黃燦軍

(廣東水利電力職業(yè)技術學院，廣州 510635)

0 引言

金屬網已廣泛用于水利、礦業(yè)、石油、建筑、化工工業(yè)、取暖管道及其它管道的包裹網等[1-2]，其中的六角網（又稱格賓網）可用于制作石籠網箱，用于保護和支持海堤、山坡、路橋、水庫及其土木工程，是防洪抗洪的上好材料[3-4]。目前有關金屬網生產設備和技術以生產平面網為主，而在防洪搶險中還經常用到一種圓柱型不銹鋼金屬網兜,其主要作用是在金屬網兜中裝入石塊，將網兜口扎緊后投入水流湍急的決口或河道，使石料不容易沖散，起到阻止水流、加固堤岸的作用。由于石塊的形狀極不規(guī)則，且每個金屬網兜中裝入的石塊質量較大，對每根金屬絲的受力要求較高，所以該金屬網兜不能采用平面網裁剪后二次拼接而成，而是采用金屬絲一次編織成圓柱型，其網格屬于六角三絞型網格，生產過程繁瑣，目前市場上還沒有編織圓柱型金屬網的編織機，只能由工人用雙手逐個網節(jié)進行纏繞最終編成，生產效率低下。因此針對圓柱形金屬網自動編織機的關鍵技術展開研究具有重要意義。

1 編織機總體結構設計

如圖1所示，假設該金屬網由n根金屬絲編成，則對應有2n根金屬管，將金屬絲按規(guī)則穿入金屬管中，一次穿絲可完成單個金屬網兜的編織。編織機的核心裝置由4大部分組成，包括剖分式軸承、擰絲裝置、走網裝置、換位裝置等。走網裝置處于圓柱體的中心，剖分式軸承、擰絲裝置和換位裝置處于走網裝置的外圍，沿圓周均勻分布。4大部分的動作順序是：剖分式軸承閉合→擰絲裝置擰絲形成節(jié)點→走網裝置向下移動半個網格的距離→剖分式軸承分開→換位裝置旋轉（360°/（2n））進行金屬管換位→剖分式軸承閉合→擰絲裝置擰絲。重復上述動作，直至一個完整金屬網編織完成。

圖1 編織機整體結構示意圖

2 剖分式軸承設計

如圖2所示，剖分式軸承的主要作用是對裝有金屬絲的金屬管形成夾持和支撐。在垂直外力作用下，該剖分式軸承可沿中間的水平面在垂直方向分開或閉合。如圖2（a）所示，當剖分式軸承分開時，防掉落架可防止內圈從外圈中掉落，從而使軸承的上半外圈與上半內圈形成一個向上的整體，以及軸承的下半外圈與下半內圈形成一個向下的整體，從中間水平面處分離。剖分式軸承分開后，夾持在其中間的金屬管可在換位裝置的作用下在水平面內做旋轉運動，實現(xiàn)位置轉換。如圖2（b）所示，當剖分式軸承閉合時，在外力作用下，內圈體還可沿外圈體的中心做旋轉運動，其運動過程與軸承類似，此時防掉落架與外圈體之間具有一定間隙，防掉落架與內圈體一起做旋轉運動而不與外圈體摩擦。

圖2 剖分式軸承結構示意圖

3 擰絲裝置設計

擰絲裝置由n個結構相同的擰絲單元組成，如圖3所示，在剖分式軸承閉合情況下，每個擰絲單元在擰絲電動機的驅動下，帶動相鄰的2根金屬絲旋轉設定的圈數(shù)，形成網節(jié)。

圖3 擰絲單元結構示意圖

如圖4所示，相鄰2個擰絲單元的驅動軸由同步帶相連，使所有的擰絲單元做同步動作，在同一時間即完成一整圈所有網節(jié)的編織，效果如圖5所示。金屬絲在金屬管的出口處被彈簧夾頭夾持，以保持金屬絲的張緊力，該張緊力的大小可通過彈簧夾頭的松緊進行調節(jié)。

圖4 相鄰擰絲單元驅動軸同步帶連接示意圖

圖5 網節(jié)編織效果示意圖

4 走網裝置設計

走網裝置的結構如圖6所示，其作用是將編織完成的網節(jié)垂直下拉，形成圓柱形網面，并控制網格的尺寸。金屬網兜的底部固定在走網裝置的圓形底板上，當擰絲裝置完成某一圈的網節(jié)編織后，走網裝置的伺服電動機啟動，通過同步帶使兩側的滾珠絲桿同步運動，帶動圓形底板向下移動半個網格距離，同時將金屬絲從金屬管中拉出，為下一個網節(jié)的編織做準備。

圖6 走網裝置結構示意圖

5 換位裝置設計

如圖7所示，在剖分式軸承分開的情況下，兩側的氣缸伸出，驅動換位裝置繞中心在水平面上旋轉（360°/2n），帶動所有的金屬管和走網裝置整體旋轉（360°/2n），使所有金屬管沿某一方向上換到相鄰的金屬管的位置上，而剖分式軸承和擰絲裝置保持原位不動，其效果如圖8所示。如圖8（a）所示，換位前1與2組成一對，3與4組成一對，分別被不同的擰絲單元驅動；如圖8（b）所示，換位后 變 成2 與3 組成 一 對，1、4 分別與其它的金屬管組對。

圖7 換位裝置結構示意圖

圖8 金屬管換位效果示意圖

然后剖分軸承閉合，擰絲裝置啟動，形成新的節(jié)點。下一步換位時，氣缸縮回，與上一步換位的旋轉方向相反，角度相同，其它的動作均一致。重復上述的過程直到整個金屬網編織完成。

6 結語

本文設計的圓柱型金屬網自動編織機，以剖分式軸承的優(yōu)化設計為基礎，在剖分式軸承閉合時，可實現(xiàn)相鄰2根金屬絲的快速擰絲，在剖分式軸承分開時，可實現(xiàn)與相鄰的金屬絲的快速換位，以及與擰絲裝置配合的走網，進而完成圓柱型金屬網的自動化生產，從而降低人工成本，確保產品質量。