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氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械工程及自動(dòng)化 沈立
指 導(dǎo) 老 師 吳晟
摘要 本設(shè)計(jì)是關(guān)于氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體方案制定、飛鋸小車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、行走小車的結(jié)構(gòu)方案等。在設(shè)計(jì)中結(jié)合我們的專業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
關(guān)鍵詞 飛鋸機(jī) 飛鋸小車 鋸切系統(tǒng)
1 緒論
1.1 氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的功用
在線定長切割飛鋸機(jī)是冶金企業(yè)連續(xù)軋制各種型材、管材等生產(chǎn)線上不可缺少的重要設(shè)備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長的鋼管按預(yù)定的長度在線自動(dòng)切斷。定尺飛鋸機(jī)在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長度等。它的精度保證了管材的精度[1]。
1.2 本設(shè)計(jì)的目的與意義
氣動(dòng)式飛鋸機(jī)具有成本低、壽命長、工作可靠、使用維修方便的特點(diǎn)，其定尺精度也足以滿足要求，固市場前景廣闊[2]，結(jié)合我國的國情，選定了“氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的攻關(guān)課題。
1.3 設(shè)備簡介
飛鋸主要技術(shù)參數(shù)：
型材生產(chǎn)速度：60m/min；
鋸切精度：±5mm；
鋸切長度：4m～6m
鋸切次數(shù)：10次/分～15次/分
鋸切型材徑向尺寸：12㎜～90㎜
外型：長×寬=4.3×1.35（米）
1.4 設(shè)計(jì)中需注意的問題
鋸切小車與定尺小車之間要?jiǎng)傂月?lián)接且穩(wěn)定。鋸切小車規(guī)格鋼管需要增加防彎壓輥，設(shè)備運(yùn)行可靠等。
2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
2.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能
本機(jī)適用于型材行走速度為60m/min，鋸切型材徑向尺寸范圍為12㎜～90㎜，鋸切長度為4m～6m的型材生產(chǎn)線，其設(shè)計(jì)使用鋸切精度為±4mm，鋸切次數(shù)為10次/分～15次/分。
2.2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)
管移動(dòng)鋸車原位
管移動(dòng)鋸車返回
管移動(dòng)鋸車與管同步
管移動(dòng)鋸車同步跟蹤夾緊落鋸
管移動(dòng)鋸車同步跟蹤松夾
管移動(dòng)鋸車同步跟蹤抬鋸
管移動(dòng)鋸車移動(dòng)
零點(diǎn)
到位
抬鋸
到位
松夾
到位
圖1 控制原理圖
3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 飛鋸小車運(yùn)動(dòng)描述
飛鋸小車的運(yùn)動(dòng)可分為以下七個(gè)階段（見圖2）。
（1）等待段 如圖2中AB段。
（2）追蹤段 如圖2中BC段。
（3）同步段 如圖2中CE段。
（4）正向減速段 如圖2中EF段 （5）反向運(yùn)行段 圖2中FG段為反向追蹤段。 圖2 飛鋸車速度示意圖
3.2 確定飛鋸小車各段運(yùn)動(dòng)曲線
（1）追蹤段 追蹤段的運(yùn)動(dòng)曲線非常重要，我們采用數(shù)控技術(shù)，當(dāng)二階系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)時(shí)，二階系統(tǒng)對應(yīng)的階躍響應(yīng)為
（2）正向減速段 該段采用的是等減速曲線，其運(yùn)動(dòng)方程為
（3）反向運(yùn)行段 當(dāng)反向行程結(jié)束時(shí)，飛鋸小車正好返回到原點(diǎn)。
4 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
4.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案
本次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)主要有飛鋸床身，主傳動(dòng)系統(tǒng)，行走小車，鋸切系統(tǒng)，夾緊裝置等幾部分組成，其外形如圖7所示：
圖7 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總裝圖
4.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
導(dǎo)軌設(shè)計(jì)非常簡單，簡單的螺釘固定，起了很大的作用。如圖8所示：
圖8 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)導(dǎo)軌連接圖
4.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)方案
氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)形式如圖9所示：
圖9 行走小車結(jié)構(gòu)示意圖
氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)方案：用四個(gè)支撐輪將行走小車底盤支撐起來，在行走小車底盤下面焊接連接體，在行走小車底盤上面安裝電機(jī)，夾緊裝置，鋸切系統(tǒng)，防護(hù)罩，管材的支撐輥以及拖鏈的連接板。
4.4 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的床身的結(jié)構(gòu)方案
氣動(dòng)式定尺飛鋸床身是焊接的，床身前后兩側(cè)支撐導(dǎo)軌，床身中部安裝主傳動(dòng)系統(tǒng)。床身外側(cè)焊接有的筋板，頂部安裝有支撐板，床身有吊裝孔孔等。
5 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
鋸切機(jī)構(gòu)的基本組成包括：氣缸，用于推動(dòng)鋸臂作擺切動(dòng)作；鋸臂，連接氣缸和鋸切主軸；主軸，連接小帶輪和鋸片，用于傳動(dòng)；鋸臂支座，支撐鋸臂；氣缸支座，支撐氣缸；其他。
鋸切方式選用下擺式鋸切方式。
5.2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案
方案一：采用“V”字形擺臂，這種形式可用圖10來示意。
圖10 采用“V”字形擺臂鋸切示意圖
方案二：采用“一”字形擺臂，，這種形式可用圖11來示意[3]。
圖11 “一”字形擺臂鋸切示意圖
5.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案的比較優(yōu)化
方案一和方案二都采用的是下擺式鋸切方式，“V”字形擺臂在鋸切中更容易實(shí)現(xiàn)擺切動(dòng)作，并且對氣缸推力的要求比較小。
最后，我確定使用“V”字形擺臂形式的鋸切方式。
6 主要零部件的設(shè)計(jì)
6.1 電機(jī)的選擇
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)選擇電動(dòng)機(jī)類型，接下來選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等。
確定主要參數(shù)如下：
額定功率：15Kw 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min
滿載時(shí)， 額定電流：29.4A 轉(zhuǎn)速：2930 r/min
效率：88.2% 功率因數(shù)：0.88
重量：125kg[4]
6.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成的帶輪形狀如圖14所示:
圖14 V帶輪
6.4 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當(dāng)量彎矩圖。確定已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，并校核軸徑，驗(yàn)證軸的剛度，并選用適當(dāng)軸承。
7 鋸切氣缸的設(shè)計(jì)
7.1 鋸切氣缸的計(jì)算
初步選擇氣缸，計(jì)算氣缸的拉力，計(jì)算氣缸直徑，計(jì)算活塞桿等。選用緩沖裝置為用內(nèi)緩沖裝置。
7.2 連接與密封
（1） 缸筒與缸蓋的連接
缸筒與缸蓋的連接型式采用的是拉桿式螺栓連接。
（2） 密封
我設(shè)計(jì)的活塞的密封結(jié)構(gòu)采用的是O型密封圈，活塞桿的密封采用的也是O型密封圈形式，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小[5]。
8 總結(jié)
本篇論文介紹了氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)及鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。包括對飛鋸機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)、確定飛鋸小車的運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)、鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、主要零部件的設(shè)計(jì)及鋸切氣缸的設(shè)計(jì)。在鋸切裝置的設(shè)計(jì)中，采用“V”字形擺臂，夾緊缸的添加大大的提高了鋸切精度；導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)非常簡潔、非常實(shí)用。本次設(shè)計(jì)的飛鋸機(jī)雖然在精度上不及電腦據(jù)，但在應(yīng)用上已有很大領(lǐng)域。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 孫瑞岐，崔蕓．DYJ-97A-89 低噪音滾壓式飛鋸焊管[J]．1999 (9)：38-39．
[2] 任翀，郝勇，李艷菲．FJ114 微機(jī)控制定尺飛鋸系統(tǒng)定尺精度分析[J]．包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（3）：63-65．
[3] 程武．SM120 ETS- L 型飛鋸機(jī)[J]．焊管，1993(6)．
[4] 鼓志瑾．電氣傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1988：20-80．
[5] 倪振亞，姚燕順，李林杰，魏雪冬，章鳳翎．新型PS76-80飛鋸機(jī)[J]． WELDED PIPE AND TUBE，2000(7)：40-43．