穿孔机顶杆小车锁止机构的设计与分析

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节能降耗始终是国外无缝钢管生产所追求的目标，各大钢管生产企业纷纷加大技术开发力度，各种新专利、新产品不断涌现。国内在无缝钢管生产新技术和新工艺的开发研究也在如火如茶的进行着 I2。利用斜轧方法生产无缝钢管过程中，通常由穿孔、轧管和定减径组成，其中顶杆是穿轧过程中的主要工具，而后台小车则起着非常重要的作用--支撑顶杆、运送顶杆前进、回退等。目前后台顶杆小车多采用液压系统进行位置的锁紧和定位，成本较高，在进行新工艺研发过程中中，由于实验机组的设计要求，设计开发了-种新型的后台顶杆小车的锁止机构，在实验机组中能够满足锁止要求且运行良好，这里对锁止机构进行分析和研究 。

1 锁止机构的设计1.1设计要求为了设计合理简洁的机构，需要对斜轧穿孔过程中的后台要求进行分析。1)在穿孔过程中，顶杆前伸量的位置控制是穿孔过程能否顺利进行的重要保证，而这也是小车锁止位置的定位点(终点)；2)由于斜轧穿孔过程 中的轴向力很大，因此设计中必须考虑锁止机构的强度、刚度等问题；3)由于试验机组跨度较长大约15m，轧制中心线与顶杆中心线的能否重合关系着斜轧穿孔后毛管的质量等，因此对于二者的调整问题也是设计必须考虑的问题。

1.2机构设计及运动情况分析下面简单分析-下小车的运动情况，小车前进到定位点时，小车 自动位置锁死，穿孔完毕后小车脱开锁止机构，在卷筒钢丝或链条等外力作用下回退到初始位置，同时由挡管机构完成毛管的脱棒动作。针对设计要求及运动情况分析，设计了-种串联式六杆机构完成机构运动，同时采用较简单的导轨定位方法实现小车的定位调 训。

图l是顶杆小车锁止机构结构示意图。图2是顶杆小车锁止机构的原理简图。

图1 顶杆小车锁止机构结构示意图链传动或卷扬机 构图2 顶杆小车锁止机构的原理简图顶杆小车的定位锁止机构主要由两大部分组成，包括小车车体与导轨的定位导向部分和车体的定位锁止部分，二者的不能独立实现所有的小车的定位锁止，是-个有机整体。车体与导轨收稿日期：2013-04-19基金项目：山西守国留学人员科研资助项 目 (2012-074)作者简介：王付杰 (1975-)，男，山西运城人，博士研究生，研究方向为钢管轧制及自动化。

第35卷 第8期 2013-08(下) [1251 、1 lI5 出的定位导向机构位于小车车体的下方，由车体(1)、上导轨面 (9)、侧定位板 (10)、下定位板 (11)等组成，其中上导轨面 (9)、侧定位板 (10)、下定位板 (1 1)均可调整，可以方便的调整顶杆或芯棒中心线与轧制中心线的重合。

车体 的锁止机构 由牵引摆架 (2)、连杆(3)、摇杆 (4)、锁止块 (5)、牵引摆架(6)、锁止块挡块 (7)、锁止块挡块支架 (8)等组成。两个摆架 (2、6)连接在小车车体 (1)上，可绕销轴摆动，通过连杆 (3)、摇杆 (4)带动锁止块 (5)在滑道中上下运动，锁止块挡块(7)依靠弹簧作用，绕锁止块挡块支架 (8)的销轴摆动，在小车前后运动中实现锁止块 (5)卡入和脱出锁止块挡块 (7)的卡槽，从而实现小车的定位锁止。

2 小车锁止机构的运动学分析图3 顶杆小车锁止机 构的简图如图 1所示 ，以0为原 点建立直角坐标 系xOy，作封闭矢量多边形OABC和OADE，建立矢量方程：JOAABOCCB (1、OA-AD D-E ：由上式向X、y轴投影，建立位移方程，2 cos02 c，3 COSYA： 1 2 sin，0。2Y c1，34sin03COS cos04 (2) ， D ，YEYAl mD sin82t4 sino4式中l1、12、l3、l4分别是杆oA、AB、BC、DE长度，x 、X。为已知量、Y 0令摆角 0为已知变量，0≤0 1 Ⅱ/2，-Ⅱ/2≤0 2 0，。

Ⅱ≤0 4≤0其中：fX ，1 cos01Y lsn 01由 (2)式可得：( -Xc) ( -Yc) -l2 ，3 -213leg -Xc)COS03(y -yc)sin03]：o(3)设 ： 二 ，13为CA连线与x轴的夹角，由于OC位于X轴上，Yc0，[1261 第35卷 第8期 2013-08(下)cos -03)-2134 (x X c) Y c) - ( -tgOz Yc≥-yA 13 sin03 ㈤计算，可以获得：xDx lAD COSo2YD：Y ， D sin02 ，4 cos04 (5)yEYDl4 sino4对式(1)求1阶和2阶导数可分别获得各点的速度、加速度解，限于篇幅，这里不再给出。

3 设计计算在图2顶杆小车锁止机构的原理简图中，由于结构属于双摆杆机构，根据结构需要，设计各构件尺寸分别为：l l40； l 23 8 1.8 9 5 5： 1 340； 1 442；lAD21 1.8955；xE205；Yc0； Xc410；摇杆三角架OA在链条或钢丝牵引下，摆动到垂直位置， 0 190。，小车恒速运动到锁止块挡块处锁定。应用数学软件Mathematica[51编程对上述模型进行计算分析，解出各构件的位移方程等，同时绘制各方程曲线。图4是构件2、3、4的角位移曲线图，图5是连接点D的位移曲线图，图6是滑块E位移曲线图。由于滑块的主要作用是用来支承小车承受的轴向力，起到挡块作用，滑块E上下位移的距离是设计的重要参数，因此分析对机构的速度、角速度、动力学的分析不是重点，作为研究可以对上面的式子进行更深入的讨论，这里不再给出。图7是实验机组中顶杆小车锁止机构的现场图，应用效果很好，能够满足机组的要求。

- ，- - -- - - - 0 - -图4 构件2、3、4的角位移曲线图下转第130页 1 訇 似表3 各分区拣选时间表分 区-分 区二分 区三平均拣选时间5 结论在制造业高速发展的今天，合理的产前配送物流可以保证整个生产线的高效运行，对零部件进行科学的拣选不但可以缩短订单的反应时间，也可 以减少时间和人员的浪费，提高拣选的质量，避免错漏配的发生。

在实际企业产前配送中，应用最广泛的是人工拣选，通过分析，我们知道串行拣选方式具有更好的科学性 ，而 目前我国对人工拣选储位分配的研究还很薄弱，且多是致力于并行拣选，因此，本文选取串行拣逊境下，就储位分配问题进行研究，以均衡化为目标建立0-l数学模型，应用启发式算法对其进行求解，该算法可以应用于任意数量零部件及分区的以各分区拣选时间均衡的案例当中，为企业产前配送，零部件储位分配提供-种科学的方法，具有很强的实用价值。