都要经过拧丝头，所以拧丝头必须硬度高，有-定的耐磨性。扭转头的制作材料采用冷作模具钢Crl2MoV，经过淬火及低温回火处理，使扭转头的硬度达到HRC62，这样扭转头的耐磨性及韧性都比较理想。Cr12MoV属于高碳、高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透陛，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化校加入了钼、钒，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善 。

3拧丝机构的力学计算拧丝机构的功能就是对盘条进行夹紧、形成捆结 ，这些功能都要在拧丝机构上完成，同时拧丝机构在拧丝过程中要始终对盘条进行夹紧。这就需要对拧丝机构的负载力进行详细的分析，求出完成这些动作的理论数据，包括螺旋传动的参数和选择马达型号所需的参数。

由于拧丝机构中芯轴的螺旋传动，需要芯轴正向和反向都能运动，因此该螺纹副不能有自锁I生，但是实际生产又要求拧丝缸有较大的扭矩，所以必须增大螺纹副的螺纹升角目。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以，在螺纹传动中应用最为广泛，但牙型斜角 15。，比矩形螺纹大，传动效率略低。查机械设计手册可知，钢对青铜. O.10：O.15，取0.10∩得螺纹副的当量摩擦角为：parcta arctan 5·9。 (1)选用捆扎材料为碳素结构钢Q235，盘条直径为西8。由使用要求可知，拧丝缸前进的距离应该选取-合适值，以免发生盘条被拧断或拧不紧的现象。

图3距离为L时捆结示意图Fig.3 Scheme of Knot Distance L图4距离为 时捆结示意图Fig.4 Scheme of Knot Distce L图5距离为 时捆结示意图Fig.5 Scheme of Knot Distance L”距离为 、L 、 时捆结示意图，如图 3-图5所示。

当 时所打的捆结会产生松捆的现象。当 吐 时，盘条捆结就会被拧断。所以选认适的 值，直接关系到打捆的质量目。

此数值由现场实验测绘得之。因此， 的数值确定之后，拧丝缸前进的距离也可以测得，经实验测量知拧丝钳位移为 AL126mm。

拧丝头需要旋转 810。，即2 圈，螺旋传动的导程为Jsn·P，可推导出：s 56mm，查机械设计手册，取螺距14mm，螺纹线No.6June.2013 机械设计与制造 45数n--4。根据实际使用情况，螺纹的公称直径dl10ram，因此，d2103mm，可计算出螺纹升角为：rctan arctan- 10。 (2)由于螺纹升角大于当量摩擦角，故该螺旋传动不会自锁。

下面求马达的主要技术叁数[6-7]：M Mb (3)式中： -芯轴旋转需要的扭矩； -盘条达到强度极限时的力矩；jI -拧丝钳芯轴活塞处摩擦力矩；j1 -拧丝钳芯轴活塞杆出口处的摩擦力矩。

拧丝力的计算与捆结的受力情况密切相关，对于钢捆捆结，其容易造成捆丝拧断的位置是捆结的根部，捆结根部受力示意图，如图6所示。 不能超过捆丝的强度极限∩得捆丝断裂时拧丝钳提供给捆丝的扭矩为： ·do-b·A·d460×10。×孚·0.008 185N·in (4)图6捆结根部受力分析Fig.6 The Force Analysis Diagram of the Root of Tie Knot下面求拧丝钳芯轴活塞处摩擦力矩： ㈦ 式中： -接触应力系数，a

拧丝钳芯轴活塞杆出口处其摩擦力矩为：： (6)式中：d -活塞杆的直径，m； -活塞杆圆周单位长度的摩擦力，单位N/m，根据实际使用情况，取Fo40N/m。

把以上数据代人可得：73.9N·m； 1.02N·m (7)所以，拧丝机构芯轴旋转需要的扭矩为：M d 260N。In (8)查资料可知：不带自锁的螺旋传动的机械效率 7 0.5：0.7，此处取'7。-0.6。滑键的机械效率为：720.8。所以，马达输出的转矩为：，1叼(9)又由于马达的输出转矩的表达式为： 昙 ，可得出：叮T： ： ：340mL/r (10) "，仉P 0.6 X 0.8×10 考虑到机械效率的影响，选用马达的型号为BM-D400。

摆线液压马达是-轴配流镶齿定转子副式的小型低速大扭矩液压马达，优点如下 ：(1)体积小，重量轻，它的外形尺寸比同样扭矩的其它类型液压马达小得多。

(2)转速范围广，可无级调速，最低稳定转速可达 15转份 ，安装布置方便，投资费用低。

(3)转动惯性小，在负载下容易起动，正反转都可使用，而