胡俊宏， 徐寶水， 歷萌， 習(xí)春芳， 李大軍

（1.沈陽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，沈陽110870；2.沈陽嘉和節(jié)能保溫科技有限公司，沈陽110000）

0 引言

近年來，我國建筑行業(yè)開始呈現(xiàn)出高技術(shù)化、環(huán)保化和工業(yè)化趨勢[1]。隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)展模式越來越難以滿足行業(yè)發(fā)展的諸多需求[2]。降低建筑能耗是促進經(jīng)濟發(fā)展的有效措施[3]，建筑外墻節(jié)能技術(shù)作為建筑能耗的重要組成部分，研究外墻節(jié)能技術(shù)已成為各國研究的重點[4]。國家有關(guān)部門和地方政府制定了一系列政策，推行應(yīng)用節(jié)能、節(jié)地、利廢、環(huán)保的新型墻體材料[5]。相關(guān)政策的出臺，無疑將對我國各種新型墻體材料的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)生深遠影響。

鋼絲網(wǎng)聚苯板作為一種新型墻體結(jié)構(gòu)，是將鋼絲插入聚苯板中，再與聚苯板兩側(cè)的鋼絲網(wǎng)焊接而成的三維空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[6]。該構(gòu)件有質(zhì)量輕、強度高、隔熱、隔音、抗震和施工速度快等優(yōu)點，且可增加建筑材料的使用面積等特點，因而受到建筑行業(yè)的青睞[7]。目前，該產(chǎn)品已被國家建材局列入《新型建材及產(chǎn)品開發(fā)指導(dǎo)目錄》（建材規(guī)劃發(fā)展[1996]163號文件）。通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市面上的鋼絲網(wǎng)架聚苯板的生產(chǎn)主要是通過傳統(tǒng)的手工方式完成。通過手工方式將鋼絲插入聚苯板，再將聚苯板兩側(cè)的鋼絲網(wǎng)與插入的鋼絲焊接在一起，完成聚苯板的生產(chǎn)[8]。市場上雖然有很多網(wǎng)板成型設(shè)備，但這類設(shè)備的穩(wěn)定性差、插絲成功率低，生產(chǎn)效率不理想。

為有效提高設(shè)備自動化程度，提高鋼絲網(wǎng)架聚苯板生產(chǎn)質(zhì)量，設(shè)計一臺可用于網(wǎng)板成型自動化生產(chǎn)的插絲機設(shè)備勢在必行。本文將針對網(wǎng)板成型機中的關(guān)鍵部件——插絲機料盒模塊進行設(shè)計，通過選取多種方案進行比較，選取最優(yōu)方案。

1 網(wǎng)板成型機插絲系統(tǒng)

插絲系統(tǒng)主要作用是：將料盒內(nèi)的鋼絲插入苯板中，等待焊接工作。苯板高度為1200 mm，經(jīng)計算每列需要插入12根鋼絲，并每隔200 mm進行一次插絲焊接動作。料盒中裝有鋼絲，通過料盒逐根送出鋼絲，并插入苯板中。完成插絲后，待焊接工作完成后，導(dǎo)管退回，等待下一步進給插絲，結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

2 插絲盒系統(tǒng)設(shè)計

圖1 插絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

網(wǎng)板成型機插絲系統(tǒng)中，自動準(zhǔn)確出料是進給插絲的關(guān)鍵步驟。料盒機構(gòu)是完成插絲自動化進給的重要組成部分，因此在整個插絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中十分重要。料倉中可以儲存大量的鋼絲，并由分絲機構(gòu)把鋼絲逐根置入容絲槽中，等待插絲動作。在槽中的鋼絲位于封閉空間中，處于自由狀態(tài)且摩擦力小，為插絲的頂出創(chuàng)造了良好的工作條件。

根據(jù)工況的要求，在進行料盒設(shè)計時，提出了4種設(shè)計方案，并進行了試驗驗證。

1）第一種方案，采用基于振動的絲模結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。使用振動料倉的結(jié)構(gòu)形式，利用重力下落振動促進下落可靠。上面V形開口，下面有一長條槽，寬度略大于鋼絲直徑。將鋼絲裝在料倉里，通過敲擊震動使鋼絲進入槽內(nèi)。然后在料倉底部設(shè)計一個絲模，每次有一根鋼絲可以進入絲模，然后通過絲針將其向前推送，通過導(dǎo)向管插入苯板中。

該料倉的工作過程中，為了使鋼絲均勻充滿料盒，對料盒施加振動。由于采用了振動的方案，在此過程中會產(chǎn)生以下問題：a.由于一側(cè)12個盒子同時工作，所以在生產(chǎn)過程中噪聲大；b.鋼絲沒有壓力限制，自由度大，易產(chǎn)生相互干涉，2根鋼絲易卡在一起進而停止工作；c.出絲穩(wěn)定性差。因此棄用此方案。

2）第二種方案，采用基于摩擦力的斜向流道方案，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。為解決方案1自由度過大的問題。采用橡膠圓帶與鋼絲的摩擦力把鋼絲滾入到插絲出絲孔道中，同時保持一定的壓力以確保鋼絲穩(wěn)定就位，使用了斜向流道的方案。流口的位置下面，放若干滾輪構(gòu)成斜向流道，通過滾輪摩擦力將鋼絲滾到下一個位置。后經(jīng)過試驗，有幾點缺點：a.彈性很難確定，每一個滾輪的彈性不一致，做彈性一致的滾輪特別困難，幾乎不可能；b.插絲時有很大概率碰到圓帶，圓帶與頂絲干涉概率很高，控制一個盒子時可以控制使其正常運行,同時控制所有盒子很困難；c.12盒并聯(lián)時故障率倍增。因而棄用此方案。

圖2 方案1結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 方案2結(jié)構(gòu)簡圖

3）第三種方案，采用剛性并聯(lián)的分盒方案，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。分盒方案的運行過程為:兩側(cè)的橡膠滾輪將鋼絲擠下，保證鋼絲穩(wěn)定進入容絲槽。容絲槽每次僅能容納一根鋼絲，凸輪驅(qū)動的容絲槽蓋板做往復(fù)運動，將待插鋼絲與其他鋼絲隔離，從而規(guī)避了干涉問題。后經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)雖規(guī)避了干涉問題，但由于隔板封閉容絲槽的動作由凸輪驅(qū)動，12個料盒同時工作時屬剛性并聯(lián)，單個料盒的故障會影響整體的時序，因此停機故障率較高，時序較難保持，因此棄用此方案。

4）第四種方案，采用柔性并聯(lián)的分盒方案，具體結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示。方案四的主體結(jié)構(gòu)與方案三相似。為解決剛性并聯(lián)帶來的時序保持問題，在隔板封閉容絲槽的時序中引入了柔性機構(gòu)，從而隔離了料盒間的故障傳遞。采用12盒柔性并聯(lián)，擋板的縫很小，下邊裝1個鋼絲的溜槽，每次能滾進去1個。凸輪旋轉(zhuǎn)推動擋板滑開，使鋼絲進入溜槽，隨著凸輪轉(zhuǎn)動，彈簧將擋板拉回，使上下隔開，其中彈簧力屬于伺服性質(zhì)力（隨動系統(tǒng)）。

此方案優(yōu)點是：要保證12個凸輪的時序始終不變是比較困難的工作。在本設(shè)計中，隔板關(guān)閉容絲盒的動作由彈簧的回復(fù)力來實現(xiàn)，推開容絲盒的動作由凸輪頂開平底從動桿的動作來完成。這樣彈簧作為柔性單元極大地提高了機構(gòu)的容錯率，即使發(fā)生出絲故障也不會打亂凸輪的時序，從而保證了設(shè)備的時序始終保持不變，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

圖4 方案3結(jié)構(gòu)簡圖

圖5 方案4結(jié)構(gòu)簡圖

3 插絲盒系統(tǒng)工作原理

料盒主要由絲盒板、送絲軸、送絲膠輪、隔板、容絲盒、彈簧、凸輪、動力軸等組成。其主要作用是存放鋼絲，并將鋼絲逐根置入容絲槽中，等待插絲動作。分絲盒結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 分盒結(jié)構(gòu)圖

料盒主要通過動力軸轉(zhuǎn)動，由凸輪裝置帶動滑塊通過隔板將存絲空間與容絲槽連通，主動軸通過齒輪傳動帶動從動軸摩擦滾轉(zhuǎn)動將存絲空間中的鋼絲送至容絲槽中，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動彈性滑塊通過隔板將存絲空間與容絲槽隔開，保證鋼絲逐根進入容絲槽，等待插管、插絲。

4 結(jié)語

通過對插絲系統(tǒng)進行試驗，在3000余次插絲系統(tǒng)插絲試驗中，12個料盒中每個料盒的故障率統(tǒng)計如圖7所示。每個料盒的失敗次數(shù)勻在30次以下，料盒故障率勻在1%以下，插絲試驗過程中插絲系統(tǒng)穩(wěn)定，插絲失敗發(fā)生是隨機性的。

圖7 各料盒故障率統(tǒng)計

圖8 試驗結(jié)果餅狀圖統(tǒng)計

在此插絲過程中，該設(shè)備整機正常運作率為94.30%，某一料盒發(fā)生故障時，整機不停機率為5.37%，整機停機率為0.33%，試驗結(jié)果餅狀圖如圖8所示。

綜合得出：1）通過4種試驗總結(jié)，選定最優(yōu)的分盒方案；2）通過最合理的分盒設(shè)計，優(yōu)化了設(shè)備的插絲工藝過程，有效提升了正常運行率，降低了不停機故障率及停機故障率，使網(wǎng)板插絲機的工作效率得到大大的提升；3）通過3000余次的插絲試驗，料盒穩(wěn)定插絲，整機設(shè)備運行可靠。