馬福全 朱衛(wèi)波

摘 要：為解決鋁型材的拉直問題，對(duì)拉直機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)進(jìn)行研究。以滿足功能、參數(shù)、性能為前提，設(shè)計(jì)了在鋁型材自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用的拉直機(jī)，該設(shè)備由固定軌道、主拉伸頭、擋料裝置、輸送裝置和副拉伸頭等組成，配合液壓系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、輔助人工操作，實(shí)現(xiàn)來料的定位、提升、夾持、拉伸和輸送等功能，以滿足鋁型材的拉直要求。

關(guān)鍵詞：鋁型材；拉直機(jī)；自動(dòng)化；液壓系統(tǒng)；軌道

中圖分類號(hào)：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)也在不斷進(jìn)步。鋁及鋁合金型材具有耐蝕、質(zhì)輕、表面處理色彩豐富和可滿足不同場(chǎng)合對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的不同要求等特性，使其在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如何保證鋁型材的高質(zhì)量是擺在生產(chǎn)企業(yè)面前的重要問題。

鋁型材的直線度是一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。通常情況下，鋁型材由重型擠壓機(jī)擠出后直線度較差，需要專用設(shè)備將其拉直方能投入下一道。在此前提和背景下，本文著重對(duì)拉直機(jī)的整機(jī)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。

1 整機(jī)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

拉直機(jī)在生產(chǎn)中配合大型擠出機(jī)使用，是鋁型材擠出機(jī)的關(guān)鍵后工序設(shè)備。本設(shè)計(jì)主要參數(shù)及技術(shù)特征要求為：最大拉伸力20kN，帶旋轉(zhuǎn)功能，行走速度30m/min，拉伸軌道長(zhǎng)45m，夾持時(shí)不抖動(dòng)，行走足夠平穩(wěn)。

通常情況下，拉直機(jī)的分類按照結(jié)構(gòu)方式有可旋轉(zhuǎn)式、固定式兩種，行走固定方式有插銷式、掛鉤式等。按照動(dòng)力來源可分為液動(dòng)式、電動(dòng)式等。

按照以上整體要求，本設(shè)計(jì)確定選用液壓拉伸方式，旋轉(zhuǎn)頭選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行走為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行走固定方式為插銷式。

1.2 具體結(jié)構(gòu)分析

1.2.1 主拉伸頭驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

首先設(shè)備需滿足最大拉伸力要求，此拉伸力由液壓油缸提供，因此按照此拉伸力需選用合適的液壓油缸。此處結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于可靠的機(jī)械連接方式。為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，液壓缸采用倒裝固定方式，其與主機(jī)的連接采用兩根長(zhǎng)導(dǎo)柱，導(dǎo)柱的一頭連接在主機(jī)側(cè)面，另一頭連接在活塞桿頭部的連接板上?；钊麠U伸出時(shí)主拉伸頭后退，活塞桿縮回時(shí)主拉伸頭前進(jìn)。詳見圖1，主拉伸頭。主拉伸頭的行程由主液壓油缸的行程決定，具體視鋁型材的拉伸距離和延展率等情況而定。為使結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，主拉伸頭采用“倒裝”方式。

1.2.2 旋轉(zhuǎn)頭設(shè)計(jì)

在拉伸之前，當(dāng)鋁型材有明顯扭曲時(shí)，需要利用鉗口將鋁型材夾持住，先用旋轉(zhuǎn)頭帶動(dòng)鋁型材的一端轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使之相對(duì)平直，然后再進(jìn)行下一部的拉伸，由此才能達(dá)到良好的直線度要求。旋轉(zhuǎn)頭由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速機(jī)輸出軸端裝有小齒輪，小齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)頭上的大齒輪動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)頭部旋轉(zhuǎn)的功能，同時(shí)有降速增扭的效果。大齒輪的心軸固定于車體內(nèi)，心軸的回轉(zhuǎn)軸承選用推力軸承，以適應(yīng)拉伸時(shí)的軸向力。

1.2.3 鉗口設(shè)計(jì)

鉗口的夾緊力來自兩個(gè)液壓油缸。相比主拉伸液壓油缸，夾緊液壓油缸較小，能滿足夾緊力要求即可。鉗口選用上下齒板形式，車體內(nèi)部另有導(dǎo)向裝置，在齒板夾緊型材時(shí)起到導(dǎo)向作用。

1.2.4 副拉伸頭設(shè)計(jì)

副拉伸頭的鉗口與主拉伸頭有相似之處，都是采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)齒板夾緊。同樣，在滿足最大拉伸力的前提下，要保證齒板的強(qiáng)度。兩者最大的區(qū)別在于行走方式，主拉伸頭由主拉伸液壓油缸驅(qū)動(dòng)，而副拉伸頭由電機(jī)或者液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。它行走距離長(zhǎng)，可在軌道上全行程行走，因此可以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的型材。另外，副拉伸頭在行走中的固定由插銷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即用包括在副拉伸頭車體內(nèi)的銷軸插入路軌側(cè)面的銷孔中實(shí)現(xiàn)固定，銷軸的動(dòng)作由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，配合連桿結(jié)構(gòu)完成動(dòng)作。

1.2.5 路軌及行走輪設(shè)計(jì)

路軌兩側(cè)有等間距的銷孔，孔間距為600mm，按照鋁型材的不同長(zhǎng)度，副拉伸頭行走至不同的銷孔位置后伸出插銷，靠銷與銷孔之間的徑向力固定副拉伸頭。路軌的材質(zhì)選用Q345或以上級(jí)別的鋼材，整體拼焊后加工，保證行走表面的直線度、平面度及表面粗糙度。因一般膨脹螺栓可靠性相對(duì)較差，而預(yù)埋件又要求有足夠準(zhǔn)確的預(yù)埋位置，如果現(xiàn)場(chǎng)安裝中有臨時(shí)修改或布局變動(dòng)時(shí)會(huì)比較麻煩，因此本設(shè)計(jì)中路軌采用地腳螺栓固定。

1.2.6 小結(jié)

此設(shè)計(jì)中需要有液壓站提供部分動(dòng)力，副拉伸頭在全行程內(nèi)由滑觸線供電。因此除以上結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)形式外，旋轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置也可以選用液壓馬達(dá)，而副拉伸頭的行走驅(qū)動(dòng)裝置也可以選用電機(jī)，具體用那種方式可視具體情況而定，關(guān)鍵在于滿足使用參數(shù)和工況要求。

2 工藝動(dòng)作流程

另外，本設(shè)計(jì)中需要包括型材的提升裝置、送料裝置、擋料裝置。當(dāng)拉伸頭主動(dòng)去夾緊鋁型材之前，型材高度需要正好在上下鉗口之間，而不同的型材高度并不一樣，因此需要用提升裝置將其送至合適的高度，以便鉗口夾持；送料裝置安裝在鉗口前方，類似于鏈條輸送機(jī)構(gòu)，可將型材輸送至合適的位置，從而避免夾持歪斜；配合送料裝置使用的是擋料裝置，該裝置用于將型材限位在固定位置。具體動(dòng)作流程為提升-副拉伸頭夾緊-副拉伸頭固定-主拉伸頭夾緊-主液壓油缸拉伸。具體動(dòng)作流程如圖2所示，工藝動(dòng)作流程圖。

結(jié)論

本設(shè)計(jì)全面考慮了鋁型材拉直機(jī)結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)工藝、性能和效率等因素，對(duì)整機(jī)和細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該設(shè)備在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中得到檢驗(yàn)，大部分工藝過程以自動(dòng)化方式進(jìn)行，減少了人工操作和勞動(dòng)強(qiáng)度，產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，取得了預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]姚立軍.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展研究[J].化工管理，2017（32）：24.

[2]唐遠(yuǎn)景.我國(guó)鋁型材工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向淺析[J].浙江冶金，1994（1）：16-18.