孔憲剛 顧垚凌

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

關(guān)鍵詞：軌枕筋頭;自動切割;PLC控制;四桿機構(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的隱患，因此根據(jù)軌枕產(chǎn)品質(zhì)量檢驗項目要求規(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?，使用角磨機切割的方式;效率低，質(zhì)量不易控制;我們在研究多種型號不同長度產(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，我們一個模具同時成型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;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.軌枕筋頭自動切割裝置的設(shè)計

2.1整體方案：在4分鐘內(nèi)完成4件產(chǎn)品筋頭切割;時間明顯不允許，因此要采用平行作業(yè)方式，采取兩件產(chǎn)品同時進行切割作業(yè);我們選擇與原生產(chǎn)線的平行設(shè)計;這種設(shè)計解決直接在軌道生產(chǎn)線上完成的風(fēng)險，一旦出現(xiàn)故障時生產(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)備間距一個最長軌枕。每一模產(chǎn)品作為一個循環(huán)周期，分別進行1，3號同時切割，完成后在外線與2，4號軌枕同時前移一個軌枕長度，1，3號再通過移入機構(gòu)回到生產(chǎn)線，2，4號移出到切割外線。

2.2?工件轉(zhuǎn)移線方案：實現(xiàn)軌枕轉(zhuǎn)移方法有多種，經(jīng)比較優(yōu)選，軌枕的轉(zhuǎn)移采用平行四桿機構(gòu)轉(zhuǎn)移;適合相對細長型產(chǎn)品;為減少空間占用與布置方便，選擇平行四桿機構(gòu)移入與移出用同一動力形式;用一組齒輪連接實現(xiàn)移動方向相反;建立模型，設(shè)兩軸間距為X，偏心量為Y，四桿機構(gòu)Ⅰ的轉(zhuǎn)動臂長為A，四桿機構(gòu)Ⅱ的轉(zhuǎn)動臂長為B?，則：?移出原位距離為：A+Y????放位距離為：A-Y??。?對于移入四桿機構(gòu)，原位在A-Y的正上方，則轉(zhuǎn)動桿臂與水平夾角a的關(guān)系為：COSa=（A-Y+X）/B???（式1）;考慮移進起始位置與移出終點位置相同，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，兩套平行四桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸就可以確定，還有一個條件是使平行四桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動，必須使轉(zhuǎn)動臂小于機架中心距。移入與移出區(qū)別在于，移入工件托舉點位于四桿機構(gòu)偏心位置，兩轉(zhuǎn)動桿所受力矩大小不一樣，甚至可能出現(xiàn)一個受壓應(yīng)力，一個受拉應(yīng)力的情形，移出四桿機構(gòu)則為相同壓應(yīng)力;此結(jié)構(gòu)簡單，實現(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，豎向為4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，我們采用兩個砂輪同時切割的方式，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，我們選擇刀具相對固定，由軌枕上升實現(xiàn)切割進給運動，這種方式的優(yōu)點在于，動力電機比較容易固定安裝，調(diào)整方便。實現(xiàn)頂升動作采用液壓缸;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，同時保證筋頭長度，設(shè)計了仿形機構(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，并實現(xiàn)切割動作;通過這種仿形機構(gòu)實現(xiàn)軌枕長度誤差和定位誤差的彌補，結(jié)構(gòu)簡單，只需要一個轉(zhuǎn)動軸，根據(jù)軌枕長度的變化切割砂輪位置有所浮動

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：該工作過程為通過光電感應(yīng)開關(guān)，感知軌枕到位，發(fā)出信號給PLC?;啟動移出電機，轉(zhuǎn)動一圈感應(yīng)到位停止;壓緊動作;沖擊錘前進頂住軌枕中心，啟動震動，計時4秒，鉤爪鎖緊鐵板，后與沖擊錘同時后退;頂升動作開始，砂輪旋轉(zhuǎn);到達上限位后托舉軌道插入，端部推移氣缸動作，軌枕向前移動;頂升氣缸回落，期間軌道上下移動一個軌枕距離;兩軌枕都到位后，移入移出動作開始進行下一個循環(huán);下一組前進兩個軌枕距離;再開始大循環(huán);根據(jù)上述工作關(guān)系可以設(shè)計PLC程序以實現(xiàn)自動控制，為了調(diào)整方便程序還有設(shè)計手動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共同實現(xiàn)報警，數(shù)據(jù)處理功能。

3.總結(jié)

本設(shè)計通過平行線設(shè)計及兩工位同時切割實現(xiàn)了與生產(chǎn)線節(jié)拍匹配，不走重復(fù)路線;通過四桿機構(gòu)完成軌枕轉(zhuǎn)移線，用仿形解決了定位要準確問題;通過PLC的自動控制實現(xiàn)自動化，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)品不能自動切割時，在原來線上可以人工完成，靈活性強。

參考文獻：

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