單位代碼 學　　號 分 類 號 密 級 畢業(yè)設計 文獻綜述 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 年 03 月 20 鋼筋切斷機運動仿真綜述 摘要 本文調(diào)研了最近幾年國內(nèi)外有關鋼筋切斷機的專利、論文，以及現(xiàn)在的研發(fā)現(xiàn)狀。分析研究鋼筋切斷機的動力學性能是進行鋼筋切斷機設計、改良的理論基礎。為了推動鋼筋切斷機設計創(chuàng)新，縮短鋼筋切斷機的設計周期，在產(chǎn)品試制及完成測試之前明確了解鋼筋切斷機的動力學參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并消除設計過程中存在的缺陷，最大程度地節(jié)省資金和時間。采用計算機仿真技術結合動力學理論，對鋼筋切斷機進行零件三維設計、裝配，建立鋼筋切斷機三維仿真分析模型，模擬鋼筋切斷機運行狀況，對鋼筋切斷機進行仿真分析研究， 以加快產(chǎn)品技術更新。 關鍵詞： 鋼筋切斷機，動力學模型，結構設計，運動仿真 一.引言 鋼筋切斷機是一種各類工程建設領域廣泛使用的設備，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。隨著建設工程規(guī)模的擴大，建筑質(zhì)量的要求提高，鋼筋切斷機的規(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)品的技術性能、增加產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，不斷優(yōu)化結構，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)外有關鋼筋切斷機動力學研究的文獻，因而在改良產(chǎn)品設計及開發(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構的動力學參數(shù)及驅動電機在工作過程中的真實運動情況有比較明確的了解，而電機在工作過程中的速度降是衡量鋼筋切斷機設計質(zhì)量的重要指標之一。為此，我們首先建立了一種鋼筋切斷機的通用動力學計算模型，使我們在產(chǎn)品的改良設計及研發(fā)新產(chǎn)品的過程中通過AutoCAD完成產(chǎn)品結構圖的設計后，通過聯(lián)機計算的方法就可以清楚的求得所開發(fā)產(chǎn)品的動力學參數(shù)及驅動電機的真實運動情況，可以極大的加快產(chǎn)品的開發(fā)速度及方便的修改產(chǎn)品的結構參數(shù)。相關工作對于提高國內(nèi)產(chǎn)品技術開發(fā)工作的進度，提高產(chǎn)品的競爭力有一定的積極作用。[6][7][8] 二.鋼筋切斷機簡介 鋼筋切斷機是一種在工程及建筑領域中廣泛使用的設備，由于近年來房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，鋼筋切斷機的生產(chǎn)、使用呈現(xiàn)快速增長的趨勢，隨著建筑工程規(guī)模的擴大和對建筑質(zhì)量要求的提高，對鋼筋切斷機的性能也提出了更高的要求。[9] 目前，國產(chǎn)鋼筋切斷機的典型結構下圖所示，電機通過一級帶傳動、三級齒輪傳動來驅動曲柄滑塊機構帶動活動刀做往復運動，固定在活動刀座上的活動刀片和固定在機體上的固定刀片一起作用完成對鋼筋的切斷。[10] 三.相關專利產(chǎn)品介紹（專利[1][2][3]） 專利[1]的產(chǎn)品是一種以柴油機為動力的鋼筋切斷機，其特征在于將鋼筋切斷機與柴油機相組合、中間用皮帶傳動相聯(lián)接構成一柴油鋼筋切斷機。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完成鋼筋的切斷。 右圖所示的是專利[1]產(chǎn)品的結構示意圖：1為鋼筋切斷機機構，2為底架、3為皮帶傳動、4為柴油機、5 和6分別是柴油機4和切斷機1與底架2相連接的連接螺栓。柴油機4和鋼筋切斷機構1都被連接螺栓5和6固定在底架2上，發(fā)動柴油機4通過皮帶傳動3帶動鋼筋切斷機構1的刀具來完成切斷鋼筋的工作要求。 專利[2]的產(chǎn)品是一種改進的鋼筋切斷機。它的箱體由側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）三級齒輪傳動結構；而其曲柄桿與滑塊采用鉤型連接結構。這種改進，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，不僅結構簡單，而且提高了機械強度，不易損壞，使整機延長了壽命。 專利[3]的產(chǎn)品是一種改進的鋼筋切斷機。包括電機、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的基礎上，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，是一種實用新型的鋼筋切斷機，該產(chǎn)品主要包括電動機，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。具體結構如上圖。 四. 鋼筋切斷機幾個主要部件 (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有方形滑塊，于偏心軸轉動時能使方形滑塊上下移動，進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設有一活動隔板，能增進維修時的便利性。 (2) 離合器組件（專利[5]） 專利[5]鋼筋切斷機的曲軸離合器。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構。該機構又由轉銷軸、轉銷齒、撥動擋板、拉簧和伸縮擋銷組成。通過操縱轉銷齒接觸于大齒輪的轉銷齒推槽內(nèi)而使大齒輪帶動內(nèi)齒輪和曲軸轉動?；虿倏v轉銷齒接觸于內(nèi)齒輪的轉銷軸槽內(nèi)而使內(nèi)齒輪脫離大齒輪，使大齒輪空轉。該離合器可適用于切斷機、沖床、剪切機床上，其具有離合平穩(wěn)、體積小、結構緊湊的優(yōu)點。 五. 鋼筋切斷機存在的缺點和問題 目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的鋼筋切斷機，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器箱體內(nèi)，形成整體密封，其機體為整體構件，加工工藝復雜。國內(nèi)外的鋼筋切斷機主要存在以下幾個問題： (1) 用電動機作原動機的鋼筋切斷機和用柴油機作原動機的鋼筋切斷機，所用的原動機不能代換，這給使用帶來了一定的不方便。 (2) 國內(nèi)外使用的全封閉結構的鋼筋切斷機的活動刀處采用上開蓋的機體，大都是采用的是減速器結構，用螺栓連接，而這種結構的剛性較差，而且在結合面處加工困難，并且常常漏油。而機體采用整體式結構的鋼筋切斷機，活動刀處采用的是側開蓋結構，由于切斷機工作時所受的側向力很大，常常損壞。 (3) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機在空套齒輪與軸結合處，常常容易損壞。 (4) 國內(nèi)外所使用的鋼筋切斷機，其離合器操縱機構只有一種方式，即腳踏式，這不適應于不同習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，大都采用的是小功率的電動機，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，其固定刀片側隙的調(diào)整是靠人工選配尺寸固定的刀墊來實現(xiàn)的。 六.鋼筋切斷機的改良方向 真對鋼筋切斷機存在的這些問題，提出以下改良方向： （1）結構與造型的改良。 目前的鋼筋切斷機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。而閉式結構的體積雖較為緊湊，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構上的改良設計。[12][13]即將機體一側的1/2～1/3設計為可拆卸結構，這種結構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。 （2）輕量化設計 輕量化設計可節(jié)省資源、減少生產(chǎn)、使用、回收等環(huán)節(jié)中了浪費，而且就機器本身而言，也可以通過輕量化設計，在最低成本下達到機器的使用性能。就目前來說，可通過建立虛擬樣機、并對其進行有限元分析實現(xiàn)輕量化設計及制造。[14][15] 七. 其他 機械動力學的相關內(nèi)容： 機械動力學主要研究的是機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械設備。隨著機械速度的提高，機械平衡和震動的問題成為機械設計中的一個問題，在設計高精度的機器時，就必然涉及各種動力學的因素，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件運動的影響，才能使各部件的動作協(xié)調(diào)，機械運轉正常。[17][18][19][20] 八. 結束語 產(chǎn)品的設計開發(fā)過程是一個不斷改良完善、技術優(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，才能真正占領市場。 鋼筋切斷機的運動仿真的設計必將更加有利于鋼筋切斷機產(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。 參考文獻 專利[1] 孟憲民，劉鴻鷹，章友文，郭俊平，付竹祥 柴油鋼筋切斷機 專利號：91209535.0 專利[2] 陶昆 ， 鋼筋切斷機 專利號：94217280.9 專利[3] 蔣家善 改進的鋼筋切斷機 專利號：00240526.1 專利[4] 邱文聰 鋼筋切斷機刀口裝置 專利號：96205392.9 專利[5] 全承浩 鋼筋切斷機的曲軸離合器 專利號：95214902.8 [6] 胡永華；劉中 《鋼筋切斷機參數(shù)化設計系統(tǒng)開發(fā)》 2011年4月 [7] 陶浩；段紅杰 《鋼筋切斷機的動力學性能》 2008年 5月 [8] 段紅杰；陶浩 《鋼筋切斷機動力學仿真設計》 2010年4月 [9] 王文良，李長詩 《鋼筋切斷機通用動力學》 2008年8月 [10] 張金芳 袁俊華 陳 偉 《人機界面型全自動鋼筋切斷機》 2010年8月 [11] 劉瑞東 《液壓隨動切斷、液壓馬達送料鋼筋定長切斷機》 2010年10月 [12] 王良文 《國產(chǎn)鋼筋切斷機的生產(chǎn)現(xiàn)狀與改良方向》 2009年1月 [13] 樊智慧 《鋼筋切斷機曲軸連桿機構的改進》 1995年3月 [14] 孟慶華 《鋼筋切斷機液壓系統(tǒng)的設計研究》 2010年8月 [15] 賀生華 《普通鋼筋切斷機技術改造》 2008年一月 [16] 車仁煒 陸念力 王樹春 《一種新型鋼筋切斷機的設計研究》 2004年 [17] 唐錫寬《機械動力學》 高等教育出版社 1984.5 [18] 張策 《機械動力學》 北京：高等教育出版社 2001年4月 [19] Bevefidge R，Bolme D，Teixeira M，et a1．The CSU Face Iden—tification Evaluation System[R]．Users’Guide Version 5．0，technical report，Computer Science Dept．，Colorado State Univ．，May 2003． [20] Huang L—L，Shimizu A，and 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