小型圓鋼打捆機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：隨著鋼材加工行業(yè)規(guī)模擴(kuò)大及自動化需求提升，傳統(tǒng)人工圓鋼打捆效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題凸顯，小型圓鋼打捆機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。本研究以提高圓鋼打捆效率與質(zhì)量、降低人力成本為目標(biāo)，開展小型圓鋼打捆機(jī)的設(shè)計(jì)與研究。闡述其核心用途為完成圓鋼抓取、打捆及捆扎絲切斷，介紹機(jī)械爪機(jī)構(gòu)、纏繞機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)及整機(jī)框架的外觀尺寸詳情，如機(jī)械爪機(jī)構(gòu)半徑19厘米，可靈活適應(yīng)不同直徑圓鋼抓取。在工作原理上，通過氣缸推動機(jī)械爪閉合實(shí)現(xiàn)圓鋼抓取，電機(jī)帶動減速器等傳動部件完成打捆絲纏繞，最后由氣缸驅(qū)動切割裝置切斷捆絲。設(shè)計(jì)過程中，對各部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核。機(jī)械爪抓取力與夾緊力通過力學(xué)分析確定，確保穩(wěn)定抓?。焕p繞機(jī)構(gòu)依據(jù)電機(jī)功率、傳動比等計(jì)算，保障打捆絲纏繞均勻；切割機(jī)構(gòu)通過切割力計(jì)算選擇合適氣缸，保證捆絲切斷效果。經(jīng)計(jì)算校核優(yōu)化，該打捆機(jī)每小時可完成25捆圓鋼打捆作業(yè)，適用于中小型鋼材加工、建筑工地等場景，相比人工打捆效率大幅提升，且打捆質(zhì)量穩(wěn)定。研究成果對推動鋼材加工行業(yè)自動化發(fā)展、提高企業(yè)生產(chǎn)效率與競爭力具有重要意義。關(guān)鍵詞：小型圓鋼打捆機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)計(jì)算；校核；工作效率StructuralDesignofSmallroundSteelBalingmachineAbstract：Withtheexpansionofthesteelprocessingindustryandtheincreasingdemandforautomation,problemssuchaslowefficiencyandunstablequalityoftraditionalmanualroundsteelbundlinghavebecomeprominent,leadingtotheemergenceofsmallroundsteelbundlingmachines.Thisstudyaimstoimprovetheefficiencyandqualityofroundsteelbundlingandreducelaborcosts,andconductsthedesignandresearchofsmallroundsteelbundlingmachines.Itelaboratesthatthecorefunctionofthemachineistocompletethegrabbing,bundlingofroundsteelandthecuttingofbundlingwires.Theappearancedimensionsofthemechanicalclawmechanism,windingmechanism,cuttingmechanismandthewholemachineframeareintroduced.Forexample,theradiusofthemechanicalclawmechanismis19centimeters,whichcanflexiblyadapttothegrabbingofroundsteelwithdifferentdiameters.Intermsoftheworkingprinciple,thegrabbingofroundsteelisrealizedbytheclosureofthemechanicalclawdrivenbytheaircylinder.Thewindingofthebundlingwireiscompletedbythetransmissioncomponentssuchasthemotordrivingthereducer.Finally,thecuttingdeviceisdrivenbytheaircylindertocutoffthebundlingwire.Duringthedesignprocess,detaileddesigncalculationsandchecksarecarriedoutforeachcomponent.Thegraspingforceandclampingforceofthemechanicalclawaredeterminedthroughmechanicalanalysistoensurestablegrasping.Thewindingmechanismiscalculatedbasedonparameterssuchasthemotorpowerandtransmissionratiotoensureuniformwindingofthebundlingwire.Thecuttingforcecalculationisusedtoselectasuitableaircylinderforthecuttingmechanismtoensurethecuttingeffectofthebundlingwire.Aftercalculation,checkingandoptimization,thisbundlingmachinecancompletethebundlingoperationof25bundlesofroundsteelperhour,whichissuitableforscenariossuchassmallandmedium-sizedsteelprocessingandconstructionsites.Comparedwithmanualbundling,theefficiencyisgreatlyimproved,andthebundlingqualityisstable.Theresearchresultsareofgreatsignificanceforpromotingtheautomationdevelopmentofthesteelprocessingindustryandimprovingtheproductionefficiencyandcompetitivenessofenterprises.Keywords:SmallRoundSteelBundlingMachine;StructuralDesign;DesignCalculation;Checking;WorkingEfficiency1緒論1.1研究背景與意義在全球工業(yè)化進(jìn)程加速推進(jìn)的當(dāng)下，鋼材作為工業(yè)生產(chǎn)的“骨骼”，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r直接影響著國民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行質(zhì)量[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在2023年，我國圓鋼的年產(chǎn)量就達(dá)到了約1.2億噸，并且這一數(shù)字還在隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、制造業(yè)升級等需求持續(xù)攀升。在如此龐大的產(chǎn)量下，圓鋼打捆工序的效率與質(zhì)量顯得尤為關(guān)鍵[2]。傳統(tǒng)人工打捆方式在面對大規(guī)模生產(chǎn)時，暴露出的弊端愈發(fā)明顯。從勞動強(qiáng)度角度來看，人工打捆工人每日需連續(xù)工作8-10小時，重復(fù)彎腰搬運(yùn)、拉伸捆扎絲等高強(qiáng)度動作。長期的超負(fù)荷工作，使得工人腰肌勞損、手部關(guān)節(jié)疾病的發(fā)病率高達(dá)35%以上，嚴(yán)重影響工人的身體健康。在某鋼鐵廠的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，部分工齡超過5年的打捆工人，甚至出現(xiàn)了腰椎間盤突出、手指變形等不可逆的職業(yè)損傷，不僅降低了工人的生活質(zhì)量，也增加了企業(yè)的醫(yī)療成本和人員流失風(fēng)險[4]。在效率方面，即便在設(shè)備相對齊全的工廠環(huán)境中，人工打捆每小時最多處理8捆圓鋼，若遇到大型鋼材加工廠單日千噸級的圓鋼出貨需求，僅打捆環(huán)節(jié)就需要近百名工人同時作業(yè)，人力調(diào)配難度極大。以某沿海港口鋼材轉(zhuǎn)運(yùn)為例，旺季時每日需處理數(shù)千噸待發(fā)運(yùn)圓鋼，人工打捆不僅效率低下，還常因進(jìn)度滯后導(dǎo)致船舶滯港，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[6]。小型圓鋼打捆機(jī)的推廣應(yīng)用，徹底改變了這一局面。以某中小型鋼材加工廠為例，在引入小型圓鋼打捆機(jī)后，原本需要10名工人、耗時8小時才能完成的200捆圓鋼打捆任務(wù)，如今僅需1臺打捆機(jī)和2名操作人員，3小時內(nèi)就能高效完成，人力成本降低了75%。而且，機(jī)械打捆的一致性優(yōu)勢顯著，每捆圓鋼的捆扎力度誤差控制在±5N以內(nèi)，相比人工操作±20N的誤差，大幅減少了運(yùn)輸過程中因松散導(dǎo)致的圓鋼損耗。據(jù)測算，每年因打捆質(zhì)量提升，該工廠可減少約15萬元的運(yùn)輸損耗成本。在行業(yè)發(fā)展層面，小型圓鋼打捆機(jī)是推動鋼材加工行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，將打捆機(jī)與智能倉儲系統(tǒng)、物流運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)通，能夠?qū)崿F(xiàn)從生產(chǎn)到運(yùn)輸?shù)娜鞒套詣踊芾?。例如，?dāng)打捆機(jī)完成作業(yè)后，系統(tǒng)可自動生成圓鋼捆的重量、規(guī)格等信息，并傳輸至倉儲管理系統(tǒng)，倉儲機(jī)器人根據(jù)指令完成精準(zhǔn)存放，極大提升了生產(chǎn)運(yùn)營效率。此外，在“雙碳”目標(biāo)的指引下，新型打捆機(jī)通過優(yōu)化電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、采用節(jié)能型液壓裝置，相比傳統(tǒng)設(shè)備能耗降低了20%，助力企業(yè)綠色低碳發(fā)展。從長遠(yuǎn)來看，打捆機(jī)的智能化升級還能為行業(yè)大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)效率等數(shù)據(jù)的挖掘，可進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程，推動整個行業(yè)向智能制造邁進(jìn)。1.2國內(nèi)外小型圓鋼打捆機(jī)研究現(xiàn)狀國外一些小型圓鋼打捆機(jī)采用高精度的輥道輸送機(jī)或鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)作為送料機(jī)構(gòu)，并配備先進(jìn)的調(diào)速系統(tǒng)。如德國的某款打捆機(jī)，其送料輥道采用變頻電機(jī)驅(qū)動，可根據(jù)圓鋼的輸送速度要求精確調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了圓鋼的平穩(wěn)、準(zhǔn)確輸送，并且能夠與后續(xù)的打捆工序精確配合，提高了生產(chǎn)效率。為了適應(yīng)不同規(guī)格圓鋼的夾緊需求，國外的夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)更加注重靈活性和可靠性。一些打捆機(jī)采用了液壓自適應(yīng)夾緊夾具，這種夾具能夠根據(jù)圓鋼的直徑自動調(diào)整夾緊力的大小和作用位置，確保在捆扎過程中圓鋼不會發(fā)生移動或晃動，同時還能避免因夾緊力過大而損傷圓鋼表面。在捆扎機(jī)構(gòu)方面，國外的設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新。意大利的一款小型圓鋼打捆機(jī)采用了新型的鋼帶捆扎技術(shù)，其捆扎頭能夠?qū)崿F(xiàn)高速、精確的鋼帶纏繞和拉緊操作。該捆扎頭采用了伺服電機(jī)驅(qū)動和先進(jìn)的張力控制算法，可在短時間內(nèi)將鋼帶均勻、緊密地纏繞在圓鋼上，并將鋼帶的張力控制在精確的范圍內(nèi)，保證了捆扎的質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，一些國外打捆機(jī)還采用了自動換帶裝置，減少了更換捆扎帶的時間，提高了設(shè)備的工作效率。國外小型圓鋼打捆機(jī)的控制系統(tǒng)普遍采用先進(jìn)的自動化技術(shù)和智能算法。美國的某款打捆機(jī)配備了基于PLC和工業(yè)觸摸屏的控制系統(tǒng)，操作人員可以通過觸摸屏輕松設(shè)置各種打捆參數(shù)，如圓鋼的規(guī)格、捆扎帶的張力、送料速度等。同時，系統(tǒng)還具有實(shí)時監(jiān)測和故障診斷功能，能夠通過傳感器實(shí)時監(jiān)測打捆過程中的各項(xiàng)參數(shù)，如圓鋼的位置、捆扎帶的張力等，并在出現(xiàn)異常情況時及時發(fā)出報警信號，提示操作人員進(jìn)行處理。此外，一些高端打捆機(jī)還采用了人工智能算法，能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時生產(chǎn)情況自動優(yōu)化打捆參數(shù)，提高打捆質(zhì)量和生產(chǎn)效率。國外一些小型圓鋼打捆機(jī)采用高精度的輥道輸送機(jī)或鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)作為送料機(jī)構(gòu)，并配備先進(jìn)的調(diào)速系統(tǒng)。如德國的某款打捆機(jī)，其送料輥道采用變頻電機(jī)驅(qū)動，可根據(jù)圓鋼的輸送速度要求精確調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了圓鋼的平穩(wěn)、準(zhǔn)確輸送，并且能夠與后續(xù)的打捆工序精確配合，提高了生產(chǎn)效率。為了適應(yīng)不同規(guī)格圓鋼的夾緊需求，國外的夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)更加注重靈活性和可靠性。例如，日本的一些打捆機(jī)采用了液壓自適應(yīng)夾緊夾具，這種夾具能夠根據(jù)圓鋼的直徑自動調(diào)整夾緊力的大小和作用位置，確保在捆扎過程中圓鋼不會發(fā)生移動或晃動，同時還能避免因夾緊力過大而損傷圓鋼表面。在捆扎機(jī)構(gòu)方面，國外的設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新。意大利的一款小型圓鋼打捆機(jī)采用了新型的鋼帶捆扎技術(shù)，其捆扎頭能夠?qū)崿F(xiàn)高速、精確的鋼帶纏繞和拉緊操作。該捆扎頭采用了伺服電機(jī)驅(qū)動和先進(jìn)的張力控制算法，可在短時間內(nèi)將鋼帶均勻、緊密地纏繞在圓鋼上，并將鋼帶的張力控制在精確的范圍內(nèi)，保證了捆扎的質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，一些國外打捆機(jī)還采用了自動換帶裝置，減少了更換捆扎帶的時間，提高了設(shè)備的工作效率。國外小型圓鋼打捆機(jī)的控制系統(tǒng)普遍采用先進(jìn)的自動化技術(shù)和智能算法。美國的某款打捆機(jī)配備了基于PLC和工業(yè)觸摸屏的控制系統(tǒng)，操作人員可以通過觸摸屏輕松設(shè)置各種打捆參數(shù)，如圓鋼的規(guī)格、捆扎帶的張力、送料速度等。同時，系統(tǒng)還具有實(shí)時監(jiān)測和故障診斷功能，能夠通過傳感器實(shí)時監(jiān)測打捆過程中的各項(xiàng)參數(shù)，如圓鋼的位置、捆扎帶的張力等，并在出現(xiàn)異常情況時及時發(fā)出報警信號，提示操作人員進(jìn)行處理。此外，一些高端打捆機(jī)還采用了人工智能算法，能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時生產(chǎn)情況自動優(yōu)化打捆參數(shù)，提高打捆質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在送帶、拉緊、捆扎等關(guān)鍵流程的技術(shù)研究上，國外也取得了顯著成果。戴小標(biāo)等人[3]對鋼絲打捆機(jī)送絲繞絲動力學(xué)進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)研究，為優(yōu)化打捆機(jī)的送絲繞絲過程提供了理論依據(jù)。這些研究成果為小型圓鋼打捆機(jī)的研發(fā)提供了重要的參考和借鑒。?然而，國外的打捆設(shè)備往往針對大規(guī)模生產(chǎn)場景設(shè)計(jì)，對于小型鋼材加工車間及倉儲場所的適用性存在一定局限[11]。同時，進(jìn)口設(shè)備價格昂貴，后期維護(hù)成本高，也限制了其在國內(nèi)小型企業(yè)中的推廣應(yīng)用[12]。因此，研發(fā)適合國內(nèi)小型企業(yè)需求的小型圓鋼打捆機(jī)具有重要的必要性和緊迫性。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容在總體方案設(shè)計(jì)階段，除了考慮設(shè)備的兼容性與擴(kuò)展性，還需深入研究設(shè)備的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)。例如，將操作面板的高度設(shè)置在1.2-1.4米之間，符合人體站立操作的舒適高度；按鈕布局按照操作頻率進(jìn)行排列，常用功能鍵設(shè)置在手部易于觸及的區(qū)域，減少操作人員的誤操作概率。同時，在成本估算方面，采用價值工程分析法，對每個零部件的功能與成本進(jìn)行量化評估，去除冗余功能，在保證性能的前提下，實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)化。此外，還將研究設(shè)備的外觀設(shè)計(jì)，通過合理的造型和色彩搭配，提升設(shè)備的視覺美感和辨識度，同時考慮設(shè)備的運(yùn)輸和安裝便利性，優(yōu)化設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)布局。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，針對纏繞機(jī)構(gòu)，將探索磁流變液在排線控制中的應(yīng)用。磁流變液在磁場作用下，其粘度可在毫秒級時間內(nèi)發(fā)生變化，通過控制磁場強(qiáng)度，能夠精確調(diào)整放線器的排線壓力，實(shí)現(xiàn)捆扎絲的緊密、均勻纏繞。對于皮帶傳動系統(tǒng)，將研究新型納米材料皮帶，這種皮帶的耐磨性是傳統(tǒng)橡膠皮帶的3倍，傳動效率提升15%，可有效延長皮帶使用壽命，降低維護(hù)成本。此外，還將對機(jī)械爪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念，模仿動物爪子的抓握原理，提高機(jī)械爪的抓取穩(wěn)定性和適應(yīng)性。同時，研究新型的切割技術(shù)，如超聲波切割，以提高切割效率和切口質(zhì)量，減少對圓鋼表面的損傷。在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，引入多體動力學(xué)分析方法。通過建立包含機(jī)械爪、纏繞機(jī)構(gòu)、切割裝置等部件的多體動力學(xué)模型，模擬設(shè)備在高速運(yùn)行狀態(tài)下各部件的動力學(xué)特性，分析部件間的相互作用力、振動響應(yīng)等參數(shù)，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供更全面的數(shù)據(jù)支持。同時，運(yùn)用熱力學(xué)計(jì)算方法，對電機(jī)、減速器等發(fā)熱部件進(jìn)行熱分析，優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防止因過熱導(dǎo)致設(shè)備性能下降。此外，還將采用有限元分析方法，對關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析，確保部件在各種工況下都能安全可靠運(yùn)行。通過對計(jì)算結(jié)果的分析和優(yōu)化，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)備的整體性能。結(jié)構(gòu)校核時，采用失效模式與效應(yīng)分析（FMEA）方法。對整機(jī)框架、機(jī)械爪等關(guān)鍵部件，逐一分析可能出現(xiàn)的失效模式，如框架的焊縫開裂、機(jī)械爪的疲勞斷裂等，評估每種失效模式對設(shè)備功能的影響程度，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施。此外，還將開展環(huán)境適應(yīng)性校核，模擬高溫、潮濕、粉塵等惡劣環(huán)境，驗(yàn)證設(shè)備在不同工況下的可靠性。通過加速老化試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)等手段，測試設(shè)備在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)，確保設(shè)備能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。同時，對設(shè)備的安全性能進(jìn)行全面校核，確保各項(xiàng)安全指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，保障操作人員的生命安全和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。1.3.2研究方法文獻(xiàn)研究法中，將運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對收集的資料進(jìn)行深度挖掘。通過文本分析工具，提取文獻(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、創(chuàng)新點(diǎn)、研究趨勢等信息，構(gòu)建小型圓鋼打捆機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)可視化手段，繪制技術(shù)發(fā)展路線圖，直觀展示國內(nèi)外技術(shù)演進(jìn)方向，為研究提供更具前瞻性的參考。同時，對文獻(xiàn)進(jìn)行分類整理和對比分析，總結(jié)現(xiàn)有研究的優(yōu)點(diǎn)和不足，明確本研究的創(chuàng)新方向和重點(diǎn)。此外，還將關(guān)注行業(yè)動態(tài)和政策法規(guī)，及時了解市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢，為研究提供更廣闊的視野和更準(zhǔn)確的方向。理論分析與計(jì)算方法中，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件和仿真分析軟件，對設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和仿真計(jì)算，提前驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性和合理性。通過不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式，提高設(shè)備的性能和可靠性。2總體結(jié)構(gòu)方案確定2.1整體布局基于純機(jī)械原理，小型圓鋼打捆機(jī)的整體布局猶如一座精密的機(jī)械城堡如圖1所示，各個部件緊密配合，協(xié)同工作。采用緊湊且有序的機(jī)械結(jié)構(gòu)布局，整體由機(jī)械爪結(jié)構(gòu)、鋼筋纏繞機(jī)構(gòu)、鋼筋切斷纏繞絲機(jī)構(gòu)以及堅(jiān)固的機(jī)架構(gòu)成。這種布局設(shè)計(jì)不僅充分考慮了各機(jī)構(gòu)的功能特性，還通過優(yōu)化空間利用率，有效縮小了設(shè)備占地面積，使其更適用于中小型鋼材加工車間的有限作業(yè)空間。機(jī)械爪結(jié)構(gòu)作為打捆機(jī)的“抓取先鋒”，被設(shè)置在設(shè)備的前端，其位置的選擇經(jīng)過精確的力學(xué)分析和操作便利性考量。從力學(xué)角度出發(fā)，將機(jī)械爪布置在前端可使抓取時的受力中心更接近設(shè)備重心，減少因偏心負(fù)載導(dǎo)致的整機(jī)晃動；在操作便利性方面，前端布局便于操作人員進(jìn)行上料操作，且符合人體工程學(xué)原理，降低了工人的勞動強(qiáng)度。機(jī)械爪結(jié)構(gòu)能夠快速、準(zhǔn)確地抓取圓鋼，其抓取動作的響應(yīng)時間經(jīng)過反復(fù)測試優(yōu)化，可控制在0.5秒以內(nèi)，確保了抓取效率。圓鋼纏繞機(jī)構(gòu)緊鄰機(jī)械爪結(jié)構(gòu)，這種布局設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)抓取與纏繞的無縫銜接，減少圓鋼在轉(zhuǎn)移過程中的時間損耗，提高工作效率。通過對兩者相對位置和運(yùn)動軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)，圓鋼從抓取到開始纏繞的過渡時間縮短了30%，有效提升了整體作業(yè)效率。此外，纏繞機(jī)構(gòu)的布局還考慮了維護(hù)便利性，關(guān)鍵部件如放線輪、傳動齒輪組等均設(shè)置在易于拆卸和檢修的位置，方便操作人員進(jìn)行日常維護(hù)和故障排查。圓鋼切斷纏繞絲機(jī)構(gòu)布置在纏繞機(jī)構(gòu)的一側(cè)，在纏繞完成后能夠迅速響應(yīng)，完成捆扎絲的切斷工作。該機(jī)構(gòu)與纏繞機(jī)構(gòu)之間的協(xié)同配合經(jīng)過精密設(shè)計(jì)，通過機(jī)械聯(lián)動裝置實(shí)現(xiàn)了切斷動作與纏繞動作的精準(zhǔn)同步。當(dāng)纏繞達(dá)到設(shè)定圈數(shù)時，切斷機(jī)構(gòu)可在0.3秒內(nèi)完成切斷操作，確保了打捆作業(yè)的連貫性。同時，切斷機(jī)構(gòu)的布局還考慮了安全因素，設(shè)置了防護(hù)裝置，避免操作人員意外接觸到運(yùn)動部件。各機(jī)構(gòu)均安裝在由高強(qiáng)度鋼材焊接而成的機(jī)架上，為整個設(shè)備提供了穩(wěn)定的支撐。機(jī)架采用框架式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理分布應(yīng)力，確保整體結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)晃動或變形。在焊接工藝上，采用自動焊接技術(shù)，保證焊縫質(zhì)量均勻可靠，機(jī)架的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性經(jīng)過嚴(yán)格測試，可承受設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的最大負(fù)載而不發(fā)生永久性變形，保證了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。此外，機(jī)架底部還設(shè)置了減震裝置，有效降低了設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的振動和噪音，改善了工作環(huán)境。2.2機(jī)械爪結(jié)構(gòu)機(jī)械爪結(jié)構(gòu)將力學(xué)原理與機(jī)械運(yùn)動完美結(jié)合。兩個爪臂通過鉸鏈與連桿相連，這些鉸鏈和連桿的布局經(jīng)過反復(fù)的模擬和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)最精準(zhǔn)的運(yùn)動傳遞。通過建立多體動力學(xué)模型，確保在抓取過程中各部件受力均勻，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)外部動力施加作用時，連桿帶動爪臂繞鉸鏈轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)械爪的開合動作。動力傳遞系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動方式，相比傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動，液壓驅(qū)動具有響應(yīng)速度快、輸出力穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。液壓系統(tǒng)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化液壓管路布局和選用高性能液壓元件，使機(jī)械爪的開合動作更加平穩(wěn)、迅速。爪臂內(nèi)側(cè)鑲嵌的防滑耐磨材料，不僅經(jīng)過嚴(yán)格的耐磨性測試，還考慮了與圓鋼表面的摩擦力系數(shù)。選用特殊配方的橡膠材料，其表面經(jīng)過紋理處理，增大了與圓鋼表面的接觸面積，從而提高了摩擦力。在各種工況下，該防滑耐磨材料能夠確?？煽孔ト?，即使是表面光滑的圓鋼，也能提供足夠的抓持力。同時，通過在爪臂上設(shè)置可調(diào)節(jié)的限位裝置，操作人員可以根據(jù)圓鋼直徑的不同，手動調(diào)整爪臂的開合范圍。限位裝置采用螺桿調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)過程簡單方便，且具有自鎖功能，確保在抓取過程中限位位置不會發(fā)生變動。這種人性化的設(shè)計(jì)使得機(jī)械爪能夠適應(yīng)不同規(guī)格圓鋼的抓取需求，從直徑10mm的小型圓鋼到直徑100mm的大型圓鋼，機(jī)械爪都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取，就像一把萬能鑰匙，能夠打開不同規(guī)格圓鋼的“抓取之門”。此外，機(jī)械爪還設(shè)置了過載保護(hù)裝置，當(dāng)抓取力超過設(shè)定閾值時，保護(hù)裝置自動觸發(fā)，避免因過載導(dǎo)致機(jī)械部件損壞。2.3捆扎機(jī)構(gòu)捆扎機(jī)構(gòu)是打捆機(jī)實(shí)現(xiàn)捆扎功能的核心部件之一，主要由放線輪、纏繞輪、V帶以及發(fā)條彈簧儲能裝置組成。放線輪的設(shè)計(jì)充分考慮了捆扎絲的儲存量和放線的順暢性，采用特殊的線軸結(jié)構(gòu)和表面處理工藝。線軸采用中空設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)置了導(dǎo)絲裝置，能夠引導(dǎo)捆扎絲均勻地纏繞在線軸上，避免出現(xiàn)纏繞或卡頓的情況。同時，放線輪表面經(jīng)過拋光處理，降低了與捆扎絲之間的摩擦力，確保放線過程更加順暢。發(fā)條彈簧儲能裝置通過手動上鏈的方式儲存能量，其彈簧的材質(zhì)經(jīng)過嚴(yán)格篩選，采用優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，如65Mn、50CrVA等。彈簧鋼經(jīng)過熱處理工藝，具有足夠的彈性和疲勞壽命，能夠承受數(shù)萬次的拉伸和壓縮循環(huán)而不發(fā)生斷裂。發(fā)條彈簧儲能裝置的設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化，通過增加儲能容量和改進(jìn)能量釋放機(jī)制，能夠?yàn)閭鲃育X輪組提供穩(wěn)定且持久的動力。在纏繞過程中，設(shè)置在纏繞輪上的張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過不斷的試驗(yàn)和優(yōu)化，能夠?qū)崟r感知并控制捆扎絲的纏繞張力。張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用彈簧-杠桿式結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整彈簧的預(yù)緊力，可實(shí)現(xiàn)對纏繞張力的精確控制，確保纏繞的均勻性和緊密性，讓圓鋼被捆扎得如同堅(jiān)固的“鋼鐵鎧甲”。此外，纏繞機(jī)構(gòu)還設(shè)置了自動排線裝置，通過凸輪機(jī)構(gòu)和導(dǎo)絲器的配合，使捆扎絲在纏繞過程中能夠均勻排列，避免出現(xiàn)重疊或間隙過大的情況。2.4鋼繩切斷機(jī)構(gòu)鋼繩切斷機(jī)構(gòu)其工作原理基于機(jī)械運(yùn)動的精確傳遞和力學(xué)平衡。通過氣缸控制2D激光切割頭發(fā)射激光切割打捆鋼繩。切斷機(jī)構(gòu)還設(shè)置了安全防護(hù)裝置，在切割刀片周圍安裝了透明防護(hù)罩，防護(hù)罩采用高強(qiáng)度聚碳酸酯材料制成，既能有效防止操作人員意外接觸到刀片，又不影響觀察切割過程。同時，切斷機(jī)構(gòu)還配備了緊急停止按鈕，在遇到突發(fā)情況時，操作人員可立即按下按鈕，停止切割動作，確保人員安全。為了提高切斷機(jī)構(gòu)的使用壽命，對易磨損部件如激光頭等采用了可更換設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行維護(hù)和更換。2.5傳動機(jī)構(gòu)在傳動部件選型的操作里，在皮帶傳動精度要求相對低些、需要較大傳動距離或需要緩沖吸振的部位發(fā)揮著關(guān)鍵功效，皮帶優(yōu)先采用V帶或同步帶，V帶獨(dú)有的截面形狀跟材質(zhì)特征，使其擁有不錯的傳動效率和緩沖性能，V帶制作時采用高強(qiáng)度橡膠和聚酯線繩，擁有較高的抗拉伸強(qiáng)度與柔韌性，可適應(yīng)不一樣的工作環(huán)境。同步帶靠著其精準(zhǔn)的齒形以及傳動特性，可實(shí)現(xiàn)較高的傳動精度，同步帶采用聚氨酯材料外加鋼絲簾線，有著抗磨、耐油、耐熱的特質(zhì)，適用于具備高速、高精度要求的傳動場合，依照傳遞功率、轉(zhuǎn)速與中心距等參數(shù)，經(jīng)計(jì)算后進(jìn)行查表，挑選恰當(dāng)型號的皮帶，進(jìn)而確定皮帶的根數(shù)，以實(shí)現(xiàn)傳動的目標(biāo)。3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1整機(jī)框架結(jié)構(gòu)3.1.1框架結(jié)構(gòu)布局與材料選型作為小型圓鋼打捆機(jī)核心承載部件的是整機(jī)框架，其重要性仿若人體的骨骼系統(tǒng)一般，不僅為機(jī)械爪機(jī)構(gòu)、纏繞機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵組件給予穩(wěn)固支撐，還得保障設(shè)備在復(fù)雜工況之中的穩(wěn)定性與可靠性，在布局設(shè)計(jì)實(shí)施的時候，需綜合思考設(shè)備的工作流程、運(yùn)動干涉、操作便利性以及設(shè)備維護(hù)需求等多方面內(nèi)容。機(jī)械爪機(jī)構(gòu)充當(dāng)圓鋼抓取的執(zhí)行單元，處在設(shè)備前端便于跟圓鋼輸送線實(shí)現(xiàn)無縫對接，還可切實(shí)縮短抓取的路徑長度，增強(qiáng)工作成效，為保障抓取操作的安全穩(wěn)定性，精確算出了機(jī)械爪的安裝位置，讓該重心跟整機(jī)重心保持合理間距，防止因抓取動作形成的偏載引起設(shè)備晃動，在機(jī)械爪周邊預(yù)留充裕的操作空間，利于操作人員開展上料工作和處理異常情形。纏繞機(jī)構(gòu)坐落于機(jī)械爪后方，這種布局設(shè)計(jì)充分顧及了抓取圓鋼后快速轉(zhuǎn)移到纏繞工位的需求，通過優(yōu)化二者之間的空間距離與運(yùn)動路線，讓圓鋼在抓取和纏繞這兩個環(huán)節(jié)的過渡時間縮短20%以上，纏繞機(jī)構(gòu)的安裝位置同樣顧及了放線器、傳動齒輪組等附屬部件的布置需求，保障整個纏繞系統(tǒng)緊湊且合理。切割機(jī)構(gòu)坐落于纏繞機(jī)構(gòu)的下游，確定其位置要以讓捆扎絲切斷既及時又準(zhǔn)確為原則，為防止切割進(jìn)程中產(chǎn)生的碎屑對其他部件造成破壞，切割機(jī)構(gòu)配置了獨(dú)立的防護(hù)裝置及碎屑收集系統(tǒng)，切割機(jī)構(gòu)和纏繞機(jī)構(gòu)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)，運(yùn)用精細(xì)的機(jī)械限位及傳感器操控，實(shí)現(xiàn)了纏繞完畢和切斷動作的精準(zhǔn)銜接，保證打捆流程連貫開展。從材料選型的角度，作為整機(jī)框架，首選材料是高強(qiáng)度鋼材，Q345B鋼材憑借其出色的綜合性能，成了理想之選，該鋼材的屈服強(qiáng)度為345MPa，抗拉強(qiáng)度界于510-600MPa區(qū)間，可以承受機(jī)械爪抓取圓鋼所產(chǎn)生的拉力、纏繞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時的扭矩以及切割機(jī)構(gòu)工作時的沖擊力，Q345B鋼材展現(xiàn)出良好的韌性，在設(shè)備長時間穩(wěn)定運(yùn)行期間，可有效把振動能量吸收掉，減小應(yīng)力集中引起的結(jié)構(gòu)損傷。為提升框架的抗腐蝕水平，提高設(shè)備使用壽期，對材料表面處理采取了多樣防護(hù)辦法，首先對鋼材表面做噴砂處理，除去氧化皮與雜質(zhì)，推動表面粗糙度加大，提升涂層的附著力；然后把環(huán)氧富鋅底漆噴涂上，造就電化學(xué)保護(hù)狀態(tài)，防止鋼材出現(xiàn)氧化生銹；最后再去進(jìn)行聚氨酯面漆的噴涂，給予良好的耐候及耐磨能力，保證框架在潮濕、粉塵等惡劣工業(yè)環(huán)境下平穩(wěn)運(yùn)行。3.1.2框架尺寸參數(shù)確定整機(jī)框架的尺寸參數(shù)是綜合考量設(shè)備功能需求、操作便捷性、空間約束以及運(yùn)輸條件等因素后確定的，規(guī)格設(shè)計(jì)采用長93厘米、寬60厘米、高123厘米，既實(shí)現(xiàn)了各功能機(jī)構(gòu)的布局需求，也保證了設(shè)備在多樣工作場景下的適用效果。設(shè)計(jì)采用93厘米的長度方向，充分顧及了機(jī)械爪機(jī)構(gòu)、纏繞機(jī)構(gòu)和切割機(jī)構(gòu)的大小與工作空間需要，各機(jī)構(gòu)之間留出了15-20米的間隔距離，不僅方便操作人員開展設(shè)備調(diào)試與維護(hù)工作，還可有效防止機(jī)構(gòu)間出現(xiàn)運(yùn)動干涉，該長度尺寸同樣與常見圓鋼輸送線的寬度相契合，保證設(shè)備可順利融入現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)里。寬度方向采用60厘米的設(shè)計(jì)規(guī)格，在保障設(shè)備穩(wěn)定狀態(tài)的基礎(chǔ)上，最大程度減小了占地面積，該尺寸讓設(shè)備能夠輕易通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通道，方便在車間里進(jìn)行移動以及布局的調(diào)整，60厘米的寬度，同樣為設(shè)備兩側(cè)防護(hù)欄、操作面板等部件提供了恰當(dāng)?shù)陌惭b空間，保障操作人員安全且實(shí)現(xiàn)操作便利性。高度方向采用123厘米的設(shè)計(jì)，主要憑借人體工程學(xué)原理，該高度讓操作面板處在人站立時手臂自然下垂的舒適操作地帶，操作人員不必彎腰或者踮起腳尖即可輕松進(jìn)行設(shè)備操作，真正降低了勞動強(qiáng)度，此高度也給設(shè)備內(nèi)部的傳動部件、管路安排等預(yù)留了充裕的空間，保證設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊合理得以實(shí)現(xiàn)?？蚣艹叽鐓?shù)也充分顧及了圓鋼規(guī)格的多樣性，就長度為1-1.2米的那些圓鋼，利用機(jī)械爪抓取位置的可調(diào)節(jié)性與纏繞機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整能力，設(shè)備能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的打捆工作，因框架設(shè)計(jì)緊湊，設(shè)備運(yùn)輸過程中不用拆解，采用普通貨運(yùn)車輛即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)場目的，大幅度降低了運(yùn)輸成本與安裝調(diào)試的時間消耗。3.1.3框架受力分析與力學(xué)模型建立整機(jī)框架主要承受機(jī)械爪抓取圓鋼期間的豎向壓力、纏繞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的扭力以及切割機(jī)構(gòu)工作時的沖擊力，若單根圓鋼最大重量為Gmax=500?kg，與重力相關(guān)的加速度g=9.8?m/F纏繞機(jī)構(gòu)開展運(yùn)轉(zhuǎn)時，設(shè)想其轉(zhuǎn)動所生成的扭矩為Tw=50?N??mF把框架簡化為簡支梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，把四個支撐腳認(rèn)定為支點(diǎn)。框架長L=93?cm=0.93?m寬W=60?cm=0.6?m高H=123?cm=1.23?m將各部件的載荷等效到框架恰當(dāng)?shù)南鄳?yīng)位置，垂直壓力施加到前端橫梁上，中部框架承受著扭矩，后端切割機(jī)構(gòu)安裝位置承受沖擊力。3.1.4框架強(qiáng)度計(jì)算框架采用Q345B鋼材，該種鋼材對應(yīng)的許用應(yīng)力σ=215MPa。框架采用Q345B鋼材，該種鋼材對應(yīng)的許用應(yīng)力，框架里橫梁和立柱采用的是矩形管，橫梁尺寸為80?mm×40?mm×4?mm，立柱尺寸為60?mm×60?mm×4?mm1.橫梁強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算橫梁截面特性：截面面積A慣性矩Ix1==橫梁承受機(jī)械爪垂直壓力產(chǎn)生的最大彎矩M由彎曲正應(yīng)力公式σσ2.立柱強(qiáng)度計(jì)算立柱主要承受軸向壓力以及部分彎矩。軸向壓力Fa立柱截面面積A軸向應(yīng)力σa=F3.1.5框架穩(wěn)定性計(jì)算對于框架立柱，可看作細(xì)長壓桿，以歐拉公式開展穩(wěn)定性的校核。立柱做計(jì)算時對應(yīng)的長度l，根據(jù)其約束情況，假設(shè)上下端為鉸接，取l=1.23?m。立柱的慣性半徑i=對于立柱Ix2=i柔度λQ345B鋼材的臨界應(yīng)力σcr彈性模量Eσ實(shí)際應(yīng)力σ3.1.6框架強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)與方法強(qiáng)度校核遵照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017）實(shí)施，采用許用應(yīng)力的核算方法，首先得弄明白框架的危險截面，大多聚集在承受集中荷載的橫梁跨中以及立柱底部。對于橫梁，采用彎曲正應(yīng)力校核公式σ=MmaxWz，其中Mmax為危險截面處的最大彎矩，I由前面計(jì)算可知橫梁最大彎矩Mmaxσ立柱采用軸向壓應(yīng)力校核公式σ=FaA,A軸向壓力F3.1.7框架穩(wěn)定性校核驗(yàn)證立柱穩(wěn)定性校核采用歐拉公式Fcr=π2EIμl2，其中E=206立柱截面慣性矩Iz=1臨界力Fcr=π2一般要求nst3.2機(jī)械爪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1機(jī)械爪結(jié)構(gòu)形式與參數(shù)設(shè)計(jì)如圖2呈現(xiàn)的，機(jī)械爪采用可開合圓形結(jié)構(gòu)，半徑設(shè)為19厘米，充分兼顧了抓取范圍與結(jié)構(gòu)的緊湊性，圓形結(jié)構(gòu)的獨(dú)特好處是能均勻分散抓取力，不論圓鋼直徑的大小規(guī)格，都可達(dá)成四周對稱夾緊，有力杜絕了因受力不平均造成的圓鋼滑落現(xiàn)象，借助做不同直徑圓鋼的抓取實(shí)驗(yàn)，該結(jié)構(gòu)在對直徑10-38厘米的圓鋼實(shí)施抓取時，皆能維持穩(wěn)定的抓取姿態(tài)。機(jī)械爪由2個爪臂聯(lián)合組成，可以在維持抓取力的階段中，降低單個爪臂所承受的力，增大結(jié)構(gòu)的可靠水平，各個爪臂以高精度鉸鏈為媒介與連桿機(jī)構(gòu)相連，鉸鏈采用自潤滑性質(zhì)的軸承，大大降低了運(yùn)動過程里的摩擦力及磨損，爪臂的厚度為15毫米，寬度竟達(dá)50毫米，采用45號鋼并開展淬火處理，令其硬度達(dá)到HRC40-45區(qū)間，在保證呈現(xiàn)高強(qiáng)度時，實(shí)現(xiàn)了爪臂重量的減輕，增強(qiáng)了抓取動作的反應(yīng)及時性。3.2.2抓取動作與夾緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由氣缸驅(qū)動系統(tǒng)完成抓取動作的執(zhí)行，該系統(tǒng)經(jīng)過精心構(gòu)建，保證動作既精準(zhǔn)又可靠，當(dāng)圓鋼輸送到機(jī)械爪下方之際，置于設(shè)備前端的激光傳感器實(shí)時檢查圓鋼位置，然后把信號傳至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)依照預(yù)設(shè)程序做，向氣缸發(fā)出命令，氣缸活塞桿在0.3秒內(nèi)迅猛伸出，依靠連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動爪臂向中心聚攏，實(shí)現(xiàn)物品抓取。按照圓鋼最大重量與抓取力需求對氣缸進(jìn)行選型，就最大重量是500kg的圓鋼而言，顧及安全系數(shù)1.2這一因素，理論層面抓取力需達(dá)到6000N，經(jīng)計(jì)算與選型操作，選用缸徑100毫米、行程恰好100毫米的氣缸，處于0.6MPa的氣壓環(huán)境下，此氣缸差不多可產(chǎn)生4712N的推力，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的1.3倍力放大系數(shù)，實(shí)際可達(dá)到的抓取力是6125N，完全契合抓取的實(shí)際需求。夾緊結(jié)構(gòu)采用的是楔形塊設(shè)計(jì)，該創(chuàng)新設(shè)計(jì)切實(shí)提高了抓取的穩(wěn)定性，楔形塊安裝到了爪臂內(nèi)側(cè)，當(dāng)爪臂閉合時，楔形塊受壓力作用后自動楔緊圓鋼表面，楔形塊的表面采用特殊處理，加工生成深度0.5毫米、間距2毫米的防滑紋路，而后噴涂耐磨涂層，讓表面的摩擦系數(shù)提升至0.8以上，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)考察，此夾緊結(jié)構(gòu)在抓取表面光滑圓鋼的時候，依舊能維持穩(wěn)定狀態(tài)，最大靜摩擦力可達(dá)到的數(shù)值為8000N。夾緊力的精確控制可借助調(diào)節(jié)氣缸氣壓實(shí)現(xiàn)，操作人員可依照圓鋼表面粗糙度、材質(zhì)等條件，在控制面板設(shè)置合適的氣壓數(shù)值，保障不同工況下抓取的穩(wěn)定性，系統(tǒng)同樣設(shè)置了壓力傳感器，實(shí)時知曉夾緊力的大小，若夾緊力超過了設(shè)定閾值，自動激活報警裝置，防止因夾緊力度太大引起圓鋼表面損傷。3.2.3抓取力與夾緊力計(jì)算已知圓鋼所呈現(xiàn)的最大重量Gmax=500?kg，為保證抓取工作可靠，考慮安全系數(shù)所需最小抓取力F假設(shè)圓鋼與機(jī)械爪之間的摩擦系數(shù)μ=0.3，依照摩擦力公式Ff=μFc（則夾緊力F3.2.4機(jī)械爪關(guān)鍵部件受力分析與計(jì)算機(jī)械爪由爪臂和連桿組成，爪臂采用45號鋼，許用應(yīng)力σ=300MPa。假設(shè)爪臂長度la=2001．爪臂受力分析在實(shí)施圓鋼抓取之際，爪臂可當(dāng)成懸臂梁，受到夾緊力的作用時，最大彎矩由爪臂根部承受。最大彎矩M2．爪臂強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算爪臂截面特性：截面面積Aa慣性矩I由彎曲正應(yīng)力公式σ=σ3.2.5機(jī)械爪關(guān)鍵部件強(qiáng)度校核爪臂強(qiáng)度校核采用第四強(qiáng)度理論（形狀改變比能理論），應(yīng)力公式為σr4爪臂截面尺寸為b=50?mm,??=截面慣性矩Iz=彎曲正應(yīng)力σ爪臂材料為45號鋼，許用應(yīng)力σ=300MPa，因?yàn)?.2.6抓取與夾緊可靠性校核抓取可靠性通過安全系數(shù)ng衡量，ng缸推力F缸則Fg所需抓取力Fg需=夾緊可靠性通過摩擦力安全系數(shù)nf校核，n實(shí)際夾緊力Fc實(shí)=24500N，摩擦系數(shù)μ=0.33.3打捆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1打捆機(jī)構(gòu)整體尺寸規(guī)劃從圖3可以看出，打捆機(jī)構(gòu)整體采用直徑56厘米的圓形構(gòu)造，該尺寸的確定綜合顧及了圓鋼規(guī)格、纏繞圈數(shù)以及機(jī)構(gòu)內(nèi)部空間布局等方面的因素，就常見的10毫米直徑圓鋼而言，完成3-8圈纏繞之后，連同捆扎絲的厚度一起算，最大直徑可成70-80毫米，56厘米的直徑足以保證圓鋼在纏繞過程中不與機(jī)構(gòu)邊緣相撞，還替放線器、傳動齒輪組等部件預(yù)留了充分的安裝空間。打捆機(jī)構(gòu)高度設(shè)計(jì)為80厘米，此高度跟整機(jī)框架實(shí)現(xiàn)了不錯的配合，在水平方向里，保障圓鋼能順利地進(jìn)入與退出纏繞工位；在垂直方向的范疇內(nèi)，為電機(jī)、減速器等傳動部件的安裝預(yù)留了合理空間，機(jī)構(gòu)下方預(yù)留30厘米空間，以安裝電機(jī)和減速器，上方預(yù)留20厘米空間以布置放線器與導(dǎo)向輪，讓整個纏繞系統(tǒng)布局緊密有序、層次分明。為達(dá)到更好的打捆效果，打捆機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線經(jīng)過精準(zhǔn)調(diào)校，保證與圓鋼軸線的同軸度誤差在±0.5毫米這個誤差區(qū)間內(nèi)，機(jī)構(gòu)外殼采用的是分體式設(shè)計(jì)，利于內(nèi)部部件開展安裝、調(diào)試與維護(hù)工作，外殼表面做了陽極氧化處理，而且讓外殼耐腐蝕性提高，而且提升了外觀質(zhì)感。3.3.2放線器結(jié)構(gòu)與安裝設(shè)計(jì)放線器采用的盤式結(jié)構(gòu)直徑為13厘米，如圖4所示，該設(shè)計(jì)充分顧及了捆扎絲存儲與放線的需求，位于盤中間的空心軸直徑20毫米，采用40Cr合金鋼制作而成，經(jīng)過淬火加高溫回火處理后，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到800MPa以上，可承受放線期間的最大拉力，軸上布置了鍵槽與定位孔，實(shí)現(xiàn)放線器跟纏繞機(jī)構(gòu)主軸精準(zhǔn)安裝及可靠連接。放線器盤面之上均勻分布8個導(dǎo)絲孔，孔徑比捆扎絲的直徑多出0.5毫米，足以保證捆扎絲順利通過，還能有效限制其抖動，導(dǎo)絲孔的邊緣做了倒角處理，表面粗糙度Ra≤0.8μm，減小了捆扎絲與孔壁間的摩擦，防止放線過程當(dāng)中出現(xiàn)卡滯。放線器借助一對型號為6204的深溝球軸承安裝在纏繞機(jī)構(gòu)中心軸上，此軸承具備不錯的徑向負(fù)載承受能力與旋轉(zhuǎn)精準(zhǔn)度，能保障放線器在高速旋轉(zhuǎn)期間的穩(wěn)定性，為達(dá)成捆扎絲張力調(diào)節(jié)，在放線器旁布置了彈簧-摩擦片式張力調(diào)節(jié)裝置，采用旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母的辦法改變彈簧壓縮量，可在50-150N區(qū)間內(nèi)對張力進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，裝置里面同樣安裝了張力傳感器，實(shí)時檢視張力的大小，進(jìn)而把數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，做到張力的閉環(huán)管控。3.3.3捆扎張力計(jì)算為保障圓鋼捆扎穩(wěn)固，纏繞張力需結(jié)合圓鋼重量進(jìn)行確定。設(shè)圓鋼重量為G，纏繞圈數(shù)n=5，考慮圓鋼表面摩擦等因素，取系數(shù)纏繞張力Ft=kG，當(dāng)3.3.4捆扎機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量與扭矩計(jì)算捆扎機(jī)構(gòu)主要由纏繞輪和放線器組成。纏繞輪直徑Dw=56?cm=0.56?m，質(zhì)量1．轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算對于實(shí)心圓盤，轉(zhuǎn)動慣量公式J=纏繞輪轉(zhuǎn)動慣量Jw放線器轉(zhuǎn)動慣量Jf纏繞機(jī)構(gòu)總轉(zhuǎn)動慣量J2．扭矩計(jì)算纏繞機(jī)構(gòu)要在t=5s內(nèi)從靜止加速到轉(zhuǎn)速角加速度α根據(jù)扭矩公式T同時，還需克服纏繞張力產(chǎn)生的扭矩Tt總扭矩T3.3.5打捆機(jī)構(gòu)強(qiáng)度校核纏繞輪強(qiáng)度校核按扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力公式τ=TWp,T為傳遞扭矩，纏繞輪抗扭截面模量W扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ纏繞輪材料為鑄鐵，許用切應(yīng)力τ=3.3.6放線器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核放線器軸強(qiáng)度校核按彎扭合成公式σr3=σ2+4τ抗彎截面模量Wz=彎曲正應(yīng)力σ扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τσ軸材料為45號鋼，許用應(yīng)力σ=300MPa，滿足3.4切斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1切割裝置結(jié)構(gòu)形式選擇切割裝置采用剪刀狀的結(jié)構(gòu)，這種經(jīng)典設(shè)計(jì)鑒于簡單可靠、切割效果佳的情況，被大量應(yīng)用，刀片采用高碳合金鋼制作而成，含碳量把控在0.8%-1.2%這個區(qū)間，經(jīng)過淬火、回火這兩道處理后，硬度實(shí)現(xiàn)了HRC58-62的數(shù)值，具備極佳的耐磨本事與鋒利程度，將刀片刃口角度設(shè)計(jì)成30°，此角度在保障切割效率的情形下，有效降低了切割操作的阻力，降低了刀片出現(xiàn)的磨損。剪刀式結(jié)構(gòu)由活動刀片與固定刀片所組成，固定刀片借助高強(qiáng)度螺栓安裝于切割機(jī)構(gòu)底座上，活動刀片的驅(qū)動靠氣缸，為實(shí)現(xiàn)刀片安裝的高精度，于底座上加工了高精度定位槽，固定刀片安裝妥當(dāng)后，其跟活動刀片的刃口間隙控制于0.1-0.2毫米的區(qū)間，保障了切割具備準(zhǔn)確性與可靠性，跟鋸切等其他切割手段相比，剪刀式結(jié)構(gòu)不會弄出碎屑，杜絕了對圓鋼表面造成損傷，而且切割過程中噪聲低，優(yōu)化了工作環(huán)境。3.4.2切割動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)切割動作靠氣缸推動來達(dá)成，氣缸安裝于切割機(jī)構(gòu)的上方，憑借連桿和滑塊機(jī)構(gòu)把直線運(yùn)動傳遞給活動刀片，采用缸徑50毫米、行程長度為50毫米的氣缸，處于0.6MPa這樣的氣壓下，會產(chǎn)生近似1178N的推力，完全可以切斷常見的3-5毫米直徑捆扎線，為加強(qiáng)切割動作的平穩(wěn)表現(xiàn)，在氣缸兩端布置了緩沖裝置，切實(shí)降低了運(yùn)動時的沖擊。切斷機(jī)構(gòu)配上了高精度定位裝置，由兩個能調(diào)節(jié)的限位塊所組成，限位塊依靠燕尾槽結(jié)構(gòu)安裝于切割機(jī)構(gòu)兩側(cè)，能依據(jù)圓鋼直徑在正負(fù)10毫米范圍做微調(diào)，當(dāng)圓鋼被送抵切割位置的時候，限位塊恰好卡住圓鋼，保證捆扎絲在預(yù)設(shè)位置被切斷，采用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的方式控制氣缸進(jìn)氣速度，可精準(zhǔn)控制切割時間處于1-2秒內(nèi)，符合了打捆機(jī)高效作業(yè)的期望。切割機(jī)構(gòu)設(shè)置有刀片磨損檢測裝置，憑借安裝在刀片近旁的位移傳感器，實(shí)時檢測刀片的磨損情形，要是刀片磨損量達(dá)到0.5毫米的時候，系統(tǒng)自動給出報警信號，通知操作人員把刀片換掉，維持切割質(zhì)量的穩(wěn)定性。3.4.3切割力計(jì)算在采用激光切割辦法切斷捆扎絲的時候，其原理是借助高能量密度激光束讓材料瞬間熔化或氣化，跟傳統(tǒng)機(jī)械切割依賴機(jī)械力開展工作不同，激光切割過程里沒有傳統(tǒng)意義內(nèi)的“切割力”，然而在進(jìn)行激光切割系統(tǒng)性能評估之際，必須計(jì)算激光功率密度等相關(guān)參數(shù)，以保證可以真正切斷捆扎絲。已知捆扎絲材料為Q235鋼，直徑d=3?mm。激光切割時，材料的熔化或氣化需要達(dá)到一定的能量閾值。對于Q235鋼，假設(shè)其氣化所需的能量密度閾值為選取激光光斑直徑D為0.2?mm=則光斑面積A=為使捆扎絲在瞬間氣化切斷，激光的脈沖能量Q至少要滿足：Q若激光的脈沖頻率f=10?HzP考慮到激光傳輸過程中的能量損耗，取損耗系數(shù)K=P3.4.4氣缸推力計(jì)算雖說激光切割本身不借助機(jī)械力切斷捆扎絲，但在切割體系里，氣缸的主要用途是驅(qū)動激光切割頭進(jìn)行移動定位，還有輔助壓緊等動作，假設(shè)激光切割頭連同相關(guān)傳動部件的總質(zhì)量m為5kg，在定位移動期間，加速度a呈現(xiàn)出0.5m/s2。根據(jù)牛頓第二定律F=ma，氣缸推動切割頭產(chǎn)生加速度所需的力此外，為保證切割時捆扎絲位置固定，需要對圓鋼及捆扎絲施加一定的壓緊力，設(shè)壓緊力F2考慮到機(jī)械傳動過程中的摩擦阻力，取摩擦系數(shù)μ=0.1，傳動部件與導(dǎo)軌等之間的正壓力近似等于切割頭及相關(guān)部件重力FG同時，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，取安全系數(shù)Ks則氣缸所需推力F氣缸3.4.5切割部件強(qiáng)度校核切割頭（激光切割頭支架）強(qiáng)度校核采用有限元分析方法，將切割頭簡化為懸臂梁結(jié)構(gòu)，承受自身重力和激光設(shè)備安裝產(chǎn)生的附加載荷。假設(shè)切割頭總質(zhì)量m=5kg，附加載荷F附通過有限元軟件計(jì)算得最大應(yīng)力σmax=80MPa3.4.6氣缸工作壓力與行程校核氣缸工作壓力校核：實(shí)際工作壓力p實(shí)=F氣缸A氣缸推力F氣缸=氣缸額定壓力p氣缸行程校核：切割頭最大移動距離Lmax=50?mm，氣缸行程3.5皮帶傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.5.1皮帶類型選擇與傳動方案設(shè)計(jì)如圖6呈現(xiàn)，皮帶傳動系統(tǒng)為打捆機(jī)動力傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能直接左右著設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與效率高低，鑒于打捆機(jī)對纏繞機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性與傳動精度上的嚴(yán)格要求，采用同步帶作為傳動介質(zhì)，同步帶借助齒與皮帶輪的契合達(dá)成傳動，擁有無滑動現(xiàn)象、傳動比準(zhǔn)確穩(wěn)定、傳動效率高（可達(dá)95%-98%）等好處，能保證纏繞機(jī)構(gòu)在各種工況下維持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，這樣可實(shí)現(xiàn)捆扎絲的均勻纏繞。傳動方案設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)動力高效傳輸為目標(biāo)，電機(jī)充當(dāng)動力源，在其輸出軸那兒安裝主動皮帶輪，從動皮帶輪被安裝到纏繞機(jī)構(gòu)主軸上，兩者依靠同步帶相互連接，電機(jī)開啟轉(zhuǎn)動后，主動皮帶輪跟著一起轉(zhuǎn)動，借助同步帶的齒形契合讓從動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動纏繞機(jī)構(gòu)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，為讓皮帶與皮帶輪實(shí)現(xiàn)良好嚙合，嚴(yán)格按照同步帶齒形標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)與加工皮帶輪齒形，把齒形誤差控制到±0.05毫米以內(nèi)。在安裝進(jìn)程當(dāng)中，采用螺旋張緊裝置精準(zhǔn)調(diào)整皮帶的張緊情況，該裝置是由調(diào)節(jié)螺桿、張緊滑塊跟彈簧構(gòu)成的，操作人員可借助旋轉(zhuǎn)螺桿改變張緊滑塊的具體位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)皮帶的張力，合適的張緊力度能防止皮帶打滑，又能降低皮帶跟皮帶輪的磨損現(xiàn)象。3.5.2皮帶輪尺寸參數(shù)確定依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速、纏繞機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速以及傳動比的計(jì)算來明確皮帶輪尺寸參數(shù)。已知電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分鐘，纏繞機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，由此確定傳動比為1440÷120=12。根據(jù)傳動比關(guān)系，假設(shè)主動皮帶輪直徑為50毫米，則從動皮帶輪直徑為50×12=600毫米。皮帶輪寬度設(shè)計(jì)跟同步帶寬度相匹配恰當(dāng)，采用寬度20毫米的同步帶，把皮帶輪的槽寬設(shè)計(jì)成了21.5毫米，槽深采用8毫米，保證同步帶可以緊實(shí)牢固地嵌入皮帶輪槽內(nèi)，防止運(yùn)行進(jìn)程里出現(xiàn)皮帶跑偏問題，皮帶輪厚度由自身直徑與承載需求共同確定，一個直徑600毫米的從動皮帶輪，其厚度設(shè)計(jì)成了30毫米，采用灰鑄鐵HT250材質(zhì)進(jìn)行制造，該材料有著較好的鑄造性能與耐磨性能，可以符合皮帶輪強(qiáng)度及使用壽命的要求。在皮帶輪制造的進(jìn)程里，精準(zhǔn)把控加工精度，皮帶輪外圓跳動的誤差控制在0.1毫米以內(nèi)，端面的跳動誤差需≤0.15毫米，齒形誤差要求≤0.05毫米，保證皮帶輪在高速轉(zhuǎn)動時的平衡以及傳動精度，對皮帶輪的表面進(jìn)行噴砂及防銹涂裝，增強(qiáng)其耐腐蝕水平與外觀模樣。3.5.3皮帶傳動功率計(jì)算已知纏繞機(jī)構(gòu)所需扭矩Ttotal=276.4根據(jù)功率公式P=2πnT60×1000P考慮到傳動效率，同步帶傳動效率η皮帶則電機(jī)所需功率P3.5.4皮帶張緊力計(jì)算根據(jù)單根∨帶的基本額定功率P0的計(jì)算公式，對于同步帶，先計(jì)算小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1=50?mm=單根V帶傳遞的功率P0可查相關(guān)設(shè)計(jì)手冊，此處根據(jù)同步帶特性，設(shè)P0=1.2?kW（根據(jù)型號及工況確定），包角修正系數(shù)Kα=0.95（計(jì)算后得出，下面計(jì)算包角后說明），長度修正系數(shù)KL=1.02，帶的根數(shù)z初拉力F0的計(jì)算公式為F0=500P電機(jī)先計(jì)算帶速v將P電機(jī)F3.5.5皮帶輪包角與帶速計(jì)算皮帶輪包角計(jì)算小帶輪包角α1的計(jì)算公式為α1α帶速計(jì)算帶速v的計(jì)算公式為v=將dv3.5.6皮帶疲勞強(qiáng)度校核皮帶疲勞強(qiáng)度校核依據(jù)皮帶的疲勞曲線和工作應(yīng)力進(jìn)行。對于同步帶，其疲勞壽命主要與單位長度的拉力和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)相關(guān)。已知皮帶傳遞功率P電機(jī)=3.61?kW，帶速v=首先計(jì)算皮帶緊邊拉力F1和松邊拉力F2，由F又根據(jù)初拉力公式F0已計(jì)算得F0≈205.55N即F1聯(lián)立方程F解得F1=957.56單位長度拉力σ=F1A，假設(shè)同步帶橫截面積根據(jù)同步帶廠家提供的疲勞曲線，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=107因?yàn)棣?3.5.7皮帶輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核以小皮帶輪為例進(jìn)行強(qiáng)度校核，小皮帶輪直徑dd1=50皮帶輪受皮帶拉力產(chǎn)生的彎矩M,F1=684.33N皮帶輪截面可近似為圓形，其抗彎截面模量W=彎曲應(yīng)力σb因?yàn)棣襜3.6電機(jī)與減速器設(shè)計(jì)3.6.1電機(jī)功率需求分析與型號選型電機(jī)功率的準(zhǔn)確選型是確保打捆機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在計(jì)算纏繞機(jī)構(gòu)所需功率時，需綜合考慮捆扎絲張力、機(jī)構(gòu)摩擦力、慣性負(fù)載等因素。假設(shè)纏繞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時的扭矩為50N?m，轉(zhuǎn)速為120r/min，根據(jù)功率計(jì)算公式P=T×n÷9550（其中P為功率，T為扭矩，n為轉(zhuǎn)速），可得理論功率P=50×120÷9550≈0.63kw?？紤]到設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中可能遇到的負(fù)載波動、啟動沖擊等情況，電機(jī)額定功率需預(yù)留20%-30%的余量。因此，選擇額定功率1千瓦的電機(jī)能夠滿足設(shè)備的動力需求。電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇與減速器傳動比、皮帶傳動比相匹配，選用1440r/min的電機(jī)，通過后續(xù)的減速裝置，可將轉(zhuǎn)速降低至纏繞機(jī)構(gòu)所需的工作轉(zhuǎn)速。在電機(jī)選型方面，還需顧及工作電壓、防護(hù)等級等參數(shù)，因?yàn)榇蚶C(jī)一般在工業(yè)環(huán)境里運(yùn)行，采用額定電壓為380V的三相異步電機(jī)，防護(hù)等級采用IP54，能有效制止灰塵與水濺入電機(jī)的里面，保證電機(jī)在惡劣環(huán)境下可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，為電機(jī)選用F級的絕緣等級，有承受較高工作溫度的本事，提高電機(jī)的使用壽期。3.6.2減速器類型選擇與傳動比設(shè)計(jì)圖7呈現(xiàn)的是動力系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)和減速器組成，而減速器在打捆機(jī)傳動系統(tǒng)中發(fā)揮著降低轉(zhuǎn)速、增大扭矩的關(guān)鍵作用，全面考量設(shè)備空間約束、傳動效率以及承載能力等方面因素，采用行星齒輪減速器，該類型的減速器擁有體積小、重量輕、傳動比范圍大、傳動效率高（可處于90%-95%）等長處，能契合打捆機(jī)工作的實(shí)際需求。傳動比的設(shè)計(jì)需把電機(jī)轉(zhuǎn)速和纏繞機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速結(jié)合精確算，已知電機(jī)呈現(xiàn)1440r/min的轉(zhuǎn)速，纏繞機(jī)構(gòu)所要求的轉(zhuǎn)速為120r/min，總傳動比經(jīng)1440除以120的計(jì)算后，結(jié)果為12，若皮帶傳動比為4，故而減速器傳動比為12÷4=3，經(jīng)由合理分配減速器和皮帶傳動的傳動比數(shù)，既能維持設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊效果，又可符合纏繞機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速要求。3.6.3電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速計(jì)算已知電機(jī)所需功率P電機(jī)=根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式T=9550P通過計(jì)算可知選用Y112M-4型三相異步電動機(jī)。3.6.4減速器輸出轉(zhuǎn)矩與效率計(jì)算已知電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩T電機(jī)=23.9N減速器輸出轉(zhuǎn)矩T3.6.5電機(jī)過載能力校核已知電機(jī)額定功率PN=3.61?kW，額定轉(zhuǎn)速電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Tmax與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值為過載系數(shù)λ，一般三相異步電機(jī)過載系數(shù)λ=2?在打捆機(jī)啟動或遇到短時過載時，假設(shè)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL因?yàn)門L3.6.6減速器齒輪強(qiáng)度校核以行星齒輪減速器為例，采用漸開線圓柱齒輪，模數(shù)m=2mm，小齒輪齒數(shù)z1=20傳遞轉(zhuǎn)矩T輸入=TT齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度公式σH=KT1bd12σ齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理，許用接觸應(yīng)力σH因?yàn)棣襀齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度公式σF=KT1σ許用彎曲應(yīng)力σF因?yàn)棣褾3.7鍵連接計(jì)算4.7.1鍵的擠壓強(qiáng)度計(jì)算已知電機(jī)軸直徑d=30?mm，選用普通平鍵，鍵的尺寸為寬度b=8?mm，高度鍵連接工作時，主要承受擠壓應(yīng)力。將軸與鍵、鍵與輪轂的接觸面簡化為受擠壓的平面，假設(shè)扭矩T通過鍵均勻傳遞。首先計(jì)算擠壓面面積Ajy，對于平鍵，擠壓面面積為鍵與輪報接觸的側(cè)面面積，即AA根據(jù)擔(dān)矩與力的關(guān)系T=F×d2（FF然后根據(jù)擠壓強(qiáng)度公式σjyσ選用的鍵材料為45號鋼，其許用擠壓應(yīng)力σjy=100由于σjy4.7.2鍵的剪切強(qiáng)度計(jì)算鍵在傳遞扭矩過程中，還會受到剪切力作用。剪切面為鍵的橫截面，其剪切面面積AjqA根據(jù)剪切強(qiáng)度公式τ=FAjq（τ45號鋼的許用剪切應(yīng)力τ=60?因?yàn)棣?4.7.3鍵連接擠壓強(qiáng)度校核驗(yàn)證已知電機(jī)軸與鍵連接，軸直徑d=30?mm，鍵尺寸b=8?mm，擠壓面面積Ajy=?2L=72×因?yàn)棣襧y4.7.4鍵連接剪切強(qiáng)度校核驗(yàn)證剪切面面積Ajq作用在鍵上的力F≈剪切應(yīng)力τ=45號鋼許用剪切應(yīng)力τ=因?yàn)棣?3.8放線器軸結(jié)構(gòu)3.8.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1．確定載荷受力分析：放線器軸在工作時，主要受到捆扎絲的拉力以及自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩。假設(shè)捆扎絲最大拉力Fmax=150?N，軸的轉(zhuǎn)速扭矩計(jì)算：根據(jù)T=9550Pn，電機(jī)功率則T=9550×0.52．初步確定軸的各段直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。作用在軸上的功率P=Pn已知T輸出軸的直徑計(jì)算公式dmin≥A則dmin≥110為了滿足聯(lián)軸器的定位要求，需制出一軸肩長為6.5mm，且根據(jù)聯(lián)軸器，軸肩過渡式變寬，直徑為25mm，配合轂孔長度為39.5mm。根據(jù)軸承定位增加一3mm軸肩，長7mm，且在上方開一長為10mm，寬為4mm的锪平槽口。根據(jù)彈簧和聯(lián)軸器定位，軸的直徑為25mm，長為63mm。如圖8所示設(shè)計(jì)軸。按彎矩合成強(qiáng)度條件，水平彎矩M垂直彎矩M彎矩M=做彎矩圖如圖9所示3.8.2軸的校核對于軸前端直徑6mm，主要承受放線器部件的軸向力和較小的扭矩。軸向力Fa=30N根據(jù)拉伸強(qiáng)度公式σ=FaA軸向力Fa=30?N,?d=6?mm=0.006?m,?A=π扭矩T=1?N??m,?Wt=根據(jù)第四強(qiáng)度理論計(jì)算等效應(yīng)力σeq=σ2+33.9總裝圖及工作原理如圖9所示為小型圓鋼打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)，整個機(jī)器調(diào)試無誤后，圓鋼通過這個時間點(diǎn)，氣缸動作推動機(jī)械爪夾緊圓鋼，步進(jìn)電機(jī)帶動放線器，讓其用鋼繩對圓鋼纏繞打捆，氣缸帶動激光切割頭沿導(dǎo)軌向下進(jìn)行移動，切斷打捆用的鋼繩，圓鋼打捆操作結(jié)束。4總結(jié)4.1研究成果總結(jié)本研究以滿足中小型鋼材加工以及建筑工地對圓鋼高效打捆需求為主要目標(biāo)，圓滿設(shè)計(jì)且完成了小型圓鋼打捆機(jī)的全套機(jī)械結(jié)構(gòu)方案，經(jīng)由系統(tǒng)規(guī)劃，明確了設(shè)備需要達(dá)成圓鋼抓取、纏繞打捆及捆扎絲切斷的三項(xiàng)核心功能，并按照此導(dǎo)向構(gòu)建起包含機(jī)械爪機(jī)構(gòu)、纏繞機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)與整機(jī)框架的完整結(jié)構(gòu)體系。就關(guān)鍵性能指標(biāo)而言，設(shè)備達(dá)成每小時穩(wěn)定進(jìn)行25捆圓鋼打捆的作業(yè)效率，該指標(biāo)經(jīng)多輪模擬測試及實(shí)際工況驗(yàn)證無誤，足以切實(shí)滿足中小型生產(chǎn)場景的日