二次切割装置（精选八篇）
二次切割装置 篇1
为破解这一难题, 有着多年跨区作业经验、爱好农机维修的姚承峰, 查阅了大量相关资料, 走访了一线机手和农机部门, 经过4年多的反复试验, 终于研制出方便实用、高效耐久的自走式联合收割机二次切割装置。“我发明的这种二次切割装置使用固定伸缩式双层刀, 能够自由方便地调节麦茬的高矮。在割麦子的时候, 一次割刀只把麦穗割下送入收割机, 而麦穗之下易碎的麦叶和麦秆, 被二次割刀割断均匀撒于地面, 不再进入收割机。收割机的负荷减少了将近一半, 极大提高了脱粒机的工作效率, 从根本上解决了长期困扰机手的堵车、漏籽、筛选不干净等难题。”姚承峰说。
有人问正在使用此装置的机手李勇二次割刀效果怎么样?李勇答:“非常好!收割机不仅走得快, 而且不堵车、不漏籽、麦茬矮, 老百姓都抢着让我割。我一天要比那些普通的收割机多挣1000多块钱。现在已有很多机手问我, 想加装二次割刀呢!”
金属管材相贯线切割装置研制 篇2
关键词：管材 相贯线 切割装置
在桥梁、管道等有关钢结构的工程中，经常会遇到管与管或者管与其它物体相贯连接的情况。为了保证连接结构的稳定与美观，常需要先沿着管子相贯线的轨迹进行切割。当为焊接接头使用的时候，如果在相贯线切割的同时要留出焊接坡口，管端切口就是一个复杂的曲面，其加工的难度很大。
传统的切割方法是先人工画出相贯线，然后按照相贯线轨迹进行手工切割。这种切割方式自动化程度低，工作强度大，对工人的操作技术水平及熟练程度要求更加严格，加工质量、加工精度难以得到保证，很容易造成工件报废。机械式切管机只能用来切割简单情况下的管接头，或者对主管开孔，不能根据要求留出焊接坡口，而且切割过程过于繁琐，切割精度也得不到保证，没有得到大范围的应用和推广。因此非常需要开发一种操作方便灵活、能满足加工要求的数控切管机。
一、金属管材相贯线切割机的要求
通过金属管材相贯线切割装置的研制开发，可以快速、准确地对不同材质、不同管径、不同位置相交的管材的接口相贯线进行切割，同时能够提高两管材相交时的焊接质量，相对手工操作，可以大大提高工作效率，提高接口质量。
本设计的相贯线切割机需要满足的技术参数：
（1）切割管材直径：200mm-280mm；
（2）切割管材厚度：5mm-20mm；
（3）切割管材材料：铸铁、碳素钢、不锈钢。
该装置可以对各种管径的圆管相贯线实现精确的接口形状加工和表面质量控制，这可确保产品焊接强度，满足产品各项性能指标提供前提条件。
二、相贯线数学模型
1.建立相贯线的数学模型
两圆柱形管件相交与两平面立体相交不同，由于两圆柱形管件都是立体曲面，两曲面相交或相贯，其表面的交线是空间闭合曲线，称之为相贯线（见图1）。
由于切割时，割炬要沿着圆管相贯线轨迹进行运动，所以切割之前必须要知道相贯线的轨迹。
机床实际由三个运动轴组成，沿着金属管中心轴线方向左右运动称X轴，沿金属管轴向旋转的A 轴（绕X轴旋转）以及割炬上升/下降称Z轴。由于控制割炬的上下运动的Z轴不参与插补运算， 所以只有X、A轴共同完成插补运动。
[TP10E-16.TIF，BP][JZ]图1 两管偏心相交
[LL][TP10E-17.TIF，BP][JZ]图2 相贯线轨迹
图1是两圆柱形管偏心相交时的示意图。r和R分别是支管和主管的半径，α是相贯角，δ是偏心距。主、支管分别采用x，y，z和x′，y′，z′直角坐标系，O和O′点分别是这两个坐标系的原点，O′点在x，y，z坐标系中的坐标是（0，δ，0）。
2.相贯线的求解
求解两管偏心相交相贯线方程的目的，主要是为得到支管上相贯点的坐标z′随其圆周角（从0～360）变化的函数关系。
三、切割工作装置结构设计
如下图3为该切割工作装置的装配图。该切割装置共有3个轴控制：割炬平移、割炬上下移动、割炬旋转。由于该结构在调节好割炬与被切管之间的距离之后，割炬的旋转就不会造成割炬与被切管之间距离的改变，因此在切割过程中该轴不必参与运动，即为一个两轴联动的装置。
1.垂直运动机构设计
垂直运动机构由主滑块两侧螺钉连接燕尾槽滑块，燕尾槽滑块中的燕尾槽安装在龙门架两侧的导轨上，针对不同的管径调整切割装置的垂直距离，保证切割装置的中心线和管材的轴线重合。由于被加工管的半径不一致，在切割开始之前，调节切割装置中心线和被加工管子的中心线在同一高度，为了保证运动的平稳和精确，所以在本设计中，我采用滚珠丝杆带动主滑块上下运动，并且主滑块两侧分别装有两个燕尾槽滑块，同时要求燕尾槽滑块和龙门架内侧的导轨配合，这样可以使切割装置的上下运动更加平稳和精确，使定位更容易准确。
回转运动机构由蜗杆电机通过套筒联轴器连接蜗杆，带动蜗轮做圆周运动，蜗轮和套筒的后部通过键连接，套筒的中部装有轴承，轴承和套筒采用过盈配合，轴承装在主滑块中。在本设计中通过蜗轮蜗杆的传动机构来实现割炬绕着被加工管子中心线的相贯线轨迹的运动。
3.喷嘴调节机构设计
[LL]割炬主要由喷嘴，夹持装置，管接头，管道组成。由于切割圆管的半径不同时，喷嘴与被加工管子之间的距离是不确定的，所以在切割之前要先手动调节喷嘴与被加工管子之间的距离。套筒正面的夹持装置，是用来固定和调节喷嘴相对于被加工管的距离，夹持装置上部的拧动螺栓，可以调整喷嘴在夹持装置中的位置。在切割开始时，等离子气体从套筒的后部通过管接头和套筒中的管道到达套筒的前端，再通过管接头和软管输送到喷嘴，实现对管件进行切割。
4.水平运动机构
水平运动机构的两侧是底架，底架的下部有V形滑块和V形轨道连接，底架是通过槽钢焊接而成，底架的上部由螺柱连接龙门架，在底架的内侧上焊接带三角形加强筋的横板，横板上开孔安装电机，电机轴上安装齿轮，水平运动机构下部是两根V形轨道，V形轨道通过连接板连接，其中一侧的V形轨道的内侧安装齿条，和底架上的齿轮相啮合实现齿轮齿条传动，实现了回转运动和直线运动的转变，同时通过控制回转运动和水平运动电机转速，使喷嘴匀速走出相贯线空间轨迹。
该装置可以快速准确地对不同材质、不同管径、不同位置相交的管材的接口相贯线进行切割，提高了两管材相交时的接口质量及工作效率，该装置已经在某企业得到应用，为相贯线管材的切割加工提供了一种行之有效的方法，受到了企业的好评。
参考文献：
[1]丁学恭.装置控制研究[M].浙江：浙江大学出版社，2006.
[2]约翰·埃欧文.PIC控制器应用[M].北京：科学出版社，2005.
[3]孟道骥，梁科.微分几何[M].北京：科学出版社，2008.
蚕蛹切割装置的设计 篇3
蚕蛹营养丰富, 含有较高的蛋白质、油脂、不饱和脂肪酸和微量元素等物质, 是人们喜爱的食品之一。除了直接食用外, 蚕蛹在食品、饲料、化工、医药和纺织等工业中有广泛的应用。蚕蛹的蛹皮含有较高药用价值的几丁质, 但在食用时往往被舍弃, 造成了资源浪费, 降低了蚕蛹的利用率。为了提高蚕蛹的利用率和蚕蛹食用性, 笔者设计了蚕蛹切割装置, 其作用在于:蚕蛹脱皮前将蚕蛹的外壳表面割开, 从而提高蚕蛹的去皮效果。
根据蚕蛹的外形和物理特性, 确定蚕蛹去皮的工艺流程如图1所示。
1 切割装置的设计
1.1 切割方案的确定
按照设计方法学的原理, 切割装置的主要功能为蚕蛹输送和割刀的切割。依据蚕蛹和割刀的运动形式的不同组合, 可得到不同的切割方案。经比较和分析, 选用蚕蛹的移动与割刀的转动组合, 蚕蛹的移动通过曲柄滑块装置实现, 割刀的转动由蚕蛹的移动而被动实现。其运动简图如图2所示。
1.曲柄 2.连杆 3.滑块 4.蚕蛹 5.割刀
1.2 切割装置工作原理
将冷冻之后的蚕蛹放到滑块前 (此时滑块处于下死点位置) , 曲柄转动通过连杆带动滑块向前运动, 从而推动蚕蛹进入切割通道, 并通过割刀将蚕蛹的外壳表面割开。根据此工作原理设计的切割装置简图如图3所示。
1.电机 2.减速器 3.曲柄 4.连杆 5.滑块 6.切割通道 7.刀架 8.割刀部装
2 切割装置参数的选择
2.1 蚕蛹基本参数的测定
切割装置参数确定的依据为蚕蛹的基本尺寸。按照据统计学原理对蚕蛹进行测量, 得到其长度与宽度的参数分别为43.42～44.20mm和20.80～21.78mm (置信区间均为95%) 。
2.2 切割通道尺寸和结构的确定
蚕蛹切割通道的确定主要根据蚕蛹的几何尺寸和切割装置工作的需要。其参数和结构的确定主要满足蚕蛹在滑道中能沿其轴向方向通畅运动, 且保证蛹皮能可靠地被割刀割开的要求。
根据蚕蛹的基本参数, 确定切割通道长度与宽度分别为90mm (至少要容纳两个蚕蛹长度) 和22mm。
为保证蛹皮能可靠地被割刀割开, 切割通道前部为封闭式结构, 并与刀架联结;切割通道后部为封上开式结构, 以便蚕蛹能顺利进入通道。
2.3 曲柄滑块机构的设计
曲柄滑块机构主要是将蚕蛹送到切割机构处, 即起到间歇输送的作用, 其关键的参数为曲柄的长度和曲柄的转速。根据对蚕蛹测量得来的长度数据, 曲柄半径长度确定为35mm;考虑曲柄的转速对蛹皮切割的效果, 根据实验确定曲柄的转速为8r/min。
2.4 刀架和割刀的结构设计
蛹皮切割部分由刀架和割刀组成。刀架为割刀提供支撑, 割刀由3个刀片组成。割刀与刀架转动连接, 通过扭力弹簧保持切割力。
3 结论
1) 将蚕蛹在冷冻后进行切割, 试验表明蚕蛹去皮效果较好, 约90%蚕蛹的蛹皮完全脱离蛹体。图4为蛹皮完全脱离蛹体的蚕蛹。
2) 所设计的蚕蛹切割装置是蚕蛹去皮机的重要部分, 其设计与制造工艺简单, 成本低, 可以简单和高效地对蚕蛹去皮, 增加蚕蛹的价值和利用率, 具有经济性和实用性。
摘要：蚕蛹营养丰富, 是人们喜爱的食品之一。在直接食用蚕蛹的时候, 蛹皮不但影响人们食用的口味, 而且大都被舍弃。蛹皮中含有利用价值较高的几丁质等物质, 为了提高蚕蛹的利用率和蚕蛹食用的适口性, 可以在蚕蛹食用之前把蚕蛹和外壳分离, 这样不但提高了蚕蛹食用时的风味, 而且提高了利用价值。蚕蛹切割装置是蚕蛹去皮的主要装置之一, 采用机械的方式将蛹皮和蛹体分离, 从而提高蛹皮的利用价值。
关键词：蚕蛹,切割装置,设计
参考文献
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[5]张祖立, 程玉来.陶栋材.机械设计基础[M].北京:中国农业大学出版社, 2004.
二次切割装置 篇4
在连铸板坯切割过程中切出的板坯长度依赖于合同订单,满足合同要求的板坯可以出厂,而不符合的板坯将按照现货或者是废坯处理。生产控制系统按照合同组织板坯计划,并将计划发往生产过程控制系统,生产过程控制系统接收到板坯计划后根据实时过程数据、浇铸发生的事件以及相应的控制参数,从而计算出最小废坯的最佳切割计划,然后将优化后的板坯长度计划发往基础自动化系统(L1),L1按照此计划执行切割事件。
据统计,梅钢一号连铸机2008年,2009年,2010年平均板坯定尺率分别为:98.810%,98.782%,98.955%。为了保证板卷计划完成率,公司对板坯的定尺率提出了更高的要求,通过提高板坯计划定尺率,降低余材率,能增加生产效益,降低生产成本。
2 关键技术实现
本技术提出一种在连铸板坯生产中,针对换包、停机、出尾坯等事件产生的板坯质量问题,通过板坯长度优化方案使其长度达到合同要求范围的方法,使切割的报废量最小,减少损失。
此技术核心是采用具有分级结构的控制方法,所述的分级结构即将整个优化过程分为三级策略:1)定尺级2)下限级3)上限级。若在第一次实施优化方案后没有成功,可先根据上限级的剩余长度切出一块板坯长度范围内的板坯,切剩后的良坯再次进入三级策略,保证最大限度满足计划的合理切割长度排列次序。同时此技术还具有自学习功能,经过三级策略优化后的板坯计划若现场操作人员仍觉得不合适可以手动调整,此时计算机系统将操作人员调整的板坯计划记录在案,等到相同情况出现时计算机系统可以优先学习记录的优化方案,而不必通过三级策略安排优化板坯长度。
如图1内部模块关系图。
2.1 异常事件跟踪
利用现有连铸计算机系统跟踪浇铸中的异常事件(快换中间包、异常降速、停机、出尾坯),将事件发生的异常点位置,异常标志等相关生产信息记录。涉及的参数有:
P异常(mm)---异常点在铸流中的位置(由现有计算机系统读取)
2.2 良坯长度计算
ιoptimize(mm)---可供优化的良坯长度(由现有计算机系统计算),
P切割(mm)---最后一块板坯的切割位置(由现有计算机系统读取),
2.3 参数准备
一旦异常事件发生,参数准备即被触发,将核心策略所需的参数准备成功。涉及的参数有:
Δι(mm)---每次切割的耗损长度(经验值),
λ(%)---板坯收缩系数(经验值),
α(mm)---余量参数(经验值),
ιmin,ιnor,ιmax(mm)---每块板坯长度的计划下限,计划定尺,计划上限(由生产控制系统组织计划,下发给计算机系统,计算机系统将计划的冷坯长度转换为热坯长度):
ιnor=ιnor*λ+α
ιmin=ιmin*λ+α
ιmax=ιmax*λ+α
βbefore,βafter(mm)---每种异常造成的接痕前后范围(经验值),
ιshort_min,ιshort_max(mm)---厂内允许范围短坯的上下限(固定值),
ιlong_min,ιlong_max(mm)---厂内允许范围长坯的上下限(固定值)
2.4 自学习库
自学习库由计算机系统管理,自学习库里的相关记录均在L2系统下发优化结果后却没被现场操作人员采用,操作人员将切割的控制方式由L2自动切割改为L1手动切割后,自学习库开始运作,它将当时的相关实绩记录(包括:时间creat_time、良坯长度Optimize_length,计划下限1Length_min1,计划定尺1Length_nor1,计划上限1Length_max1,计划下限2Length_min2,计划定尺2Length_nor2,计划上限2Length_max2,………计划下限10Length_min10,计划定尺10Length_nor10,计划上限10Length_max10,实绩切割长度1cut_length1,实绩切割长度2cut_length2,……实绩切割长度10cut_length10)。
本发明首先从自学习库中搜索相同情况,若良坯长度与表中的良坯长度相差正负200mm,切割计划长度一致就可按照自学习库中的实绩切割长度安排切割计划,而后直接进入步骤6,若自学习库中不存在就进入步骤5的三级策略。
2.5 对良坯进行优化
涉及参数:
ιremain1,ιremain2,ιremain3---切割剩余量(由现有计算机系统计算)
定尺级策略:根据可供优化的良坯长度ιoptimize,首先对此长度按每一块的计划定尺进行切割,切到第N块,直至剩余长度ιremain1<ιnor(n+1)。
对剩余长度进行判断,若ιr e m ai n 1<α,则前N-1块按定尺切,第N块的切割长度为ιn o r(n)+ιr e m ai n 1;若ιremain1>ιmin(n+1),则前N块按定尺切,第N+1块的切割长度为ιremain1。若都不符合,进入下限级策略。
下限级策略:根据可供优化的良坯长度ιoptimize,首先对此长度按每一块的计划下限进行切割,切到第N块,直至剩余长度ιremain2<ιmin(n+1)。
计算前N块板坯计划上限与计划下限的差量总值:
若剩余长度ιre m ain 2<φ,则每块板坯的切割长度为。若不符合,进入上限级策略。
上限级策略:根据可供优化的良坯长度ιoptimize,首先对此长度按每一块的计划上限进行切割,切到第N块,直至剩余长度ιremain3<ιlongt_max。
若ιremain3<α,则前N-1块按计划上限切,第N块的切割长度为ιmax(n)+ιremain3;
若ιshortmin<ιremain3<ιshortmax或ιlongmin<ιremain3<ιlong_max,则前N块按计划上限切,第N+1块的切割长度为ιremain3;
若ιshort_min<ιremain1<ιshortmax或ιlongmin<ιremain1<ιlong_max,则前N块按计划定尺切,第N+1块的切割长度为ιremain1;
若ιshort_min<ιremain2<ιshort_max或ιlongmin<ιremain2<ιlong_max,则前N块按定尺下限切,第N+1块的切割长度为ιremain2。若不符合,进入回归策略。
4)回归
将上限级的剩余长度扩大:ιremain3=ιremain3+ιmax(n)
根据ιremain3的长度切出一块长度范围内的板坯ιr,切剩后的良坯再次回归三级策略。切剩后的良坯长度为:
2.6 设定
经过步骤5或步骤6优化的切割长度要送往LEVEL1以进行设定控制。但在设定之前要对跟踪的板坯长度进行判断,若此时的跟踪长度已经大于要设定的长度,则放弃此次设定,此块板坯按定尺切割,等待下个周期重新优化板坯长度,安排切割计划。
3 结束语
该模型根据梅钢连铸机的实际工艺参数开发的,由炼钢厂工艺专家提出模型工艺思想,再由过程控制技术人员用计算机形式控制实现。模型采用PL/SQL语言开发,集成在应用数据库中,方便功能扩充、调试、维护。优化切割模型的投用后,模型投用率达到100%。板坯计划符合率达到99.61667%。
参考文献
二次切割装置 篇5
目前, 超过40%的工业激光器用于金属激光切割。金属激光切割主要分为二维切割和三维切割。二维激光切割机的激光切割头在横梁上沿X轴方向左右移动、同时可与横梁一起整体在床身导轨上沿Y轴方向前后移动, 从而形成二维运动轨迹。在Z轴上切割头只可以小范围上下移动来调整光束焦点位置。三维激光切割机的激光切割头在横梁上除了可沿X、Y轴方向移动, 还可在空间内的五个面上任意方向调整, 从而形成三维运动轨迹。三维激光切割机的设备投资十分巨大, 是二维激光切割机的3~4倍。因而, 在二维激光切割机上实现三维加工要求具有重要的现实意义。本文对在二维激光切割机上加装型材夹紧、旋转、多面切割装置提出了三种设计方案并进行分析研究。该项研究对激光设备、夹具以及激光加工等具有一定参考价值。
1 二维、三维激光切割机结构介绍
激光切割机主要由激光发生器、光路、床身、机械运动部件、数控系统、气源、冷却系统及除尘系统组成, 激光发生器主要有CO2激光发生器和光纤发生器。二维激光切割机的基本构成如图1所示, 三维激光切割机切割头部分照片如图2所示。
2 型材多面切割装置参数确定
1.冷却水装置2.激光气瓶3.辅助气体瓶4.冷干机5.数控装置6.操作面板7.伺服电机8.切割工作台9.割炬10.聚焦镜片11.伺服电机和割炬驱动装置12.丝杠13.反射镜14.激光束15.反射镜16.激光振荡器17.激光电源
2.1 型材多面切割装置的布局
本文所设计的型材多面切割装置安装于二维激光切割机上, 可实现型材在二维激光切割机上的装夹、旋转等动作, 从而使所需加工面均可在激光切割头的垂直工作面上并在切割范围内, 最终达到型材三维切割目的。三种方案布局分别介绍如下。
(1) 方案一:主要由卡盘座、卡盘、定位装置、尾架横梁、尾架卡盘等构成, 如图3所示。
(2) 方案二:主要由卡盘座、卡盘、旋转手轮、尾架旋转支撑、尾架升降装置等构成, 如图4所示。
(3) 方案三:主要由工作台 (激光切割机原有的) 、底板、定位靠山、夹紧螺栓等构成, 如图5所示。
2.2 型材多面切割装置参数的确定
合理选择激光切割机用型材多面切割装置工作参数, 可节省设备投资, 提高型材加工质量、加工精度, 并可提高加工效率。目前二维激光切割机激光切割头的Z轴行程基本在100mm~120mm, 交换工作台移出后的空间高度在300mm~320mm。本文所设计二维激光切割机用型材多面切割装置可加工型材最大为20#型材, 最大长度与激光切割机的长度切割范围一致, 可加工多种图形, 如圆孔、方孔、腰孔、矩形孔、异性孔等, 也可以打标。
3 型材多面切割装置结构设计
3.1 方案一结构设计
方案一装置充分利用床身上的两侧六方导轨作为尾架支撑的运行导轨, 尾架横梁安装在床身两侧六方导轨上, 可根据型材需要长度移动尾架横梁前后位置实现卡盘两端的固定, 避免槽钢旋转时出现甩尾现象, 样机如图6所示。前后卡盘在安装时通过芯棒保证同心, 同轴度≤0.02/m, 卡盘选用特殊四爪结构形式, 夹爪上设有调节螺钉, 能够根据不同型材的大小调节螺钉长度, 保证夹爪夹紧工件, 端部特制卡盘安装在分度盘上, 可以用活动销轴进行定位, 也可以加装伺服电机和编码器并与数控系统相联接, 以实现自动化。其结构图如图7所示。
1.分度盘2.特制四爪卡盘3.待加工型材4.尾架卡盘5.尾架横梁
3.2 方案二结构设计
方案二装置主机前端安装一个固定旋转支架 (图8) , 内置轴承, 因此具有支撑刚度并实现旋转作用。旋转支架面向加工区域的一侧安装有自定心四爪卡盘, 用于卡紧型材。旋转支架另一侧安装有分度手轮, 用于旋转转轴, 使卡盘带动型材旋转, 实现加工型材不同型面的效果。主机尾端安装有型材辅助支撑, 该装置在将型材尾端支撑并固定的同时, 还安装有轴承支撑的跟随转轴, 保证型材在旋转时与前端保持一致。避免了在切割槽钢等非对称截面型材时, 因型材90°旋转带来的中心高度的变化, 从而需要人工手动调整支撑高度的弊端。与此同时, 尾端支撑可由气缸驱动整体上下移动, 以防止在切割平板时与工作台发生碰撞干涉。
1.旋转手轮2.卡盘座3.卡盘4.待加工型材5.尾架旋转支撑6.尾架升降装置
尾端的型材辅助支撑设计成卡槽式, 根据不同规格的型材选用对应的卡槽尾端辅助支撑, 如图8所示。
3.3 方案三结构设计
方案三装置充分利用激光切割机本身的一套交换工作台, 在工作台宽度方向一侧, 300mm的宽度上设计底板、定位块、调整板、夹紧螺钉、支撑块等, 2块调整板焊接在底板上, 定位块在支撑块的内侧。其结构见图5, 以槽钢工件为例装夹示意如图9所示。
4 三种方案装置比较及分析 (表1)
在二维激光切割机上加装型材多面切割装置切割的型材工件实物照片如图10所示。
5 总结
本文根据二维激光切割机的结构、型材的加工要求、机械加工夹具及自动控制等方面知识, 对在二维激光切割机上加装型材多面切割装置提出了三种设计方案, 对三种方案的结构设计进行了比较分析, 用户可根据待加工工件参考选择。本文对新购激光切割机设备和技术改造用户具有指导意义。
摘要：为满足在二维激光切割机上实现型材多面三维切割的需求, 根据二维激光切割机结构、型材加工要求、机械加工夹具及自动控制等方面知识, 对在二维激光切割机上加装型材夹紧、旋转装置提出三种设计方案并进行分析。与采用三维激光切割方案相比, 大大节约投资。
关键词：机械设计,二维激光机,多面切割,型材,旋转夹具
参考文献
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甘蔗收割机切割装置的结构设计 篇6
甘蔗收获机械技术一直是限制我国甘蔗生产全程机械化的关键技术[1]。切割器是甘蔗收获机的关键部件,其性能优劣直接关系到收获效率和甘蔗破头率,影响甘蔗第2年的生长。因此,切割装置一直是甘蔗收割机设计的核心部件。
近几年来,国内不少高校教师和学生针对甘蔗收割机切割器的切割质量进行不同方面的研究,尤其是广西大学的专家及一些资深人士,主要研究田间地面不平引起的频率与振幅等振动原因,以及切割器的结构参数和运动参数对切割性能的影响。
国外(如泰国、澳大利亚、日本等甘蔗主要产区)也对甘蔗收割机的切割装置的机理进行深度研究,主要针对刀片的切割角度、刀盘倾角、刀盘转速对切割器的影响及刀片的不同形状(月牙形、梯形和矩形等)对切割质量的影响等方面。但是目前这些切割装置还存在着许多问题,如性能、制造成本和切割质量等因素亟待进一步探索研究。
1 切割器主要零件的设计
1.1 切割装置的模型及工作原理
1.1.1 模型设计
本文设计的甘蔗收割机切割装置主要由齿轮箱、左切割组件和右切割组件等3部分组成。切割组件包括圆形刀盘、旋转支撑轴和刀片。刀盘安装在旋转轴的最下端,6把刀片均匀安装在刀盘的圆周周围且在刀盘的底面,切割器刀片刀刃的一边伸出到刀盘以外,以螺钉的形式固定;齿轮箱内安装有相互联系的齿轮组传动且与旋转轴套的顶端连接,为了避免切割过程中的刀具碰刀和撞刀等问题,双圆盘上的刀片设计成交错设置。本次甘蔗收割机的设计主要是针对甘蔗收割过程中切割损坏、喂入及输送甘蔗的能力进行了考虑,有效防止了甘蔗的堵塞和损伤。切割装置模型如图1所示。
1.刀盘 2.刀片 3.刀轴 4.刀箱总成
1.1.2 工作原理
甘蔗收割机在收割过程中,首先用螺旋杆扶蔗器扶正由于受天气影响倒伏的甘蔗;然后,利用双圆盘上的刀片进行切割;接着,利用旋转轴旋转将砍下来的甘蔗输送到通道装置,切割后的甘蔗在通道工作区域进行拨叶和分叶,最后将甘蔗输送出去进行集堆并整理。
1.2 主要零件及参数
1.2.1 刀盘参数
以往切割装置的刀盘有单圆盘和双圆盘。为了使甘蔗更好地被切割,本切割器设计采用双圆盘刀盘。通过旋转支撑轴同心连接一起,刀片均匀安装在刀盘底部,刀刃突出在刀盘之外80mm左右。其实际参数如下:
两个刀盘的中心距/mm:504
刀盘直径/mm:500
刀盘倾角r/(°):15(机器工作时可调)[2]
1.2.2 刀片
刀片[5]是切割器的主要部件,需要满足3个条件,即坚韧耐磨、锋利和形状合理。目前使用的刀片形状有矩形刀片、梯形刀片和月牙形刀片。根据相关文献[3]研究表明,矩形刀片在切割甘蔗时是刀刃以砍切方式切断甘蔗的,其砍切力最大。切割型式如图2所示。
由受力分析可知,矩形刀片切割甘蔗时的作用力垂直过甘蔗中心,在刀刃上没有分力,是砍切式切断甘蔗,从而可设计出矩形刀片参数为:
刀片厚度/m:5
刀片刃角/(°):17.65
刀片长度/mm:170
刀盘上刀片数量/个:6(均匀安装在刀盘底部)
1.2.3 旋转轴
作为甘蔗收割机切割装置的支撑部件是不可缺少的,因此刀盘旋转轴的设计尤其关键。为了简化设计,旋转轴采用阶梯轴的结构,目的是很好地与轴承和齿轮(旋转轴还增添了一个主链轮)配合,以达到切割过程中切割器运动最佳的工作状态。
2 试验设备及实验条件
2.1 试验设备
试验机采用河南科技大学机电工程学院和洛阳某企业联合研制生产的4ZL1400-1整秆式甘蔗联合收割机。该收割机符合我国南方甘蔗收割的特点(大部分是丘陵地带),收割机主要性能指标如下:
型号:4ZL-130-1
型式:整秆式收割、输送、剥叶
整机质量/kg:4 500
最高行驶速度/km·h-1:≤8
最小离地间隙/mm:240
适应行距/m:0.7～1.2
收割行数/行:1
2.2 试验条件
试验[4]蔗田选在广西兴业县石南镇的甘蔗生产主要地区。根据甘蔗的种植农艺要求,甘蔗种植垄高大约为200mm;同时为了便于底盘系统的布置,初步确定农艺地隙为最大300mm;适应间距为0.7～1.2m;甘蔗种类为黑皮甘蔗,高度约为2 300mm,平均直径约为26mm。
2.3 试验方式
根部切割是甘蔗机械化收割最关键的步骤,其切割质量直接影响甘蔗的破头率以及甘蔗第2年的生长。为了避免甘蔗在收获过程中产生少割、碰蔗、切割损坏以及收割甘蔗的堵塞等问题,除了要考虑刀片数量、刀片刃角、刀片形状和刀盘型式等结构参数外,还要考虑刀盘转速、刀片切割角、刀盘前倾角、机车行走速度等运动参数以及与收获机行走速度相一致等问题。为了提高收割机切割器的切割质量,使破头率降至最低,本次试验先后在不同地形、不同种植行距、不同培土高度条件下进行了收割机切割器的切割性试验,测试了收割机在田间复杂环境条件下的作业情况和切割器对甘蔗的切割效果。试验可通过以下方案对主要影响因素进行调整[2]。
2.3.1 割台的调整
割台的调整主要是调节砍蔗刀的离地高度,其高度是以砍蔗刀进入土中约20mm并且以刀盘与地面成7°角为准。调整方法是调整割台两侧仿形液压油缸的控制电子阀。
2.3.2 刀盘前倾角的调整
主要是调节刀盘切割角度的问题,观察刀盘在不同角度的切割质量对破头率的影响。即在试验中的砍蔗机构参数固定不变[6,7],研究以每次切割甘蔗数位定值,重点考察切割器的结构参数对切割性能的影响深度,并以砍后甘蔗受损程度来权衡砍蔗机构切割性能的好坏,以此指标进行不断重复试验。研究数据如表1所示。
由表1数据可以明显看出:在每次切割的甘蔗为定值,刀盘转速、刀片切割角、刀盘倾角和机车行走速度为动值的情况下,甘蔗破头率在20%以下比较稳定的参数匹配为:刀盘的转速800r/min,机器行进速度0.4m/s,刀盘倾角7°,刀片切割角38°。
以表1所得出的数据为定值,试验不同地形、不同行距和不同培土高度对切割质量的影响,其试验数据如表2～表4所示。
3 试验结果及分析
表1、表2、表3和表4的试验结果表明:当选取刀盘的转速为800r/min、机器行进速度为0.4m/s、刀盘倾角为7°、刀片切割角为38°时,甘蔗的破头率较低,趋于稳定,砍蔗质量较好。
通过田间反复试验,找出了收割机切割器存在的问题:一是是否入土切割,入土深度多少;二是刀具磨损;三是油箱润滑。
根据以上问题,需要提出进一步改进完善的技术方案,下一步要做的是找出切割器的切割反馈点、油箱的润滑以及刀具寿命的研究。
4 结束语
对比分析了不同地形、不同行距和不同培土高度对甘蔗切割质量的影响,进行了多次切割试验,通过切割试验装置模拟田间试验。
研究作业时的切割过程,使得甘蔗收割机的切割质量明显提高,甘蔗破头率低于20%,同时也促进了一些关键性的研究。但由于甘蔗联合收割机适应性、可靠性、经济性与生产实际需要尚有较大差距,在收割试验中还存在一些小问题,需要继续试验、改进和完善,减少甘蔗收获成本,提高劳动效率,增强我国农业的机械化水平,研制切割性能良好、甘蔗破头率达到最低的切割装置,满足市场的需要。
参考文献
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[2]王汝贵.甘蔗割铺机圆盘切割器工作参数优化及影响分析[J].农机化研究,2004(4):144-147.
[3]杨坚.甘蔗切割器切割质量影响因素的试验研究[J].农业工程学报,2005,21(5):60-64.
[4]向家伟.小型甘蔗收获机切割器试验研究[J].农业工程学报,2007,23(11):158-163.
[5]刘庆庭.光刃刀片切割甘蔗茎秆破坏过程高速摄像分析[J].农业机械学报,2007,38(10):31-35.
[6]陈国晶,赵冰,杨坚.甘蔗收割机单圆盘切割器工作参数优化[J].农机化研究,2010,32(2):146-148.
二次切割装置 篇7
随着国外第一台三维激光切割机于1979年在意大利Prima工业公司诞生至今,三维激光切割机历经30多年的不断发展和技术进步,其应用领域越来越广泛。作为三维激光切割机的核心部分之一——旋转机构的研发设计极为重要。本文主要介绍带距离编码参考点标记的测量装置在其旋转机构上的应用。
2 旋转机构
如图1所示为德国LT Ultra-Precision Technology Gmb H公司生产的旋转机构,其中上部为C轴旋转机构,下部为A轴旋转机构,C、A轴均采用德国ATE公司的力矩电机,C轴可实现±360°旋转,A轴可现实±180°旋转。两个电机的测量装置均采用德国海德汉(HEIDENHAIN)公司推出的一种带有距离编码参考点标记的ERA4000C系列光栅尺。使用带距离编码参考点标记的线性测量系统,可以不必为返回参考点而安装减速开关,并返回一个固定的机床参考点,在结构比较紧凑的机构应用中带来了许多方便。
3 测量装置原理
为加快和简化“参考点回零”操作,海德汉公司的多款光栅尺刻有距离编码参考点。如图2所示,带距离编码参考点标记的测量系统原理是采用包括一个标准线性的栅格标记和一个与此相平行运行的另一个带距离编码参考点标记通道,每组两个参考点标记的距离是相同的,但两组之间两个相邻参考点标记的距离是可变的,每一段的距离加上一个固定的值,因此数控轴可根据距离来确定其所处的绝对位置。
从图2可以看出,当数控轴从a点移动到c点,系统检测到10.02距离的时候就可以判断出当前轴处于哪一个参考点的位置。同样,当数控轴从b点移动到d点,系统检测到10.04距离的时候就可以判断出当前轴处于哪个参考点位置,依此类推。所以当数控轴只要移动超过任意两个参考点距离(20mm)的时候,就能够判断出当前轴所在的机床绝对位置值。
小提示:从海德汉光栅尺样本来看,如果光栅尺或者编码器型号后面有字母“C”均表示带有距离编码参考点(如ERA4000C)。
4 应用分析
我公司TL3015型三维激光切割机采用德国SIEMENS 840D power line数控系统,同时SIEMENS 840D数控系统中本身已经为此功能准备了一些设定参数,以下主要对参数设定作简单介绍。
4.1 参数设定
(1)34000 REFP_CAM_IS_ACTIVE[0]=0
参考点凸轮的轴:0表示不带参考点凸轮信号,即不用返回参考点减速开关信号。
(2)34200 ENC_REFP_MODE[0]=3
参考点模式:3表示采用带距离编码参考点标记的测量装置。
(3)34300 ENC_REFP_MARKER_DIST[0]=45
距离编码缩放的参考标记角度:45表示使用的ERA4000C光栅尺标准参考点标记角度为45°。
(4)34060 REFP_MAX_MARKER_DIST[0]:=90
两个参考点标记的最大角度:90表示两个光栅尺标准参考点标记的最大距离为90°(两倍光栅尺标准参考点标志栅格角度)。
(5)34310ENC_MARKER_INC[0]:=0.02197266
在角度编码缩放的参考标记间的间隔:0.02197266表示ERA4000C光栅尺信号节矩为0.02197266°。
(6)34090 REFP_MOVE_DIST_CORR[0]:=20.4
参考点偏移值:20.4表示旋转轴的基准点偏移值为20.4°。
以上参数若测量系统用于位移测量则单位为mm,若测量系统用于角度测量则单位为°。
4.2 操作方法
(1)在寻找参考点模式下,选择进给轴点动按钮如+C或-C均可,此时旋转轴C轴将以参数34040(参考点爬行速度)设定的速度搜索参考点标记。
如果机床移动了参数MD34060(两个参考点标记的最大位移)设定的角度还没有找到参考点,轴将自动停止,CNC系统将显示“20003通道轴编码器错误”的报警。
如果机床移动了参数MD34300(距离编码缩放的参考标记角度)设定的角度,但数控系统没有找到两个变距离的参考点标记,此时轴将自动停止,并显示“20004通道轴参考点标记消失”的报警。
(2)确认轴绝对位置。由于两个参考点标志之间的角度是可变的,系统就可以准确地识别轴所处的是哪一个参考点并计算出实际位置,但这个位置可能并不一定是你所需要的机床基准点值,所以还必须有一个基准点偏移角度参数来参与计算。MD34090就可完成这一步,实际上MD34090中设定的值就是测量系统中的第一个参考点到机床基准点的角度。
如果光栅尺与机床坐标系统一致,即线性测量系统的第一个参考点标志靠近机床的基点,绝对偏移=实际位置+线性测量系统的实际位置。
如果光栅尺与机床坐标系统不一致,即线性测量系统的最后一个参考点标志靠近机床的基准点:绝对偏移=实际位置-线性测量系统的实际位置。
5 总结
在三维激光切割机设计过程中,因为涉及到五轴联动,需要考虑到各轴的加工范围以及加工零件的局限性,必须要设计出结构比较紧凑的旋转机构才能够满足要求。在安装了带距离编码参考点标记的测量装置后,给操作和应用带来了很大的方便,如返回参考点速度更加快捷、任意点和方向都可以进行操作等。同时,利用带距离编码参考点标记的测量装置的应用经验,可以推广到其他机床设计的应用领域。
参考文献
[1]SINUMERIK_810D_840D简明调试指南技术手册.SIEMENS公司,2002.[1]SINUMERIK_810D_840D简明调试指南技术手册.SIEMENS公司,2002.
[2]SINUMERIK_840D_810D_FM-NC诊断说明.SIEMENS公司,2002.[2]SINUMERIK_840D_810D_FM-NC诊断说明.SIEMENS公司,2002.
[3]直线光栅尺技术选型指南.HEIDENHAIN公司,2010.[3]直线光栅尺技术选型指南.HEIDENHAIN公司,2010.
[4]RSD60T360系列旋转机构使用说明.LT Ultra-Precision Tech-nology GmbH公司,2011.[4]RSD60T360系列旋转机构使用说明.LT Ultra-Precision Tech-nology GmbH公司,2011.
[5]周鹏飞,严伟,翟东升,等.一种基于并联机构的三维激光切割机的设计与仿真[J].锻压装备与制造技术,2012,47(1):28-30.[5]周鹏飞,严伟,翟东升,等.一种基于并联机构的三维激光切割机的设计与仿真[J].锻压装备与制造技术,2012,47(1):28-30.
二次切割装置 篇8
随着建筑节能的发展,特别是近几年来,外墙保温已经成为建筑节能的重要环节,其基本以外墙外保温系统和外墙内保温系统的形式出现,GB50411—2007《建筑节能工程施工验收规范》要求外墙外保温系统需具备一定的安全性能和耐候性能[1]。目前,保温工程频繁出现脱落、空鼓和开裂等现象,其原因主要是保温系统中的保温层与基层、保温层与抹面层的黏结强度不达标所导致。在保温工程实际检测中,拉伸黏结强度的切割工具和检测方法可操作性和准确性都不高,经常出现无效检测和数据离散很大情况。因此,一种精准的测试拉伸黏结强度的装置和试验方法就显得十分重要。
1 传统拉伸黏结强度试验切割装置和试验方法的缺点
1.1 传统拉伸黏结强度试验的操作步骤
传统的拉伸黏结强度试验方法多参照JGJ144—2004《外墙外保温工程技术规程》进行试验。其方法为:在外墙保温层或者抹面层上用切割机切割出100mm×100mm或50mm×50mm一定深度的方形区域,需要切割至少4次(见图1);完成切割后,再在该区域粘贴100mm×100mm或50mm×50mm的铁板,然后是拉拔仪进行拉拔试验,如图2所示。
1.2 传统切割方式和测试方法的缺点
传统的切割方式是在墙体上切割出一个正方形区域,正方形的四个边需要分别切割,切割时深度和力度都不容易控制,会出现切割的均匀性和整体性不好、切割出来的区域不规则等现象,效率和精度都低。此外,目前市场上出现了很多例如真空绝热板和保温装饰一体板的新型保温系统,用传统的切割方式一般不能完成切割,更不能完成拉拔试验。如果使用传统的切割方式进行切割,很可能会破坏保温层(或抹灰层)的内部结构,这样会导致拉伸黏结强度试验的数据出现偏差。此外,传统方法使用的100mm×100mm或50mm×50mm的铁板会经常出现翘边和不平整等现象,这也会使得拉拔试验的力值出现偏离。
2 拉伸黏结强度试验用切割装置和试验方法的改进
2.1 专用切割装置和试验方法的标准依据
JG/T 429—2014《外墙外保温系统耐候性试验方法》[2]中8.2条规定,对于外墙保温系统耐候性试验要求防护层与保温层拉伸黏结强度尺寸应为100mm×100mm或Ø50mm。
2.2 切割装置的组成
切割装置由以下4部分组成:①第1部分为金刚砂(高强钢)开孔器,为圆环状,圆环外侧直径为50mm,圆环高度为50mm,开孔器顶端金刚砂(高强钢)具备一定硬度,开孔器外侧面有3处刻度标记,3处刻度线围绕圆点成120°夹角,每处刻度精度为0.5mm,如图3所示;②第2部分为限位装置,为圆环形,可以紧密包裹金刚砂切割头,圆环高度一般为20~50mm,圆环侧面有3处凹槽,凹槽中心线也围绕圆点成120°夹角,凹槽的作用是不要遮盖住内侧开孔器的刻度线,此外,限位装置侧面还有3个螺纹通孔,螺纹通孔的位置处于凹槽中间,螺纹通孔也围绕圆点成120°夹角,螺纹通孔的作用是固定用螺栓的通道,如图4所示;③第3部分为固定限位装置和切割头的装置,为普通螺栓,如图5所示;④第4部分为手提式手枪钻,作为动力来源,如图6所示。
2.3 专用切割装置运作原理
第1步,将开孔器限位装置(见图4)按照固定方向套在开孔器(见图3)上面,这里需要把开孔器的刻度与限位装置的凹槽对应,使得刻度线可以暴露出来,调节好需要切割的深度(三处都要调节,围绕开孔器成120°夹角);第2步,将螺栓(见图5)通过拧入螺纹通孔直至开孔器表面,拧紧,这样就可以把限位装置固定在开孔器上面(三处都要调节,围绕开孔器成120°夹角);最后,将切割装置插入手提式手枪钻,这样就完成了切割装置的组装,将开孔器紧贴在墙体表面,就可以进行切割试验。
2.4 试验方法
试验方法分为以下2个步骤:
第1步:使用切割装置对样品进行切割。首先,根据墙体保温层(抹灰层)材料性质,配套使用合适的开孔器,然后,调节好该装置的切割深度,将切割装置顶端即开孔器顶端顶住需要切割的区域,轻压,开孔手枪钻进行切割。切割试验如图7所示。
第2步:测量已经切割好的区域的直径,然后用专用胶水把铁块(Ø50mm)粘贴在已经切割好的区域中,待胶水具备一定强度后,使用铆钉拉拔仪器进行拉拔试验,直至保温层(或抹灰层)破坏,观察破坏状态并记录破坏时的峰值,计算可得出拉伸黏结强度。拉拔试验见图8。
2.5 与传统试验方法的拉伸黏结强度对比情况
在同一保温系统的墙体上面进行保温层与抹面层的拉伸黏结强度试验,分别切割50mm×50mm、100mm×100mm和Ø50mm的区域,其中,Ø50mm采用新的切割方式和试验方法,切割以后再分别粘贴对应的铁块,待具备一定强度后,进行保温层与抹面层的拉伸黏结强度试验,试验结果见表1。
试验结果表明,三种方案检测结果比较平均,均在0.10MPa以上。采用方式2和方式3拉伸黏结强度测试结果比采用方式1的略大,采用方式1出现了无效结果,其原因是破坏界面在保温层与抹面层界面。采用方式3拉伸黏结强度测试结果较方式1和方式2大,其原因可能是采用方式3切割效果比较好,铁块实际黏结面积大和圆形区域的尺寸效应有关。
3 结论
(1)传统的切割方式需要切割四次,每次的力度和深度都不容易控制,切割的均匀性和整体性也不好,切割出来的区域不规则,效率和精度都低。而使用本文介绍的切割装置可以一次完成切割试验,且切割的深度可在1~100mm,切割的精度可以达到0.5mm。相对传统的切割方式,该方法要更具效率和精度。
(2)传统的切割方式无法完成对保温装饰板、复合板材和真空绝热板抹灰层的切割,而使用该切割装置均能完成切割程序并能完成后续的拉伸黏结强度试验。
(3)传统的切割方式因均匀性和整体性差,切割过程中可能会破坏保温层(或抹灰层)的内部结构,传统方法的拉拔头一般为100mm×100mm或50mm×50mm的铁板,会出现翘边和不平整等现象,这些都会使得后续的拉伸黏结强度试验结果出现偏差。而使用该装置在切割时因能保持的一定整体性和一致性,保温层(或抹面层)的内部结构不会损坏,且覫50mm的拉拔头不易出现翘边和不平整的现象,这些优点可以保证后续的拉伸黏结强度试验数据更为真实可靠。
(4)该切割装置已经获得国家实用新型专利,专利号为“ZL 2015 2 0311801.X”,新试验方法已经在外墙耐候性试验后保温层与抹灰层的拉伸黏结强度测试中得到了应用,效果较好。此外,该装置和方法也可用在保温层与基层、保温层与装饰层以及普通外墙抹灰砂浆拉伸黏结强度试验中。
摘要：发明了一种新型的拉伸黏结强度试验专用切割装置,对传统的切割方式和拉伸黏结强度试验方法进行了改进。结果表明,新切割装置相对传统切割工具更具效率和精度,切割精度可控在0.5mm。新切割装置和试验方法更具实用性,可对保温装饰板、复合板以及真空绝热板抹面层等复杂系统进行切割试验,效果较好;该装置和方法可应用在保温层与基层、保温层与抹灰层(装饰板)以及抹灰层与基层的拉伸黏结强度试验中。使用新切割装置能保持切割样品的一致性和均匀性,保温层(或抹灰层)的内部结构不会因为切割而损坏,覫50mm的粘贴铁块不易出现翘边和不平整等现象,这些优点使得后续的拉伸黏结强度试验结果更为真实可靠。
关键词：拉伸黏结强度,切割装置,试验方法
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50411—2007建筑节能工程施工质量验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.