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各式排线机构特点综述
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$ Q" _ G, e2 ?8 ~4 w9 X' W4 d+ d众所周知,排线机构在收排线中占据着极其重要的地位,通过排线机构周期往返运动使丝、股、绳均匀密实地缠线在收线工字轮上。在国内外金属制品工业漫长的发展过程中,人们在实践中先后采用了机械式、液压气动式及电动式排线机构,虽然它们有着异曲同工之处,但其构造和工作原理决定了其先天差异。$ m: S- @! m, P) i! R* j$ L' p% t' Y
+ _1 V% G9 |; t' M' t% B就使用的主要机构不同,常见有凸轮、四连杆、丝杠及光杆排线方式。
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1构造如图1所示,主要由梅花凸轮、排线杆和复位弹簧构成。通过盘形梅花凸轮的转动,推动排线杆往复运动,使丝绳有规律地排在线芯上。5 ]1 T2 f& K: |* C6 ]1 n& P
关键是凸轮轮廓的设计和构想,排线杆匀速运动的函数为 S = f(θ) 。
6 z2 k; E) N& ~人们对凸轮不断进行开拓创新,使其与其它机构相结合,这样运动和受力更符合实际需要。比如凸轮和滑块滑槽机构相举并用于水箱拉丝机的排线机构上。同时又考虑采用圆柱凸轮机构。
, B, k. G8 g' n& i凸轮机构有着结构简单、紧凑、造价低廉等优点,只要凸轮设计合理就能实现周期排线的目的。但凸轮轮廓与从动件之间一般是点线接触,容易磨损。受速度的限制,尤其不能用于受力较大的场合。但它和其它机构若能完善地结合可以弥补这一缺陷。) H: `) `) ]5 ?! j4 `# z& F! Y5 D
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这里介绍的是笔者根据实践设计的一种曲柄摇杆排线机构如图 2 所示,它主要有曲柄 AB 、连架杆 BC、摇杆 CD 及摇杆上的比例机构和排线机构构成,其利用主动件作匀速转动,从动件作往复运动,具有急回特性的四连杆机构来实现使 CD 杆带动排线架完成排线任务。& o( j8 X S7 r, S. K- x) b
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在设计中,笔者采用的是作图法,所用急回系数K=1.1,摇杆摆角范围ψm=50°。1 d6 B y' c* Z' }8 P
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作图时,先固定转动副D的位置,根据实际运动需要使从动件c = L,作出两极限位置C1D和C2D,使∠C2DC1=ψm,在固定平面内作∠C1C2M= 90°-θ, 以 C2 M与C1C2中垂线OM交点M为圆心,以C2M长为半径画弧,在弧上找一水平点 A ,则由几何知识可得∠C2AC1=θ, 连接AC1与AC2量出其长度 , P2 V5 O0 p2 H$ |! A9 l+ w
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因此四杆机构的曲柄长 a、连杆长 b 及摇杆长 c 都已确定,再加上比例机构和排线架即可发挥其效用。很显然该四杆机构简单,造价低廉,实用性强,不足之处是用作图法设计制造的,机构难免有笔下之误,使曲柄、连杆之长出现误差,与理论之值有所出入。但只要作图仔细,还是可以控制在误差范围之内的。
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丝杠排线机构分单丝杠排线和双丝杠排线,如图 3 为单丝杠排线机构,它由丝杠、排线架和行程开关构成。
8 ~( g5 J5 n" t4 B传动原理是丝杆只作转动,而和丝母相连的排线架作往返运动。但必须在光杠上设行程开关,通过行程开关来改变丝杆的转向,从而实现周期性排线目的。
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在双丝杠排线过程中,双丝杆也只作转动,而月牙形的螺母作水平运动以实现排线目的。+ H/ c% R- U+ }: E1 @. t
& d1 y D+ _+ m, h$ Y9 D- W丝杠排线传动比标准,排线相对均匀、密实。但丝杠加工困难,若螺距过小,线密度系数则高,轴向张力和径向压力过大,使工字轮发生变形。若螺距过大,排线往复频繁,会影响换向机构工作的可靠性和寿命,特别是机械式的响应较慢,较易出现马鞍形。4 ~6 X' U& [3 _+ ?
# ?4 J& Z/ w/ N. y2 f" z5 k在排线机构徘徊前进中,借改革开放的机会,一些人吸收和借鉴了国外先进经验和技术,采用了光杆排线机构。, O/ c% m6 e3 I1 _& `( p7 E
如图 4 所示,它主要有光杆、行程开关和换向器及内置于 T 形板上的 3 对滚动轴承环构成。其排线原理是动力通过光杆的转速n 传给3 对与之接触的滚动轴承环,借助环与光杆间的摩擦力,使轴承环水平运动,从而带动排线机构排线,运动到极限位置与行程开关碰撞,改变轴承的倾斜方向,从而改变运动方向。
) B/ ^) R8 n9 d" g# g9 t* ~只要调节角α的大小,就可以连续调节排线速度。
/ I! k( p6 L3 {4 ` `光杆排线在实现连续调速方面着实向前迈进了举足轻重的一步。但由其原理决定机构造价较高,同时排线是通过摩擦来实现,容易出现打滑,导致排线不均匀现象,一般不用于排线力很大的场合。
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由于机械排线中,零部件间是刚性接触的,即便满足准匀速或匀速排线要求,也会出现运动过程中产生加速度的可能,特别是在往返改变方向时极易出现由 a= dV/ dt而导致的 F = m·a 的冲击,会产生振动和噪音,降低机构寿命。7 N. l1 p7 l7 V2 ]3 s4 [6 Y* e
机械排线传动不平稳、噪音存在及精度不高的不足,促使人们去追求更完美的排线机构,以满足金属制品作业中高速、自动、连续生产的需要。流压、气动排线方式引起了人们的关注。其实液压、气动排线方式大同小异,这里主要介绍液压排线机构。
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2 q, ^9 Q. I/ C) \2 e& J2 T如图5 所示,液压排线机构主要由液压缸、3 位 4 通换向阀、供油系统及排线架等构成。4 [9 W2 g$ T% `( I- P6 u7 W
工作原理是排线架由双出杆在液压缸的油活塞推动下进行运动,换向靠行程限位开关通断 3 位 4 通换向阀来实现。供油压力可调节,供油系统采用“电液比例控制”调节。
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排线速度 V = S/ t
& I' ~9 ?& a2 F* R- ?3 f; I由液压传动原理可知:5 X8 C/ W4 d2 n" ~
t = S/ V=π（D2 – d2 ）（ Q·η）
& L. e c, B) `- N9 K8 L% VD ———油缸直径
+ m4 f, I' t" v. I, b0 `d ———活塞杆直径! ^! [* L) o Q4 l) `9 N/ ~ ~
Q ———排线油缸瞬时流量
4 z) O/ ~! E8 [9 A: g# T3 T/ t: mη———排线油缸容积效率。
* {9 @$ h" S8 w& q$ u _当然排线与收线工字轮都采用液压动,收线工字轮还存在一个速度控制和张调节的问题。
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采用液压排线方式按照液压比例来控制排线速度,同机械调速相比,可实现无级调速,控制精度高,适用和应用范围大,传动平稳且能保证排线质量。在实际生产中,只要设定预给参变数,就可编程与微机结合,为生产和管理提供了方便和保证。但该排线机构投资大,需设液压站,并需对液压元件定期进行严格的检查和维护。
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# }: W% Z% E9 T* g4 u* o. o+ H9 U2 M电动排线结构,表面上看只不过是机械排线方式中采用了电器元件,但它仍是排线方式的一次革命,是排线机构发展趋势的一种代表,主要应用于精密张力可控,速度可调的场合。
e) ?: X z- q4 a0 Y现在常用的有皮带排线和步进排线方式,这里只介绍皮带排线方式。
3 a/ i, R" K' a; v9 Z, \它是由皮带轮、皮带、带有排线架的两个直流电磁阀铁以及行程开关等构成。在此,皮带与皮带轮的张力较大,同时,阀块吸合时与皮带接合紧密,这都是为防止打滑以影响排线的精密。
& _# e# K; z9 [& z5 O6 M0 Y4 R如图6 所示,其传动原理是:在一个直流电磁阀铁通电时,阀块与一皮带接触,排线架随减过速的皮带朝一个方向运动,当运动到极限位置,碰撞行程开关,使另一电磁阀铁通电,随另一皮带朝相反方向运动,完成往返排线功能。4 p8 |; w3 j- R/ o$ J
该机构采用电流通断实现换向,响应比机械式的快,排线相对均匀,适应范围广泛,若采用信号控制排线和工字轮收线的速度和张力,就能实现微机化管理。但这必须使整个机构配套使用,造价昂贵,还要解决打滑所带来的一系列问题。
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( G" _( t ~' t+ N机械式排线方式历史悠久,积累了众人的智慧,并在许多领域广泛使用,但也应看到其机械响应滞后的不足。液压气动式排线方式和电动排线方式虽然相比之下应用时间短,但却是后起之秀,发展较快,起着独挡一面的作用,特别是在大型企业,设定预给参数, 采用微机化管理方面更能显示出其优越性。 O& _7 t" q2 F6 w, v H- a% W6 o
生产中采用哪种排线方式,要结合实际情况,因地制宜,量力而行,做到既经济又实用。 |
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