黃燦軍

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣州 510635）

0 引言

目前市場(chǎng)上的平面金屬網(wǎng)有多種形狀及加工方法[1]，而其中的平面六角金屬網(wǎng)較常見(jiàn)，該網(wǎng)具有多絞六邊形網(wǎng)目。根據(jù)建筑物或水利工程的尺寸，將平面六角金屬網(wǎng)裁剪成相應(yīng)的網(wǎng)片或加筋網(wǎng)片，組裝成綠濱墊、固濱籠等結(jié)構(gòu)單元的新型護(hù)擋結(jié)構(gòu)[2]。賓格網(wǎng)體內(nèi)填卵石或碎石材料，應(yīng)用到河道或湖泊的護(hù)岸工程中[3]。

傳統(tǒng)的平面六角網(wǎng)編網(wǎng)機(jī)有正捻和正反捻2 種方法[4-5]，用于編織三花、五花等規(guī)格的六方孔金屬網(wǎng)，七花及以上網(wǎng)孔的自動(dòng)編網(wǎng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，市場(chǎng)上少見(jiàn)。其中正捻自動(dòng)編網(wǎng)機(jī)的核心部分是其擰花裝置，通過(guò)凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相互配合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)金屬絲的錯(cuò)動(dòng)和擰絲。另外還包括張緊、成卷、送絲及打簧等裝置[6]。打簧裝置是將部分金屬絲提前制成彈簧狀，并按照彈簧絲、直絲、彈簧絲、直絲……交替排列。擰絲過(guò)程中，彈簧絲先與某邊相鄰的直絲在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行擰絲運(yùn)動(dòng)，未成網(wǎng)的兩根金屬絲旋轉(zhuǎn)相應(yīng)圈數(shù)，之后擰絲機(jī)構(gòu)錯(cuò)動(dòng)，彈簧絲再與另一邊相鄰的直絲重復(fù)該動(dòng)作。該編網(wǎng)機(jī)的打簧裝置增加了設(shè)備的成本和制絲的工時(shí)，增加了生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性。同時(shí)擰絲裝置在工作過(guò)程中和金屬絲接觸摩擦，受力較大。正捻絲裝置在工作中容易磨損、變形，工作壽命較短[7]。因此開展平面金屬網(wǎng)編織機(jī)的設(shè)計(jì)研究，對(duì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

1 設(shè)計(jì)方法

1.1 整體方案

如圖1～3 所示，假設(shè)金屬網(wǎng)的金屬絲頭數(shù)為n，則對(duì)應(yīng)設(shè)置有n根擰絲半軸1，該擰絲半軸是由一根完整的軸經(jīng)由通過(guò)其軸心的平面剖分后形成兩根各占1/2半軸。兩根擰絲半軸1 組成一對(duì)，合在一起形成1 根形式上完整的軸，并安裝在剖分軸承2 中。每根金屬絲3均纏繞在絲軸4 上，裝在絲盒5 中，從絲盒5 蓋子上的小孔中穿出，然后穿過(guò)擰絲半軸1 的通孔，再穿過(guò)彈簧夾頭6上的小孔，彈簧夾頭6用來(lái)保持金屬絲的張緊力。金屬絲3的穿絲規(guī)律：如圖1所示，a、b兩個(gè)絲盒5組成一對(duì)，與2個(gè)擰絲半軸1組對(duì)形成的擰絲軸c相對(duì)應(yīng)，從a線盒中穿出的金屬絲3穿入擰絲軸c的上半軸d，從b線盒中穿出的金屬絲3穿入擰絲軸c 的下半軸e。從依次相鄰的絲盒5 中穿出的金屬絲3均按照上述規(guī)律進(jìn)行穿絲。走網(wǎng)圓柱8通過(guò)銷釘7帶動(dòng)編織好的金屬網(wǎng)向前移動(dòng)，同時(shí)將金屬絲從擰絲半軸1 的孔中拉出。

圖1 金屬網(wǎng)編織機(jī)整體示意圖

圖2 剖分軸承的結(jié)構(gòu)

1.2 擰絲機(jī)構(gòu)

如圖4所示，上橫梁9的兩端分別裝有液壓缸11，下橫梁10 的兩端分別裝有液壓缸12，液壓缸11、12 安裝在支架13上。當(dāng)兩個(gè)接觸的擰絲半軸1的接觸面轉(zhuǎn)動(dòng)到水平時(shí)，即與剖分軸承2上、下兩部分的接觸面在同一平面時(shí)，上橫梁9兩端的液壓缸11一端伸出，一端縮回，推動(dòng)上橫梁9在如圖3左視圖所示的水平方向沿支架14上的導(dǎo)向孔做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)范圍剛好為相鄰兩個(gè)剖分軸承2 中心孔之間距離的1/2，由支架14與固定安裝在上橫梁9上的電磁鐵安裝塊15來(lái)限位，當(dāng)電磁鐵安裝塊15與支架14接觸即停止運(yùn)動(dòng)。上橫梁9進(jìn)一步帶動(dòng)剖分軸承2的上半部分以及處于上層的擰絲半軸1一起運(yùn)動(dòng)。下橫梁10 與上橫梁9 的運(yùn)動(dòng)類似，但方向相反，當(dāng)上橫梁9 處于最右端極限位置時(shí)，則下橫梁10 處于最左端的極限位置；當(dāng)上橫梁9 處于最右端極限位置時(shí)，則下橫梁10 處于最左端的極限位置。電磁鐵17的磁體和鐵板分別安裝在電磁鐵安裝塊15、16 中，用來(lái)加強(qiáng)剖分軸承2 上、下兩部分的合緊力。當(dāng)剖分軸承2 上、下兩部分需要水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁鐵17斷電，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到所需位置時(shí)，電磁鐵17通電。

圖3 單個(gè)擰絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

圖4 擰絲機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)

伺服電機(jī)20、導(dǎo)軌21、滾珠絲桿22 分別安裝在支撐板18、19 上，滾珠絲桿22 的螺母23 與滑塊24 固定連接，滑塊24在伺服電機(jī)20的驅(qū)動(dòng)下可沿著導(dǎo)軌21做往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；瑝K24與上齒條25 固定連接，從而帶動(dòng)上齒條25 一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在上橫梁9的另一端，支撐板26、27與上橫梁9固定連接，導(dǎo)軌28 安裝在支撐板26、27 上，滑塊29 與上齒條25 固定連接，使上齒條25的另一端可沿著導(dǎo)軌28做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下齒條30的驅(qū)動(dòng)方式與上齒條25的驅(qū)動(dòng)方式一樣，但二者的運(yùn)動(dòng)方向相反。上齒條25、下齒條30 與擰絲半軸1 上的齒輪配合，由于上齒條25與下齒條30的運(yùn)動(dòng)方向剛好相反，從而帶動(dòng)擰絲半軸1繞著剖分軸承2的軸心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擰絲效果。

1.3 絲盒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

如圖5所示，絲盒5及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均傾斜安裝。絲盒5安放在兩根支撐板31上，電磁鐵32的磁體和鐵板分別固定在支撐板31 及絲盒5 的底板中，當(dāng)絲盒5 需要與支撐板31 一起移動(dòng)時(shí)，電磁鐵32 通電，使絲盒5 與支撐板31 的相對(duì)位置固定，當(dāng)絲盒5需要與支撐板31分開時(shí)，電磁鐵32斷電。支撐板31 的兩端分別裝有液壓缸33，液壓缸33 安裝在支架34上。在液壓缸33的作用下可以沿著支架34上的導(dǎo)向槽沿如圖4左視圖所示的水平方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)范圍由限位塊35確定。滾珠花鍵軸36可隨軸套37一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可相對(duì)軸套37做伸縮運(yùn)動(dòng)。軸套37與連接軸38固定連接，連接軸38通過(guò)聯(lián)軸器39與伺服電機(jī)40的輸出軸聯(lián)結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)由伺服電機(jī)40驅(qū)動(dòng)滾珠花鍵軸36做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸承座41安裝在支架42上，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接軸38一端的支撐。軸承座43通過(guò)連接板44 固定安裝在支撐板45 上，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾珠花鍵軸36 一端的支撐。支撐板45在液壓缸47的作用下可沿導(dǎo)軌46做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。軸承48的兩側(cè)裝有兩個(gè)卡簧49，用于限制軸承48在滾珠花鍵軸36的軸向位置，從而實(shí)現(xiàn)在液壓缸47驅(qū)動(dòng)下滾珠花鍵軸36相對(duì)軸套37做伸縮運(yùn)動(dòng)。每根滾珠花鍵軸36上通過(guò)連接板50裝有兩根方軸51，方軸51與絲盒5的方孔對(duì)應(yīng)，當(dāng)滾珠花鍵軸36在液壓缸47驅(qū)動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，方軸51進(jìn)入絲盒5的方孔中，電磁鐵32 斷電，連接板50 托起絲盒5，一直到連接板50的下表面高于支撐板31的上表面。此處采用方軸51的目的是當(dāng)連接板50 下降，將絲盒5 重新放在支撐板31 上時(shí)，支撐板31能夠卡進(jìn)絲盒5底部的槽中。連接軸38上裝有兩個(gè)同步帶輪52，相鄰兩根連接軸38之間通過(guò)同步帶53傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)40 對(duì)所有連接軸38 的驅(qū)動(dòng)。隨著連接軸38 的轉(zhuǎn)動(dòng)，每根連接軸38上所裝的2個(gè)絲盒5也一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 絲盒及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

2 運(yùn)行方案與結(jié)果

開始編網(wǎng)之前，上橫梁9 處于最右端，上齒條25 處于最左端，下橫梁10處于最左端，下齒條30處于最右端，電磁鐵17 通電，支撐板31 處于最右端，電磁鐵32 斷電，電動(dòng)推桿（或是液壓缸、氣動(dòng)缸）47伸出，支撐板45處于最上端。

啟動(dòng)走網(wǎng)圓柱8，將金屬絲從彈簧夾頭6的孔中拉出，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)20，帶動(dòng)上齒條25 如圖4 左視圖所示向右運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)下齒條30向左運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)兩個(gè)接觸在一起的擰絲半軸1做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使金屬絲在彈簧夾頭6的出口處形成節(jié)點(diǎn)，通過(guò)精確控制走網(wǎng)圓柱8的轉(zhuǎn)速，控制出絲的速度，并與擰絲半軸1的旋轉(zhuǎn)速度配合，使生產(chǎn)出的金屬網(wǎng)符合尺寸要求。同時(shí)啟動(dòng)伺服電機(jī)40，帶動(dòng)處于同一根滾珠花鍵軸36上的2個(gè)絲盒5做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度與擰絲半軸1的旋轉(zhuǎn)速度相同。由于滾珠花鍵軸36 傾斜安裝，在2 個(gè)一組的擰絲半軸1與2個(gè)一組的絲盒5做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，既能保證在彈簧夾頭6的出口處形成節(jié)點(diǎn)，又使從絲盒5引出的金屬絲不發(fā)生糾纏和打結(jié)。

經(jīng)過(guò)精確地控制，當(dāng)完成金屬網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所需的整數(shù)圈后，擰絲半軸1的接觸面轉(zhuǎn)動(dòng)到水平時(shí)，即與剖分軸承2上、下兩部分的接觸面在同一平面時(shí)，伺服電機(jī)20停止，上齒條25處于最右端，下齒條30處于最左端，電磁鐵17斷電。同時(shí)，所有的絲盒5 也剛好成一條直線，此時(shí)伺服電機(jī)40 停止。然后上橫梁9右端的液壓缸11伸出，左端的液壓缸11縮回，使上橫梁9 處于最左端，下橫梁10 處于最右端，電磁鐵17 通電。同時(shí)，液壓缸47縮回，支撐板45處于最下端，絲盒5落到支撐板31 上，電磁鐵32 通電，支撐板31 右端的液壓缸33 伸出，左端的液壓缸33縮回，支撐板31處于最左端，之后電磁鐵32斷電，液壓缸47伸出，支撐板45處于最上端。從而完成了相鄰的擰絲半軸1的兩兩重新組合，以及對(duì)應(yīng)的絲盒5的兩兩重新組合。重復(fù)上述的反向過(guò)程，則可以生成相鄰的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。不斷往復(fù)進(jìn)而完成整個(gè)金屬網(wǎng)的編織，實(shí)現(xiàn)了一次穿絲連續(xù)生產(chǎn)的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種平面金屬網(wǎng)編織機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)絲盒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，將相鄰兩個(gè)絲盒的驅(qū)動(dòng)軸傾斜安裝，使兩根金屬絲在擰絲過(guò)程中不發(fā)生交叉、糾纏。進(jìn)一步通過(guò)擰絲機(jī)構(gòu)與絲盒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，二者同步旋轉(zhuǎn)、同步錯(cuò)位，實(shí)現(xiàn)了一次裝絲連續(xù)生產(chǎn)。同時(shí)采用了剖分式軸承的設(shè)計(jì)，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，降低了擰絲機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中的磨損。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)效率高，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于使用、維護(hù)和修理，可提高自動(dòng)化生產(chǎn)程度，降低生產(chǎn)成本，為金屬網(wǎng)的自動(dòng)化生產(chǎn)提供了一種高效的解決方案。