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1、1 緒論 1.1 研究的目的和意義 隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋材料作為必不可少的材料，也呈現(xiàn)出需求猛增的趨勢。鋼筋矯直切割機(jī)的市場需求也隨之猛增。在建筑工地上，我們常見的鋼筋大體上分為兩類：熱軋鋼筋和冷軋帶肋鋼筋。關(guān)于熱軋鋼筋的分類，又可以繼續(xù)分為熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋[1]。從外觀上看，熱軋光滑圓鋼的表面無螺紋突起，表面光滑，而熱軋帶肋鋼筋的表面有人字形凸起或月牙形 或螺紋狀。這種鋼筋在建筑工地上起著十分重要的作用，可以增強(qiáng)鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力，使建筑更加結(jié)實可靠。熱軋帶肋鋼筋有很多用途。它用于房屋，道路，橋梁和其他主要承重項目的建設(shè)。目前在市場和建筑工地上，我們發(fā)現(xiàn)最常見和

2、最常購買的鋼筋就是HRB400帶肋的[2]。冷軋帶肋鋼筋與熱軋鋼筋的區(qū)別在于屈服強(qiáng)度高于熱軋鋼筋，但塑性較差，強(qiáng)度高于熱軋鋼筋。硬度也比較硬，但比熱軋鋼脆。因此，通常在現(xiàn)澆板上使用冷軋帶肋鋼筋。如果用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，則可以節(jié)省50?70kg / m3的水泥。如果用于非受力部件，則可以節(jié)省20％?40％的鋼材，在很大程度上降低了成本。 在我們當(dāng)?shù)氐匿摻罱ú氖袌鲞M(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的鋼筋建材企業(yè)屬于私人企業(yè)，生產(chǎn)的規(guī)模較小，生產(chǎn)的效率也比較低。有的鋼筋矯直切割機(jī)設(shè)備還是21世紀(jì)初的老設(shè)備，占地面積較大，所采用的是孔模式轉(zhuǎn)轂矯直法，鋼筋調(diào)直的速度比較慢，表面還存在比較重的劃傷，該模式的旋轉(zhuǎn)摩擦力較大

3、，磨損很快，消耗大，需要經(jīng)常更換矯直裝置。 為此，在對現(xiàn)有鋼筋調(diào)直切割機(jī)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行查閱和現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用國內(nèi)外先進(jìn)的鋼筋調(diào)直切割機(jī)來進(jìn)行分析其優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計了一種用于冷軋帶肋鋼筋校直切割機(jī)，設(shè)計輕巧，對裝置本身的成本和運(yùn)輸?shù)某杀揪薪档?[7]，改進(jìn)了在矯直裝置的技術(shù)上的難點(diǎn)和解決了`存在的一些問題，對承料槽進(jìn)行了優(yōu)化的改進(jìn)設(shè)計，為保證能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)長度自動切斷增加了行程開關(guān)。 1.2 冷軋帶肋鋼筋的概述 平時常見的鋼筋分類，有以下幾種：熱軋光圓鋼筋、普通熱軋鋼筋、細(xì)晶粒熱軋鋼筋、余熱處理鋼筋、冷軋帶肋鋼筋、冷拔低碳鋼絲等許多種類[8]。 由于冷軋帶肋鋼筋與混凝土之間的相互作用之

4、后，其粘結(jié)錨固性能比較好，所以一般用于構(gòu)件之中，關(guān)于構(gòu)件錨固區(qū)的開裂、鋼絲滑移產(chǎn)生的破壞等問題，從根本上被解決了，而且構(gòu)件端部的承載能力和抗裂能力都有所增強(qiáng)。在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，與光圓鋼筋和熱軋螺紋鋼筋進(jìn)行比較，裂縫的寬度也比較小。 冷軋帶肋鋼筋常見的牌號分別是CRB550、CRB650、CRB800、CRB970[9]。在中國冷軋帶肋鋼筋的參考標(biāo)準(zhǔn)為GB 13788-2008，CRB550級鋼筋材料主要的用途是在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件當(dāng)中作為重要承受力的鋼筋，而CRB650和CRB800級別的冷軋帶肋鋼筋材料的主要用途是可以在建筑工程項目預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工中作為重要承受力的鋼筋[2]。在鋼筋混凝土的

5、結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，我們通常采用的是極限狀態(tài)設(shè)計方法，利用分項系數(shù)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)的承載力計算，所應(yīng)采用的數(shù)值為荷載設(shè)計值，而在變形、抗裂及裂縫寬度驗算是，應(yīng)選取相應(yīng)的荷載代表值。在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計算中，需要參考中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ9595冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中的第5條規(guī)定，鋼筋在受力的情況下，最小的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)該從鋼筋的外邊緣計算。 在國內(nèi)市場上我們經(jīng)常見到的鋼筋，除了剛剛所講的三面的帶肋鋼筋以外，還有兩面帶肋結(jié)構(gòu)，這些鋼筋只有很少的鋼筋生產(chǎn)廠生產(chǎn)，生產(chǎn)的部分鋼筋表面有壓痕。極少數(shù)的生產(chǎn)廠家，其生產(chǎn)的鋼筋表面還帶偶螺紋，目的是為了減少肋周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。 1

6、.3 國內(nèi)外關(guān)于矯直切斷設(shè)備的研究現(xiàn)狀 建筑行業(yè)的發(fā)展對切割機(jī)的研究有很大的推動作用，因此需求也大大增加，國內(nèi)外對鋼筋矯直切割機(jī)的研究也持續(xù)關(guān)注。但是由于歷史原因，我國在這方面的技術(shù)起步比較晚，因此總體上是落后于國際先進(jìn)技術(shù)。在矯直技術(shù)方面，國外研究的進(jìn)度快于國內(nèi)，如德日兩國等。我國相對來說研究進(jìn)展較慢，在很多技術(shù)是明顯處于一個落后的狀態(tài)，但是經(jīng)過一批批國內(nèi)精英人才的研究，我們在技術(shù)上基于自身的設(shè)計水平上有了許多方面的突破，部分的研究成果水平處于較為先進(jìn)的地位，但仍需加大研發(fā)力度。從整體來說，目前國內(nèi)的鋼筋矯直標(biāo)準(zhǔn)僅處于一般水平，其切割的高精度和高質(zhì)量對現(xiàn)在的技術(shù)來說很難達(dá)到。為此，我國的鋼

7、筋矯直裝置還需依賴采購，增加了成本，技術(shù)方面也受制于人。 國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員在理順理論和技術(shù)的研究上也付出了巨大的努力，其中一些成果已為之指明了方向。例如，1998年河北省企業(yè)技術(shù)發(fā)展計劃第二批上市的GTK6/12數(shù)控冷控制肋筋校直切割機(jī)。通過數(shù)控技術(shù)來提高矯直質(zhì)量，矯直后鋼筋的表面不會出現(xiàn)明顯的劃痕。自動化的水平明顯提高，并實現(xiàn)定長切割和計數(shù)。 目前市面上的矯直技術(shù)有以下幾種： a.調(diào)直模式：從矯直方面來說，矯直后的鋼筋比較直，設(shè)備控制簡易。但是矯直速度比較低，而且鋼筋的加工表面劃傷嚴(yán)重，工作噪聲大，磨損大，需要經(jīng)常進(jìn)行更換，提高了成本。 b.曲線輥式：從矯直速度來看，比調(diào)直模式要快，

8、矯直質(zhì)量也比調(diào)直模式的好，而且易控制。但鋼筋的加工表面劃傷也較重，工作噪聲大，但是這是屬于滾動摩擦，磨損相比較調(diào)直模式較?。煌ǔＳ迷趯︿摻畋砻尜|(zhì)量要求低和各種光圓鋼筋的場合。 c.對輥式：從矯直速度來看，要比其他三種方式要快，工作噪聲比較小，但被加工鋼筋表面也有輕微的劃傷；從鋼筋調(diào)直質(zhì)量來看，與其他三種方式相比質(zhì)量較低，對控制的要求比較嚴(yán)。 d.調(diào)直和對輥復(fù)合式：與其他三種方式相比，鋼筋調(diào)直質(zhì)量比較好，而且設(shè)備容易控制。從調(diào)直速度方面來看，與其他三種方式進(jìn)行比較，高于b類型，低于c類型。相比有明顯的缺點(diǎn)，在加工后的鋼筋表面會留下輕微劃傷，優(yōu)點(diǎn)是其工作時制造的噪聲比較小；適用于各種鋼筋的矯直

9、。 1.4 研究的主要內(nèi)容 1.4.1 研究內(nèi)容 本論文是針對于冷軋帶肋鋼筋，設(shè)計一臺矯直切割機(jī)，滿足建筑施工要求。列舉出總體的機(jī)器可行的設(shè)計方案。根據(jù)設(shè)計方案，本文對鋼筋矯直切割機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、傳動裝置、矯直裝置、切斷裝置進(jìn)行了設(shè)計，從結(jié)構(gòu)上保證實現(xiàn)鋼筋矯直定長自動切割。 1.4.2 研究方法 在中國知網(wǎng)，萬方等數(shù)據(jù)庫上，對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行相關(guān)的查閱，對鋼筋的基本結(jié)構(gòu)、分類、用途有了一定的了解，然后去當(dāng)?shù)氐慕ㄖさ剡M(jìn)行調(diào)研，針對現(xiàn)有的鋼筋矯直技術(shù)，分析其優(yōu)劣，確定合理的運(yùn)動方案；通過增加了凸輪結(jié)構(gòu)、行程開關(guān)分別改進(jìn)了切割技術(shù)，實現(xiàn)根據(jù)指定長度自動切斷。然后將這些可行方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)剖

10、析，確定最后的設(shè)計方案。 13 2 總體方案的確定 2.1 鋼筋尺寸的要求 在鋼筋矯直切割機(jī)工作過程中，主要由送料機(jī)構(gòu)、矯直裝置、切割裝置和落料機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對鋼筋的矯直和切斷，采用斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直能夠保證對鋼筋的磨損減少，并高效實現(xiàn)矯直。本文設(shè)計要求的鋼筋直徑為4~12mm，鋼筋的抗拉強(qiáng)度為650MPa。 2.2 鋼筋矯直切割機(jī)的機(jī)理分析 在鋼筋矯直切割機(jī)工作過程中，首先將冷軋帶肋鋼筋插入送

11、料機(jī)構(gòu)，矯直裝置采用的是斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直方法，該方法可以將鋼筋通過壓緊輪進(jìn)給進(jìn)行移動。在鋼筋進(jìn)給的過程中，矯直裝置中的斜輥輪會對鋼筋進(jìn)行矯直，在這過程當(dāng)中，鋼筋是不會轉(zhuǎn)動的，斜輥輪與鋼筋保持著一定角度，繞著自身的軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)，在斜輥輪的自轉(zhuǎn)過程中，鋼筋的各個斷面將受到許多次的彈性彎曲，最后鋼筋被矯直。矯直后的鋼筋繼續(xù)沿直方向移動，移動到一定的尺寸會碰到行程開關(guān)，兩個電磁離合器進(jìn)行運(yùn)作，電磁離合器1將斷開矯直裝置的矯直運(yùn)動，電磁離合器2將使切斷裝置的切刀下移進(jìn)行切割，切割裝置中的切刀是在凸輪機(jī)構(gòu)上，鋼筋切斷后，行程開關(guān)關(guān)閉，切刀回到原來位置，矯直裝置繼續(xù)矯直，如此進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動。最后實現(xiàn)鋼筋的矯直，

12、定長并自動切斷，落料。 2.3 方案分析及確定 本臺機(jī)器主要是圍繞鋼筋傳動裝置、矯直裝置、切斷裝置和整體的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，通過壓緊輪和矯直裝置帶動鋼筋移動。在鋼筋矯直后進(jìn)給的過程中，斜輥輪與鋼筋保持著一定角度，繞著自身的軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)；切割裝置由凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制，切刀繞軸心上下轉(zhuǎn)動，行程開關(guān)打開后，電磁離合器打開，切刀下移，最后鋼筋在落料機(jī)構(gòu)下實現(xiàn)落下。 2.3.1傳動裝置 在傳動裝置的設(shè)計中，上料的方式有開卷式和非開卷式，非開卷式的傳動裝置雖然能夠完成鋼筋進(jìn)料過程，但也有明顯的缺點(diǎn)，如傳動方式單一、放線時容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)速度慢、等問題；開卷式的設(shè)備比較復(fù)雜，放線速度比較快、鋼筋不會發(fā)現(xiàn)

13、扭轉(zhuǎn)，但是該設(shè)備的設(shè)計成本比較高，主要適用于高速的矯直工作狀態(tài)。 2.3.2矯直裝置 在矯直裝置的設(shè)計中，矯直的方式有以下四種：調(diào)直模式、曲線輥式、對輥式和調(diào)直模式+對輥的復(fù)合式[3]。調(diào)直模式從矯直方面來說，矯直后的鋼筋比較直，設(shè)備控制簡易。但是矯直速度比較低，而且鋼筋的加工表面劃傷嚴(yán)重，工作噪聲大，磨損比較多，需要經(jīng)常進(jìn)行更換，提高了成本；對輥式和調(diào)直模式+對輥的復(fù)合式，鋼筋的矯直效果都比較好，矯直速度也比較快，表面劃傷也比較輕微，工作噪聲比較小，但是整體比較復(fù)雜，制造比較困難，成本也很高。因此我們采用的是曲線輥式，矯直的效果比較好，速度比較快，并且比較容易控制，成本比較低。采用這

14、種矯直方式既可以提升矯直效率，又可以節(jié)約成本。 2.3.3切斷裝置 在切斷裝置設(shè)計中，目前切斷方式按驅(qū)動方式的分類有錘擊切斷方式、飛剪切斷方式和液壓切斷方式三種[4]。飛剪切斷方式一般來說，主要用于高速鋼筋的調(diào)直，很少出現(xiàn)連切現(xiàn)象，但是它的缺點(diǎn)是工作的噪聲會比較大，而且定位的精度不高，工作不連續(xù)，這種切斷方式一般情況下適合大、中直徑的鋼筋進(jìn)行被切斷；液壓切斷方式，這種方式我在調(diào)研時看到過，一個單獨(dú)的液壓裝置進(jìn)行驅(qū)動，雖然他有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如說工作的噪聲比較小且不會出現(xiàn)連續(xù)切割的現(xiàn)象，比較適合中、小直徑的鋼筋，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，占地面子比較大，成本比較高；錘擊切斷方式定尺寸誤差比較小，雖然噪

15、聲比較大，但是通過凸輪機(jī)構(gòu)連接，占地面積比較小，成本比較低，在矯直速度方面和切割鋼筋的直徑方面也滿足要求，因此采用的切斷方式是錘擊切斷方式。 2.3.4落料機(jī)構(gòu) 落料裝置在鋼筋矯直切斷機(jī)中起著一個輔助作用，對鋼筋矯直切斷機(jī)實現(xiàn)整體的功能來說，這是一個必不可少的部分。落料裝置在鋼筋矯直切斷機(jī)上主要起的作用是承料和落料，裝置結(jié)構(gòu)簡單并要求動作流利速度快，并且同時保證對切割后的鋼筋沒有任何劃傷。落料機(jī)構(gòu)對被矯直的鋼筋進(jìn)行支撐的作用，是在鋼筋被定尺寸切割之前；鋼筋定尺寸切割之后，要是切割后的鋼筋迅速落下，對后面的繼續(xù)矯直鋼筋起著承料作用。 2. 4 機(jī)器的組成 鋼鋼筋矯直切割機(jī)

16、在工程建筑，水利電力工程，道路橋梁的建設(shè)等領(lǐng)域起著非常重要的作用。為了滿足市場的需求，因此對鋼筋矯直切斷機(jī)有較高的要求。高精度高速度保證鋼筋按照設(shè)定的尺寸實現(xiàn)自動進(jìn)行切斷，完成落料。這就對設(shè)備的要求較高，不僅要易于操作，還要保證操作人員的安全和便利，同時也要提高裝置的部件使用壽命，實現(xiàn)矯直裝置的高精度和高質(zhì)量以及高完成度，并且不會對矯直的鋼筋不造成損傷。圖2-1為機(jī)器工作原理圖。 圖2-1 鋼筋矯直切斷機(jī)工作原理示意圖 3 矯直裝置的設(shè)計 鋼筋通過鋼筋導(dǎo)入管進(jìn)入矯直裝置，矯直裝置的作用有兩個，主要的作用是將鋼筋各個截面進(jìn)行反復(fù)彎曲，使鋼筋進(jìn)行變直。另一個作用就是送料的

17、作用，將矯直好的鋼筋繼續(xù)向前前進(jìn)。 3.1 鋼筋矯直裝置的選取和分析 生活中我們常見的矯直設(shè)備一般分為五類，不過用于盤起來的鋼筋矯直的設(shè)備有以下四種[8]： 反復(fù)彎曲式矯直：該矯直方法是最早用來進(jìn)行矯直鋼筋，可實現(xiàn)重復(fù)多次的不同彎曲程度的反向彎曲達(dá)到矯正的目的，整個過程簡單直觀易操作。如壓力矯正機(jī)及輥式矯直機(jī)，它們通過壓頭或輥子，對鋼筋在同一個平面內(nèi)進(jìn)行多次往返壓彎，逐漸轉(zhuǎn)變壓彎量，一直壓到壓彎量與彈復(fù)量近似，則鋼筋被矯直。 拉伸矯直：將一整根的鋼筋進(jìn)行同時的拉伸，鋼筋一整根被矯直，矯直的效率比較快，但是在進(jìn)行矯直的過程中，如果受力不均勻的話，很容易將整根鋼筋拉扯開裂。在進(jìn)行拉伸的過程

18、中，拉伸矯直的效果是與鋼筋的彎曲形狀沒有關(guān)系，是通過拉伸將長度不一樣的原始縱向纖維拉伸成相等的長度，等其塑性變形之后進(jìn)行卸載，鋼筋被矯直。通過拉伸變形來達(dá)到良好的拉直效果，這就是拉伸拉直。 拉彎式矯直：該矯直方法和拉伸矯直方式相似，優(yōu)點(diǎn)是兩者矯直方式都是需要很小的動力就能夠進(jìn)行矯直，但是存在的缺點(diǎn)也很明顯，縱向長度相對橫向長度較長，在與切斷裝置進(jìn)行配合使用時，設(shè)備的占地面積很大，定尺寸切割困難，很難達(dá)到我們所需要的理想的效果。 旋轉(zhuǎn)彎曲矯直：在塑性變形狀態(tài)下工件從較大的恒定彎矩區(qū)域過渡到較小的恒定彎矩區(qū)域的過渡部分，當(dāng)從塑性區(qū)域出來時，它會進(jìn)行前進(jìn)和矯直。鑒于上述簡單的反向彎曲矯直的問題，

19、對于具有圓形橫截面或圓形橫截面的條，如果能夠在反向彎曲矯直的同時旋轉(zhuǎn)它們，則可以獲得完全圓形的矯直效果。在經(jīng)歷大的彈塑性變形以后，圓形材料的軸向纖維會接近相同的彈性。彈性會隨著不斷增加來回塑形的次數(shù)變得越穩(wěn)固，同時矯直質(zhì)量也相對提高。旋轉(zhuǎn)彎曲對鋼筋產(chǎn)生的塑性彎曲會在整個圓周方向上對鋼筋進(jìn)行一個消除彎曲，最后鋼筋就變直了。 經(jīng)過綜上分析，對鋼筋進(jìn)行矯直的方法，經(jīng)過比較，我們采用的方案是旋轉(zhuǎn)彎曲矯直。 3. 2 旋轉(zhuǎn)彎曲矯直中矯直方法的選取和分析 在生活中我們常見的旋轉(zhuǎn)彎曲矯直方法有以下兩種： 1. 孔模式轉(zhuǎn)縠矯直法： 這種矯直方法的工作原理是孔中有許多的上下不一的孔縠，這些孔縠是

20、對鋼筋起著反復(fù)彎曲的作用，在孔縠的兩端有兩個孔縠是在同一水平的，這兩個孔縠的作用是為了定位鋼筋。鋼筋經(jīng)過孔縠的多次反復(fù)的彎曲，然后變直。這種矯直方法是旋轉(zhuǎn)彎曲中最早用于進(jìn)行矯直鋼筋，發(fā)展的比較久，因此存在許多的問題，首先因為孔縠里面上的孔上下不一，對鋼筋進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲矯直時，摩擦的阻力會比較大，對孔的磨損比較大，對于鋼筋可能劃傷會比較多。還有就是孔模式轉(zhuǎn)縠矯直法只起著矯直的作用，不能將被矯直好的鋼筋進(jìn)行傳送，那么我們需要設(shè)計一對帶有動力的壓緊輪進(jìn)行傳動運(yùn)動。當(dāng)然該矯直方法也存在一些優(yōu)點(diǎn)，比如孔縠內(nèi)部的構(gòu)造簡單，造價可能會低一點(diǎn)。 2. 斜輥式轉(zhuǎn)縠矯直法： 關(guān)于這種矯直方法，其工作原理是在旋轉(zhuǎn)

21、轂的內(nèi)部，在里面設(shè)計了許多個用于矯直鋼筋的輥子，這些輥子為了組成許多個彎曲單位，來進(jìn)行更好的矯直鋼筋，將這些輥子設(shè)計成與鋼筋有一定的角度，在旋轉(zhuǎn)的過程中這些輥子是繞著自身的軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)的過程也是鋼筋被矯直的過程。因為鋼筋受到多個彎曲單位進(jìn)行反復(fù)的彎曲，所以鋼筋變直。利用該矯直方法進(jìn)行矯直的話，因為是屬于后來的矯直方法，其很多功能是克服了孔模式存在的問題。因此在與孔模式轉(zhuǎn)縠矯直法進(jìn)行比較，其有以下優(yōu)點(diǎn)，首先就是關(guān)于克服摩擦的問題，因為是斜輥式利用的是滾動摩擦，而孔模式是滑動摩擦 ，所以其摩擦阻力要小的多，磨損小了，那么從總體來說，其壽命也會增加，就會降低成本。再一個就是關(guān)于兩種矯直方法的功

22、能問題。因為孔模式的矯直方法他的作用僅僅就是進(jìn)行鋼筋的矯直，而對于斜輥式的來說，其作用不僅僅是對鋼筋的矯直，而且將被矯直的鋼筋進(jìn)行一個傳送。 經(jīng)過上述的分析，通過對兩種矯直方法的研究比較，本論文矯直裝置的矯直方法我選用的斜輥式轉(zhuǎn)縠矯直法。 3.3.3 矯直裝置的矯直速度 為鋼筋在進(jìn)入矯直裝置時向前移動的速度，也稱為矯直速度。從目前的研究現(xiàn)狀來看，關(guān)于矯直速度的計算和理論相對較少，大多根據(jù)經(jīng)驗來判斷，缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型計算與統(tǒng)計。以下的公式是經(jīng)驗公式： （3-3） 鋼筋的向前移動的速度為：

23、 （3-4） 為了盡可能的減少誤差，我們引入修正系數(shù)（一般取值在0.92~0.96），得： （3-5） 4 切斷裝置的設(shè)計 切斷裝置的工作原理：盤料鋼筋首先進(jìn)入矯直裝置，矯直裝置內(nèi)部有許多矯直輥子，矯直筒帶著矯直輥子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，反復(fù)彎曲鋼筋后，鋼筋變直。被矯直的鋼筋繼續(xù)前進(jìn)，鋼筋達(dá)到一定的尺寸之后會觸碰信號的發(fā)生器，然后信號會被傳達(dá)到切斷裝置，切斷裝置的的切刀將鋼筋進(jìn)行切割，切斷之后切刀返回到原來位置。 4.1 切斷形式的分類 如圖6所示，我們生活中常見切斷裝置的切斷方式有以下三種方式：a旋

24、轉(zhuǎn)式剪切b上下移動方式剪切c下切方式剪切[6]。 圖4-1 三種剪切方式 傳遞信號的發(fā)生器我們常見的有以下三種情況： 1. 機(jī)械信號：這種信號的傳遞精度是三種情況中最高的，誤差非常的小，可以保證其偏差在1mm之內(nèi)。主要是由于機(jī)械信號是通過機(jī)械的剛性連接進(jìn)行傳遞，所以響應(yīng)接受信號的時間很快，傳遞信號時間的誤差也就非常得小。 2. 行程開關(guān)的電信號：關(guān)于這種信號的傳遞主要有兩種方式，這種形式進(jìn)行傳遞信號的時間要比機(jī)械信號的慢，它所能保證的信號偏差在5~30 mm之內(nèi)。 3. 光電編碼盤的電信號：這種信號主要是用于數(shù)控機(jī)床，自動化的程度比較高，通過編程可以直接進(jìn)行定尺寸

25、切斷，它傳遞信號的時間與行程開關(guān)相同，所能保證的偏差在5~30 mm之內(nèi)。 針對于傳遞信號的誤差我通過舉例子的方式進(jìn)行解釋說明： 假設(shè)我們所需要的剛筋的尺寸是10m。如果在矯直的過程，被矯直鋼筋向前傳遞的速度為0.5m/s，那么傳遞信號后鋼筋的誤差為5mm，切斷裝置接受信號后的響應(yīng)時間偏差要小于等于0.01s；如果在矯直的過程，被矯直鋼筋向前傳遞的速度改為1m/s，那么傳遞信號后鋼筋的誤差為5mm，切斷裝置接受信號后的響應(yīng)時間偏差要小于等于0.005s。 此次切斷裝置的設(shè)計，我們選用的切斷方式下切式剪切的方式。通過查閱資料和市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，下切方式剪切如果按照驅(qū)動切刀的方式進(jìn)行分類，可以分

26、為以下三種方式：a液壓式，調(diào)研時的設(shè)備采用的就是液壓式，雖然它的動力比較足，但是由于額切斷的驅(qū)動裝置是一個獨(dú)立的個體，因此設(shè)計出來的設(shè)備占地面積相對較大，成本比較高，性價比不高。b擺動式,切斷裝置的切刀進(jìn)行切斷時，切刀運(yùn)動的幅度比較大，對機(jī)構(gòu)的剛度要求比較高。c錘擊式，可以采用曲桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊。綜上分析，我們選用的是錘擊式作為切斷裝置的驅(qū)動力。信號的發(fā)生器我所選取的行程開關(guān)。被矯直好的鋼筋觸碰到行程開關(guān)，電磁離合器打開，切斷裝置進(jìn)行操作，切刀隨著曲桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行切斷鋼筋，切斷后切刀復(fù)位，鋼筋下落，行程開關(guān)復(fù)位，電磁離合器斷開，切斷裝置完成切斷運(yùn)動。切斷裝置的簡單示意圖如圖7所示:

27、 圖中：1為切刀的架子；2為切刀；3為曲桿；4為凸輪 圖4-2切斷裝置示意圖 4.2 切斷裝置的設(shè)計計算 我們主要是通過定尺寸鋼筋的長度誤差來分析計算其是否滿足要求，鋼筋所需要滿足長度誤差要求為5 mm之內(nèi)。通過整體的分析可以得出，在設(shè)計計算時，鋼筋被切斷的誤差主要是與切斷鋼筋所需要的時間有關(guān)。 切斷鋼筋所需要的時間總共包括三部分，切斷時間，送料時間，以及反應(yīng)時間。反應(yīng)的時間我們需要考慮電磁離合器的接通時間0.004s和斷開時間0.005s。切刀切完鋼筋后，銜鐵吸引切刀的時間為0.002s。假設(shè)鋼筋的切斷長度為L，則： 切斷時間 送料時間

28、反應(yīng)時間 切斷裝置的總時間為 切斷裝置定尺寸切斷鋼筋的誤差值為滿足要求 5 落料裝置的設(shè)計 在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，落料裝置很簡陋，只是用一個角剛只是起著承料作用，沒有實現(xiàn)落料的作用。在設(shè)計的時候，我選用的也是一個角鋼作為承料，這個角鋼的角度是大于90度的，能夠保證被矯直的鋼筋切斷之后，在重力的作用下能夠自由滾落。角鋼的每隔一段位置會鉆有銷孔，目的是為了進(jìn)行行程開關(guān)的定位作用。行程開關(guān)的作用，目的上一節(jié)已經(jīng)闡述過，是為了實現(xiàn)鋼筋定尺寸的切割。鋼筋被矯直的過程中，為了防止鋼筋自由下落，為此，我們在原有的基礎(chǔ)之上增加了一排的鉤子。鉤子一排都連在一根主軸上，當(dāng)切斷裝置切割完畢后，裝擊主軸上

29、的推桿，致使主軸會順時針旋轉(zhuǎn)，鋼筋就會順勢下落。鋼筋下落之后，主軸上裝有回程彈簧，彈簧將鉤子拉回到原來的位置，繼續(xù)起著承料作用，防止鋼筋掉落。 圖中：1為行程開關(guān)；2為鉤子；3為彈簧；4為角鋼。 圖8 落料裝置的示意圖 此次落料裝置的設(shè)計是通過調(diào)研，在原有設(shè)備上進(jìn)行的一個改進(jìn)。改進(jìn)之后的設(shè)備可以實現(xiàn)矯直好的鋼筋被切斷之后自由掉落，并且在未切斷之前還能夠不掉落。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，盡可能的簡單，降低成本，提高落料裝置的性價比。落料裝置的示意圖如圖8。 6 傳動裝置的設(shè)計 傳動裝置的設(shè)計總共有兩條需要設(shè)計的路線： 一條是鋼筋的送料和矯

30、直，利用的三級減速進(jìn)行傳遞運(yùn)動。一級減速采用的是帶輪傳動，因為帶輪直接與電動機(jī)相連，可以起到緩沖、吸振等優(yōu)點(diǎn)，并安裝張緊輪，確保有足夠的張緊力。二級減速采用的是齒輪傳動，選用齒輪減速有許多好處，比如齒輪傳動比準(zhǔn)確而且傳動范圍大，傳動的效率比較高，使用的壽命長等。三級減速采用帶輪傳動，是因為傳動的中心距比較大，如果選用齒輪的話，齒輪的尺寸可能會比較大，制作的成本比較多，再一個就是這一級的傳動是在懸臂端，為了減少對軸的剛度要求。 另一條是鋼筋的切斷。被矯直的鋼筋碰到行程開關(guān)后要前進(jìn)停止，切斷裝置進(jìn)行運(yùn)作，利用的是二級減速進(jìn)行傳遞運(yùn)動。一級減速采用的也是帶輪傳動，二級采用的也是齒輪傳動，齒輪傳動之

31、后，由曲桿機(jī)構(gòu)帶著切刀進(jìn)行下切，切斷鋼筋。 6.1 電動機(jī)的選取 電動機(jī)的選取，我采用的方法是求取最粗的鋼筋所需要的最小的切斷力，轉(zhuǎn)換成所需的做切斷功率，再利用各機(jī)構(gòu)的傳動效率反求出電動機(jī)的工作功率。 6.1.1 切斷鋼筋所需力的計算 切斷鋼筋所需要達(dá)到的條件是：剪應(yīng)力要大于許用剪應(yīng)力，鋼筋才會被剪斷。公式表達(dá)式為： 。本文選取的鋼筋直徑為4~14mm，這里我們選取最大的鋼筋粗度：mm。通過查閱相關(guān)的資料，我們可以了解到鋼筋的許用剪應(yīng)力： MPa，在這里，為了保證鋼筋能夠被剪斷，我們選取最大的許用剪應(yīng)力142 MPa。 如此我們可以計算出切斷裝置所需要的最小的切斷力為：

32、 （6.1） 將所需要的切斷力進(jìn)行圓整Q=22000N。 6.1.2 功率計算 通過查閱資料，可以得出切斷處的功率： (6.2) W 通過查閱資料，我們可以得出在傳動時，各個零部件的傳動效率：滑動軸承的效率為；帶傳動的工作效率為；連桿傳動的效率為；齒輪減速的工作效率為；滾動軸承的傳動效率為。 通過上述的傳動路線可以得到系統(tǒng)總的傳動：

33、 (6.3) 電動機(jī)所需要的最小功率為： kw (6.4) 通過查閱資料，選取的電機(jī)為：Y系列封閉式三相異步電動機(jī)，代號為Y132S1-2，輸出功率為2.2kw，輸出速度為960 r/min。 6.2 齒輪傳動設(shè)計 6.2.1齒輪各參數(shù)的確定 1.齒輪類型：齒輪均為直齒圓柱齒輪。 2.材料類型：小齒輪選用的材料為40Cr鋼調(diào)制；大齒輪選用的材料是45鋼調(diào)制。小齒輪的材料要比大齒輪的材料要硬40HBS左右。 3.齒數(shù)以及齒數(shù)比的確定：選小齒輪的齒數(shù)為，大齒輪的齒數(shù)為.則齒數(shù)比結(jié)

34、果為:2.1。 4.精度等級：因為該設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，精度要求不高，所以選取精度等級為9級。 5.齒輪圓周速度： (6.5) 6.小齒輪的轉(zhuǎn)矩:帶傳動的效率為η= 0.94~0.97，取，kw (6.6) (6.7) 7.尺寬系數(shù)：查閱相關(guān)資料，取=0.6。初估小齒輪的直徑mm，則小齒輪的齒寬為mm。 8.重合度系數(shù)Zε、Yε：查閱相關(guān)資料，可以得到重合度的公式為:

35、 (6-8) 查閱相關(guān)資料，可以得到： (6-9) (6-10) 9.載荷系數(shù) 、：查閱相關(guān)資料，可以確定得到：使用系數(shù)；動載系數(shù)。 (6.11) 齒面的接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù) (6.12) 齒根的彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù) (6.13) 載荷系數(shù) (6.14) 載荷系數(shù) (6.15) 6.2.2

36、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計小齒輪的直徑 1.求大齒輪和小齒輪的許用應(yīng)力、 （1） 齒輪的使用壽命：如果矯直切斷機(jī)中切斷裝置的壽命要求是10年，一年要求工作滿300天，每天的工作時間為八個小時，則該矯直切斷機(jī)齒輪的使用壽命為h （2） 齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： (6.16) （3） 壽命系數(shù) 、和疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)：根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，通過查取資料可以得到、、 （4） 許用應(yīng)力 、 ： (6.17)

37、 (6.18) 2.彈性影響系數(shù)和節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： 、 3.小齒輪直徑: (6.19) 4.中心距、模數(shù)、分度圓直徑, 、齒寬，： 中心距 圓整中心矩取108mm (6.20) 模數(shù) (6.21) 分度圓直徑： (6.22) 齒輪齒寬：大齒輪 (6.23)

38、 小齒輪 6.2.3 按齒根抗彎疲勞進(jìn)行強(qiáng)度驗算 根據(jù)以下兩個公式進(jìn)行齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗算： (6.24) (6.25) 1.應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、： (6.26) 2.壽命系數(shù)、 ，尺寸系數(shù)，安全系數(shù)，極限應(yīng)力、等參數(shù)選擇： 、，，，MPa、MP 3.許用彎曲應(yīng)力、 ： (6.27) (6.28) 4.齒形系數(shù)、

39、、應(yīng)力修正系數(shù)、 ：通過查閱資料得 ， ， 5彎曲疲勞強(qiáng)度的校核： 齒根彎曲應(yīng)力： (6.31) (6.32) 大小齒輪的齒根彎曲應(yīng)力均小于大小齒輪的許用彎曲應(yīng)力，因此該齒輪的設(shè)計滿足要求。 22 7 結(jié)論 此次畢業(yè)論文設(shè)計的鋼筋矯直切斷機(jī)參考的是金賀榮教授的數(shù)控冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機(jī)，結(jié)合市場上的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計主要包括鋼筋傳動裝置的傳動方案中傳動路線的設(shè)計、矯直裝置的矯直方式的選取、切斷裝置的方式

40、選取以及計算和落料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。 本次設(shè)計首先從傳動裝置中發(fā)動機(jī)的選取開始，接著對矯直裝置方案的選取進(jìn)行了分析選取，然后對切斷裝置進(jìn)行分析選取，最后是對落料裝置的設(shè)計。這是我第一次進(jìn)行這樣的綜合性的設(shè)備設(shè)計，肯定存在一些考慮不周到的地方，在設(shè)計的過程中，我所選用的零部件大部分是通用的零件，因此在標(biāo)準(zhǔn)件的選用方面可能存在不足的地方。還有在傳動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，鋼筋在進(jìn)行被矯直的時候，可能造成動力的損耗比較多。 此次設(shè)計，我是經(jīng)過在市場調(diào)研之后進(jìn)行的設(shè)計，本著降低成本，提高性價比的設(shè)計原則進(jìn)行的設(shè)計。因此在矯直裝置方面矯直的效果方面可能也會存在不理想的問題，考慮不足的地方，希望老師能夠批評

41、指正，我會努力研究解決存在的問題。 通過此次的設(shè)計，真的學(xué)到了很多，感覺自己像是醍醐灌頂一樣，將自己的知識進(jìn)行了一個融會貫通，能夠綜合考慮問題并且將學(xué)過的機(jī)械知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，理論知識與實踐相結(jié)合，讓我的專業(yè)水平也有了很大的提高，為今后的就業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。  參 考 文 獻(xiàn) 【1】韓曉敏.鋼筋的分類及等級的劃分[J].河北企業(yè),2016(05):163-164. 【2】李佩.冷軋帶肋鋼筋在建筑施工中的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾,2018(31):9-10. 【3】田野． 我國鋼筋調(diào)直切斷機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.建筑機(jī)械化， 2005( 1) : 23-24． 【

42、4】陳士忠,蘇偉,王永華, 等.鋼筋調(diào)直切斷機(jī)切刀刃角對飛剪切斷效果影響的數(shù)值模擬[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2019,35(4):731-740. DOI:10.11717/j.issn:2095-1922.2019.04.19. 【5】郭洪淼,劉鳳艷.鋼筋矯直過程的數(shù)值模擬[J].冶金設(shè)備,2012(06):46-48. 【6】陳士忠，賈千業(yè)，王永華． 鋼筋調(diào)直切斷機(jī)切斷傳動機(jī)構(gòu)分析與優(yōu)化［J］． 建筑機(jī)械化,2017, 38( 4):23-26． 【7】王良文，陳學(xué)文．國產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的生產(chǎn)現(xiàn)狀與改良方向［J］． 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2009,22( 3):113-115． 【8】吳艷麗. CRB600H高延性冷軋帶肋鋼筋混凝土板受彎性能試驗研究[D].鄭州大學(xué),2012. 【9】李智博,常金麗,張賀宗,郭建.混凝土結(jié)構(gòu)用低合金鋼筋的性能要求[J].理化檢驗(物理分冊),2007(09):458-461+471. 【10】金賀榮. 數(shù)控冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機(jī)的系統(tǒng)研究及設(shè)計[D].燕山大學(xué),2001. 【11】李慧中,黃佑啟.矯直機(jī)及調(diào)整參數(shù)分析[J].金屬材料與冶金工程,2013,41(03):27-31.