畜牧機械用異型鋼自動生產線設計

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摘要：為解決畜牧機械生產過程中異型鋼生產線多道工序、多規(guī)格的問題，同時保證產品質量，提高生產效率，設計一條異型鋼自動生產線。該生產線包括拉絲調直機構、切斷沖凹機構、自動下料機構，能夠將一捆圓鋼筋壓成異型鋼，調直后切斷，實現異型鋼3/4/5凹產品通用功能。經生產試驗，異型鋼品質穩(wěn)定，生產效率高，有效降低了勞動強度，大幅降低人工成本。

關鍵詞：異型鋼；自動化生產線；沖壓；多規(guī)格通用

0引言

生產線布局是工廠布局的主要內容之一[1]。畜牧機械行業(yè)裝備制造的現代化發(fā)展離不開自動生產線的主導和支撐[2]。自動化生產線能自動完成全部或部分制造過程的生產系統(tǒng)[3]，能夠將一個產品的制作過程按照順序進行，除了制造必要花費的時間外，往往在轉運、上下料等過程中會浪費太多的時間，為了提高產品的生產效率，減少不必要的時間浪費，生產線的自動化發(fā)展是必然的趨勢[4]。畜牧養(yǎng)殖機械對于保障我國肉蛋奶等產品的有效供給發(fā)揮了重要的作用[5]。異型鋼是當前畜牧機械設備制造過程中所用到的較為普遍的原料，考慮到機械設備的安全性、牢固性、美觀性等諸多因素，帶有多個沖凹的異型鋼成為行業(yè)內的主流。異型鋼在生產線目前多由鋼筋拉直、壓成三角形之后剪斷、沖壓成所需要的3/4/5凹等幾個工序的單獨的加工設備分別構成。這個過程存在流程復雜、生產周期長、員工勞動強度大、產品品質無法得到保證、生產成本高等問題，同時還存在設備資源閑置和人力資源浪費的現象[6]。為了將資源充分利用起來，同時解決生產與成本的問題[7]，設計了一套異型鋼自動生產線。

1材料與方法

異型鋼原材料是一捆圓形的鋼筋，如圖1所示，異型鋼成品如圖2所示。異型鋼自動生產線示意圖如圖3所示，主要分為拉絲調直機構、切斷沖凹機構和自動下料機構這三部分。該設備是針對無沖凹、3/4/5凹多種規(guī)格的異型鋼，在一條生產線上實現自動生產。異型鋼自動生產線包括三個型材架、拉絲調直機、電機、五個沖壓機構（含油缸）、多個氣缸、導軌、輸送帶等。圓鋼筋經過拉絲調直機后壓成直的異型鋼，異型鋼在跟隨定位機構上移動，異型鋼接觸到定位面后切斷機構工作將異型鋼切斷。自動夾取機構平移送料，將異型鋼送入液壓沖凹機構的凹槽中，定位壓緊后油缸啟動，沖壓成型，沖成所需的凹型。不同規(guī)格的凹型可通過調用不同的程序來控制油缸的沖壓動作[8]。沖凹完成后氣缸推動異型鋼落到輸送帶上，輸送帶將異型鋼運到尾端下料。

2主要機構設計

2.1拉絲調直機構設計拉絲調直是異型鋼生產的第一道工序[9]。拉絲調直機構包括上料架、導正滾輪、電機、傳送帶、拉絲調直機等。拉絲調直機構將一捆圓鋼筋輸送到導正滾輪上粗調直，然后經過兩個壓鋼筋機器依次粗壓和精壓，壓出異型鋼的三個平面。壓完后經過一臺壓齒形機，在異型鋼的底面上壓出齒形，最后再經過豎直和水平的兩排導正滾輪進行精調直。圓鋼筋經過初始的豎直和水平兩排導正滾輪保證異型鋼壓出的三個面是平面，壓完后再進行一次豎直和水平兩個方向的導正滾輪精調，保證異型鋼的直線度。拉絲調直機構通過電機和同步帶給三個壓鋼筋機構提供動力，導正滾輪為無動力滾輪，一排多個可調節(jié)高度的導正滾輪可以適用于多種直徑規(guī)格的鋼筋[10]。

2.2切斷沖凹機構設計

切斷沖凹機構包括模架，油缸，模具，各種定位、取料、送料、出料機構，具體如圖4所示。沖凹是異型鋼自動生產線的重要部分，也是最關鍵的地方。切斷沖凹機構的功能是將拉直的異型鋼沖出3/4/5凹，同時不會影響鋼筋的直線度。異型鋼經過拉絲調直機后在跟隨定位機構上繼續(xù)運動，手指氣缸夾緊鋼筋，運動到感應部位后氣缸往下運動將異型鋼切斷。氣缸夾緊送料保證了生產線的連續(xù)性和自動性，同時也保證了異型鋼的方向性[11]。異型鋼為等腰三角形，手指氣缸夾緊送料讓鋼筋的沖凹面始終在同一個面。平移送料機構通過氣缸、導軌滑塊將異型鋼送入凹槽中，側面的定位氣缸推動鋼筋，讓鋼筋頂緊定位機構，保證每根異型鋼沖凹的位置是一樣的。定好位后預壓定位機構壓緊異型鋼，油缸按順序從中間向外啟動，依次沖凹，同時在模具成型位置加入0.5mm壓線，去除成型應力[12-14]，保證鋼筋的直線度。沖凹完成后預壓定位機構松開，兩端的頂出氣缸將鋼筋頂出到輸送帶上往后面運，進行下料。

2.3自動下料機構設計

自動下料機構包括輸送帶、導向組件、行程開關和自動推出機構。異型鋼沖凹完成，被氣缸推到輸送帶上，輸送帶將異型鋼往后面運，輸送帶靠近自動推出機構的一側裝有角鐵導向，防止異型鋼脫離輸送帶，輸送帶尾端裝有擋板和行程開關，異型鋼頂到擋板后，推出氣缸動作將異型鋼推離輸送帶至裝料架中。

3控制系統(tǒng)設計

控制裝置是自動線的核心部件，確保整條生產線各部分協調工作[15]。控制裝置由數據層、物理層控制模式組成，數據層主要實現數據的傳輸和處理，通過現場總線技術，采用EFA技術達到減少用線和控制快捷方便的目的；物理層主要采集和處理數據，直接或間接地與控制層PLC實現數據交換，確?？刂蒲b置對各執(zhí)行機構的精確控制。設備的主控制臺由PC與PLC等組成，通過PLC收集處理數據及控制各執(zhí)行機構的動作等，使用WINCC設計人機交互，提供參數輸入窗口及裝置控制按鈕。PLC控制系統(tǒng)其結構如圖5所示。系統(tǒng)運行方式有手動或自動模式，手動模式用于調試階段，在手動模式下，由操作員操作生產線上所有設備的運行及閥門的開閉。切斷沖凹設備裝置自動運行的流程圖如圖6所示。圓鋼筋從上料處經過拉絲調直，在導料機構觸發(fā)夾料信號，夾料缸夾住鋼筋，繼續(xù)移動觸發(fā)剪切信號后剪切油缸切斷鋼筋。切斷后的鋼筋在導料缸的作用下繼續(xù)移動，等取料信號觸發(fā)后取料缸推出取料，將鋼筋送至凹槽。之后預壓缸壓緊，定位缸定位，五個油缸沖凹，同時夾料缸和取料缸復位，等待后續(xù)的鋼筋過來。沖凹完成后保壓1s退回，推料缸將鋼筋推至輸送帶上，鋼筋跟著輸送帶送至尾端下料。

4總結

通過對異型鋼生產線的自動化改造，由原來的勞動密集型向技術密集型轉變，大大節(jié)省了人工投入，在降低成本的同時，提高了產品品質，使其在行業(yè)中的競爭力和影響力得到有效的提升。

作者:王國軍 黎敏 胡會成 周云峰 楊星 王璐 單位:江西增鑫科技股份有限公司 江西省智能畜牧設備集成工程研究中心 鄱陽縣農業(yè)技術推廣中心 江西省農業(yè)科學院基地管理中心江西生物科技職業(yè)學院