相吉安 程召漢 宋立勇

（山東兗州煤礦機(jī)械有限公司，山東 兗州 272100）

錨桿是煤礦的常用支護(hù)材料，用量非常大，但現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)對于錨桿的生產(chǎn)還是靠人工來完成的。傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且還存在一定的安全隱患。根據(jù)這一現(xiàn)狀，山東兗州煤礦機(jī)械有限公司對錨桿的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入的研究，經(jīng)過不斷的探索和調(diào)研，不斷的試驗(yàn)和總結(jié)，成功研制出了錨桿自動(dòng)剪斷裝置，實(shí)現(xiàn)了錨桿剪斷的機(jī)械化和自動(dòng)化，并在實(shí)際生產(chǎn)中取得了顯著的效果。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

如圖1所示錨桿自動(dòng)剪斷裝置主要包括傳動(dòng)裝置2和3、自動(dòng)定位裝置6、自動(dòng)翻料裝置4三大部分組成。

1.2 工作原理

按下啟動(dòng)按鈕，傳動(dòng)裝置2和3開始動(dòng)作，物料1（3根長12m的錨桿鋼）在傳動(dòng)裝置的帶動(dòng)下開始向前運(yùn)動(dòng)，通過導(dǎo)向槽8將3根錨桿鋼分開并送入剪口7，到達(dá)定位擋板6，傳動(dòng)裝置2和3停止運(yùn)動(dòng)，剪口7動(dòng)作，將錨桿鋼剪斷，此時(shí)定位擋板6在氣缸的帶動(dòng)下提起，傳動(dòng)裝置3動(dòng)作，帶動(dòng)剪好的錨桿向前運(yùn)行，到達(dá)尾部擋板5時(shí)，翻料裝置4開始反轉(zhuǎn)，將剪好的錨桿翻入吊裝架內(nèi)。然后往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)錨桿的自動(dòng)化剪斷。

圖1 錨桿高效自動(dòng)剪斷裝置示意圖

2 錨桿高效自動(dòng)剪斷裝置的特點(diǎn)

2.1 傳動(dòng)裝置

傳統(tǒng)的傳動(dòng)模式是把原料放在托輥上，然后人工向前拖拽，而且一次只能托動(dòng)一根錨桿鋼，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

改進(jìn)后，用電機(jī)帶動(dòng)托輥，用鏈輪將各個(gè)托輥連接起來使其一起轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)托輥上的原料向前運(yùn)行。此種傳動(dòng)方式一次可以傳送多根，快速高效，不需要人工。

2.2 定位裝置和翻料裝置

傳統(tǒng)的定位擋板是固定的，不能移動(dòng)的，錨桿剪斷后需要人工將剪好的錨桿拿下來，有時(shí)剪斷后錨桿卡的比較緊，一次拿不下來再去拿時(shí)就很容易被下一根傳過來的錨桿傷到手，存在一定安全隱患。

改進(jìn)后，定位擋板采用自動(dòng)化控制，并且用翻桿來代替人手卸料，錨桿被剪斷后擋板在氣缸的帶動(dòng)下自動(dòng)提起，錨桿從擋板的下方通過到達(dá)翻料裝置由翻桿將錨桿翻到吊裝架內(nèi)。整個(gè)過程全部自動(dòng)化控制，無需人工，快速安全。

2.3 剪口的控制

傳統(tǒng)的方式是用腳踏開關(guān)控制剪口，剪一次就需要人工踩一下腳踏，這種方式一是比較費(fèi)事，二是由于每天要生產(chǎn)上萬根錨桿這樣頻繁地使用腳踏，腳踏開關(guān)上的彈簧很容易失效，造成剪口“連剪”，導(dǎo)致出現(xiàn)廢品。

改進(jìn)后，用氣缸代替彈簧，一上一下簡單快捷，并實(shí)現(xiàn)了剪口的自動(dòng)化控制，快速安全。

3 翻料裝置氣缸承載力的計(jì)算

圖2為翻料裝置的最大受力位置，為了簡化計(jì)算，將3根物料假設(shè)都放在m1位置，翻桿L0段、連桿和氣缸的質(zhì)量均忽略不計(jì)。

圖2 翻料裝置示意圖

由力矩平衡條件得：

根據(jù)（1）、（2）、（3）式，可得出氣缸的最大承載力F2：

式中：

F2-氣缸承載力，N；

m1-錨桿質(zhì)量，kg；

g-重力加速度，取g=9.8m/s2；

m2-翻桿質(zhì)量，kg；

L1-錨桿力臂，m；

L2-翻桿力臂，m；

α-連桿與翻桿的夾角，（°）；

β-氣缸與水平面的夾角，（°）。

4 鏈輪的設(shè)計(jì)

根據(jù)托輥承載力的大小，選擇鏈條型號為滾子鏈08A-1-94 GB/T1243-2006，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第2卷表6.2-2得滾子鏈的參數(shù)節(jié)距P=15.875mm，滾子直徑d1=10.16mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第2卷表6.2-7得鏈輪齒數(shù)z=25，鏈輪分度圓直徑d：

齒頂圓直徑da的計(jì)算：

齒根圓直徑df：

5 系統(tǒng)能量分析

5.1 系統(tǒng)總動(dòng)能Ek

（1）原料總動(dòng)能E0

式中：

m-傳動(dòng)物料的總質(zhì)量，kg；

v-物料的運(yùn)動(dòng)速度，m/s。

（2）托輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1

式中：

m1-托輥圓管的質(zhì)量，kg；

R1-托輥圓管的外徑，m；

r1-托輥圓管的內(nèi)徑，m；

m2-托輥中心軸的質(zhì)量，kg；

r2-托輥中心軸的半徑，m。

（3）鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2

J2=mr2/2

式中：

m-鏈輪的質(zhì)量，kg；

r-鏈輪的半徑，m。

（4）主動(dòng)皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3

式中：

m1-主動(dòng)皮帶輪的質(zhì)量，kg；

m1' -凸緣部分的質(zhì)量，kg；

r1-主動(dòng)皮帶輪的外徑，m；

r1'-凸緣外徑，m。

（5）從動(dòng)皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4

計(jì)算方法與（4）主動(dòng)皮帶輪的計(jì)算方法相同。

（6）減速機(jī)的系統(tǒng)總動(dòng)能E減速機(jī)

式中：

ω1、ω2、ω(3)-分別是電機(jī)、一級減速、二級減速的角速度，ω1:ω2:ω3=15:5:1；

J1' 、J2' 、J(3)' -分別是電機(jī)、一級減速、二級減速的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

在新農(nóng)村景觀規(guī)劃的過程中，應(yīng)該積極遵循以人為本的理念，要為農(nóng)村營造和諧的生存環(huán)境，展現(xiàn)出人和自然全面發(fā)展的模式。所以，在實(shí)際進(jìn)行農(nóng)村景觀設(shè)計(jì)的過程中，要以自然為本，并尊重人們的生活習(xí)慣和文化。在設(shè)計(jì)的規(guī)程中要彰顯出以人為本的原則。在農(nóng)村發(fā)展的過程中，其經(jīng)濟(jì)來源主要是農(nóng)業(yè)。在這樣的情況下，設(shè)計(jì)人員在展現(xiàn)出以人為本思想的情況下，要讓自身在實(shí)際環(huán)境中展現(xiàn)出一定的適應(yīng)性，還應(yīng)該引導(dǎo)外來人員在情感上形成共鳴[1]。這樣，才會(huì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)資源的和諧發(fā)展。最后，還應(yīng)該把現(xiàn)代化景觀設(shè)計(jì)和當(dāng)?shù)厝藗冇^念密切的結(jié)合在一起，其中也涵蓋了村民的日常生活特色，形成溫馨的新型農(nóng)村景觀結(jié)構(gòu)，為新農(nóng)村建設(shè)提供有力支持。

由（1）（2）（3）（4）（5）（6）得系統(tǒng)總動(dòng)能Ek

式中：

ω0-托輥、鏈輪、從動(dòng)皮帶輪的旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s；

ω4-主動(dòng)皮帶輪的旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s。

5.2 系統(tǒng)摩擦損耗Ef

忽略電機(jī)和減速機(jī)的摩擦生熱損耗，物料的摩擦能量損耗分析如下：

式中：

k-滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取k=0.01；

g-重力加速度，取g=9.8m/s2；

r'-摩擦半徑，m；

t-摩擦?xí)r間，s。

6 創(chuàng)造性、創(chuàng)新性描述

本著提高勞動(dòng)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和多用設(shè)備少用人的指導(dǎo)思想，將原來傳統(tǒng)的人工剪斷模式，改為機(jī)械自動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)了錨桿生產(chǎn)的自動(dòng)傳送、定位、剪斷以及翻料等動(dòng)作，使原來至少3個(gè)人才能完成的工作，現(xiàn)在僅需要1個(gè)人就可以輕松完成，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率，每年節(jié)約可人工成本10萬多元，每天可增加產(chǎn)量7000多根，提高勞動(dòng)效率3倍之多，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

7 推廣應(yīng)用范圍以及改進(jìn)措施

錨桿高效自動(dòng)剪斷裝置，實(shí)現(xiàn)了錨桿剪斷的自動(dòng)化控制，并且結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，節(jié)約人員，安全可靠，特別適用于錨桿批量生產(chǎn)的工礦企業(yè)。

改進(jìn)措施：

（1）現(xiàn)在上料部分還是人工上料，將來改進(jìn)方向把上料部分也改成自動(dòng)上料。

（2）現(xiàn)在的自動(dòng)控制是靠繼電器來完成的，更換產(chǎn)品型號時(shí)需操作員根據(jù)工作手冊來設(shè)置對應(yīng)的控制程序，下一步現(xiàn)將會(huì)用PLC控制來代替繼電器控制，更換產(chǎn)品時(shí)直接在控制面板上輸入需要更換的產(chǎn)品型號即可，改進(jìn)后會(huì)更直觀，操作會(huì)更容易。

8 結(jié)語

錨桿高效自動(dòng)剪斷裝置擺脫了多年來勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的人工剪斷模式，使錨桿的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率，保證了安全生產(chǎn)。錨桿自動(dòng)剪斷裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場已成功使用，效益非常顯著。錨桿自動(dòng)剪斷裝置設(shè)計(jì)簡單，制造容易，易于操作，具有很好的使用價(jià)值和推廣價(jià)值。