孔憲剛 顧垚凌

摘要：本文根據(jù)生產(chǎn)線的節(jié)拍要求，把實(shí)現(xiàn)軌枕筋頭自動(dòng)切割的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行論證，采用平行四桿機(jī)構(gòu)在切割與生產(chǎn)線之間轉(zhuǎn)移;采用液壓頂升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)切割進(jìn)給動(dòng)作;采用仿形設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定位誤差的彌補(bǔ);通過PLC實(shí)現(xiàn)邏輯功能控制，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的自動(dòng)切割，并且把取端面板組合到本工藝中完成。

關(guān)鍵詞：軌枕筋頭;自動(dòng)切割;PLC控制;四桿機(jī)構(gòu)

引言

隨著我國高鐵的快速發(fā)展和城市軌道交通的大力建設(shè);軌枕生產(chǎn)技術(shù)要求也在不斷提高;在常規(guī)軌枕生產(chǎn)線上，軌枕張拉筋切斷后，會(huì)留下較長的筋頭，這些筋頭容易劃傷人，也容易被絲繩類無意纏繞帶動(dòng)的隱患，因此根據(jù)軌枕產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目要求規(guī)定，筋頭長度要小于5毫米;目前，許多廠家軌枕筋頭切割采用人工?，使用角磨機(jī)切割的方式;效率低，質(zhì)量不易控制;我們?cè)谘芯慷喾N型號(hào)不同長度產(chǎn)品的軌枕，在原來的生產(chǎn)線上，提出一套自動(dòng)切割筋頭裝置的方案，用以替代人工。

1.軌枕筋頭產(chǎn)生過程及裝置設(shè)計(jì)要求

軌枕是在模具里面成型，模具不同生產(chǎn)數(shù)量不一樣，我們一個(gè)模具同時(shí)成型8件軌枕，分為左右兩組;每組4件采用通長的相同張拉筋;軌枕在養(yǎng)護(hù)脫模之后的生產(chǎn)線上，通過一定方法將每件軌枕之間的張拉筋割斷;張拉筋割斷之后軌枕兩端留有25毫米以上張拉筋筋頭，一般兩端還有端面板;本文只討論其中一組的實(shí)現(xiàn)過程，另組類同。因此本工序除需要切割4件軌枕兩端剩余筋頭，還要有端面板取下來的工作;根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍產(chǎn)品要3-5分鐘;我們按照4分鐘完成一模產(chǎn)品設(shè)計(jì);軌枕梯形截面上底邊長為245毫米，下底邊長320，高度為240毫米;軌枕長度按照2.6米-3米范圍;

2.軌枕筋頭自動(dòng)切割裝置的設(shè)計(jì)

2.1整體方案：在4分鐘內(nèi)完成4件產(chǎn)品筋頭切割;時(shí)間明顯不允許，因此要采用平行作業(yè)方式，采取兩件產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行切割作業(yè);我們選擇與原生產(chǎn)線的平行設(shè)計(jì);這種設(shè)計(jì)解決直接在軌道生產(chǎn)線上完成的風(fēng)險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)故障時(shí)生產(chǎn)線就要停線;根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍要求和組合方案比較，采用軌道線兩側(cè)分布，每側(cè)兩組切割設(shè)備，切割設(shè)備間距一個(gè)最長軌枕。每一模產(chǎn)品作為一個(gè)循環(huán)周期，分別進(jìn)行1，3號(hào)同時(shí)切割，完成后在外線與2，4號(hào)軌枕同時(shí)前移一個(gè)軌枕長度，1，3號(hào)再通過移入機(jī)構(gòu)回到生產(chǎn)線，2，4號(hào)移出到切割外線。

2.2?工件轉(zhuǎn)移線方案：實(shí)現(xiàn)軌枕轉(zhuǎn)移方法有多種，經(jīng)比較優(yōu)選，軌枕的轉(zhuǎn)移采用平行四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移;適合相對(duì)細(xì)長型產(chǎn)品;為減少空間占用與布置方便，選擇平行四桿機(jī)構(gòu)移入與移出用同一動(dòng)力形式;用一組齒輪連接實(shí)現(xiàn)移動(dòng)方向相反;建立模型，設(shè)兩軸間距為X，偏心量為Y，四桿機(jī)構(gòu)Ⅰ的轉(zhuǎn)動(dòng)臂長為A，四桿機(jī)構(gòu)Ⅱ的轉(zhuǎn)動(dòng)臂長為B?，則：?移出原位距離為：A+Y????放位距離為：A-Y??。?對(duì)于移入四桿機(jī)構(gòu)，原位在A-Y的正上方，則轉(zhuǎn)動(dòng)桿臂與水平夾角a的關(guān)系為：COSa=（A-Y+X）/B???（式1）;考慮移進(jìn)起始位置與移出終點(diǎn)位置相同，即放回水平方向原處，則A+Y=B+X（式2）;我們希望移入四桿a最佳角度為45?;連接換向齒輪我們選擇60mm分度圓，則X為中心距60;根據(jù)式1與式2計(jì)算得：Y=0.15B+60????A=0.85B;根據(jù)空間位置和條件，只要確定B尺寸，兩套平行四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸就可以確定，還有一個(gè)條件是使平行四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使轉(zhuǎn)動(dòng)臂小于機(jī)架中心距。移入與移出區(qū)別在于，移入工件托舉點(diǎn)位于四桿機(jī)構(gòu)偏心位置，兩轉(zhuǎn)動(dòng)桿所受力矩大小不一樣，甚至可能出現(xiàn)一個(gè)受壓應(yīng)力，一個(gè)受拉應(yīng)力的情形，移出四桿機(jī)構(gòu)則為相同壓應(yīng)力;此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，投入少，可靠性高，穩(wěn)定快速。

2.3切割方案：張拉筋布置一般為間距為40X40間距，橫向2，豎向?yàn)?陣列分布8根，左右兩組，組間距為80毫米，根據(jù)這種分布規(guī)律，我們采用兩個(gè)砂輪同時(shí)切割的方式，其余方式切割難于保證端面5毫米要求，切割進(jìn)給選用從上向下切割比較合理，這樣切割下來的筋頭，由于重力自然下落，我們選擇刀具相對(duì)固定，由軌枕上升實(shí)現(xiàn)切割進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，動(dòng)力電機(jī)比較容易固定安裝，調(diào)整方便。實(shí)現(xiàn)頂升動(dòng)作采用液壓缸;是利用鄰近液壓站，液壓頂升穩(wěn)定可靠，另外由于軌枕的混凝土結(jié)構(gòu)形式，每個(gè)軌枕的長度方向精度不高，因此為了防止砂輪切割到混凝土造成砂輪破損，同時(shí)保證筋頭長度，設(shè)計(jì)了仿形機(jī)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)是兩切割砂輪之間固定一仿形板，仿形板與砂輪間距在3-5毫米之間，在軌枕升頂開始階段仿形板前段斜面先作用到軌枕端面，并沿著端面滑移，仿形板帶動(dòng)切割體上部的鉸接軸微轉(zhuǎn)，從而調(diào)整砂輪距離端面3-5毫米距離，并實(shí)現(xiàn)切割動(dòng)作;通過這種仿形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軌枕長度誤差和定位誤差的彌補(bǔ)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，根據(jù)軌枕長度的變化切割砂輪位置有所浮動(dòng)

2.4取端面板方案：端面板原取板方法是由人工用手錘側(cè)面錘擊端面板，使之與軌枕分開，容易變形，控制難，容易擊打到軌枕形成掉角問題;現(xiàn)方案是使用沖擊電錘（或氣錘）頂在軌枕端面中心部位，利用彈性震動(dòng)原理，使它們分離;然后讓氣爪側(cè)面抓鉤鐵板，在沖擊錘后退過程取掉端面鐵板;這種方式不會(huì)產(chǎn)生掉角問題，保證了質(zhì)量，節(jié)省人工。

2.5電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)：該工作過程為通過光電感應(yīng)開關(guān)，感知軌枕到位，發(fā)出信號(hào)給PLC?;啟動(dòng)移出電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈感應(yīng)到位停止;壓緊動(dòng)作;沖擊錘前進(jìn)頂住軌枕中心，啟動(dòng)震動(dòng)，計(jì)時(shí)4秒，鉤爪鎖緊鐵板，后與沖擊錘同時(shí)后退;頂升動(dòng)作開始，砂輪旋轉(zhuǎn);到達(dá)上限位后托舉軌道插入，端部推移氣缸動(dòng)作，軌枕向前移動(dòng);頂升氣缸回落，期間軌道上下移動(dòng)一個(gè)軌枕距離;兩軌枕都到位后，移入移出動(dòng)作開始進(jìn)行下一個(gè)循環(huán);下一組前進(jìn)兩個(gè)軌枕距離;再開始大循環(huán);根據(jù)上述工作關(guān)系可以設(shè)計(jì)PLC程序以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，為了調(diào)整方便程序還有設(shè)計(jì)手動(dòng)控制部分和緊急停止;為了方便操作和直觀，采用觸摸屏控制，通過觸摸屏與PLC共同實(shí)現(xiàn)報(bào)警，數(shù)據(jù)處理功能。

3.總結(jié)

本設(shè)計(jì)通過平行線設(shè)計(jì)及兩工位同時(shí)切割實(shí)現(xiàn)了與生產(chǎn)線節(jié)拍匹配，不走重復(fù)路線;通過四桿機(jī)構(gòu)完成軌枕轉(zhuǎn)移線，用仿形解決了定位要準(zhǔn)確問題;通過PLC的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，節(jié)省人工，提高了質(zhì)量;該裝置不影響原生產(chǎn)線功能，極特殊產(chǎn)品不能自動(dòng)切割時(shí)，在原來線上可以人工完成，靈活性強(qiáng)。

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