基于省力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的小型手動鐵屑打包機(jī)的研究與思考

張冬穎

1.引言

鐵屑打包機(jī)主要用于金屬切削機(jī)床加工下來的鐵屑、鋁屑、銅屑等金屬原料通過加壓壓成固定尺寸的餅塊或長方形塊的打包設(shè)備。這種設(shè)備制作后，可以應(yīng)用各種金屬切削車間進(jìn)行鐵屑的合理碼放處理，實(shí)現(xiàn)車間環(huán)保。在目前市場上金屬切屑打包機(jī)很多，各種各樣，并且都很昂貴，幾萬、幾十萬不等，鐵屑打包機(jī)一般工作臺都較大，以滿足多種工藝的要求。機(jī)械工程學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心每年承接機(jī)械及其他學(xué)院的數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)。在實(shí)訓(xùn)期間，產(chǎn)生大量的鐵屑。這些鐵屑沒經(jīng)過處理，直接導(dǎo)入鐵屑桶中所占空間很大，沒幾天就需清理鐵屑筒，并使鐵屑筒周圍凌亂，鐵屑過于長時，鐵屑同不能蓋上蓋，裸露外面，影響校容不說，下過雨之后，鐵屑生銹，銹水會順勢流出污染地面環(huán)境。對于車間實(shí)訓(xùn)加工過程中產(chǎn)生的鐵屑無需應(yīng)用廢品收購站的大型鐵屑打包機(jī)來處理。現(xiàn)實(shí)很難購買到小型的手動、便宜的鐵屑打包機(jī)。為解決數(shù)控實(shí)訓(xùn)車間廢金屬屑處理問題，本文主要研究一種一個體積和處理能力都適合的小型手動鐵屑打包機(jī)。

2.小型手動鐵屑打包機(jī)簡介

小型手動鐵屑打包機(jī)是將金屬加工車間和CNC機(jī)床加工下來的鐵屑、鋼屑、鋁屑擠壓打包成固定尺寸塊狀的專用設(shè)備，通過打包機(jī)對鐵屑進(jìn)行加壓壓縮和打包，使松散的廢屑壓縮成規(guī)則的幾何形狀，方面運(yùn)輸及集中管理。有效的清除鐵屑占用的有限空間，方便回收處理。這種小型打包機(jī)和廢品收購站的大型鐵屑打包機(jī)不同，具有體積小，操作方便，移動靈活等特點(diǎn)。4個萬向腳輪實(shí)現(xiàn)靈活移動省力，鉸接座、轉(zhuǎn)軸座、動力桿和阻力桿組成省力機(jī)構(gòu)，達(dá)到金屬加工車間鐵屑擠壓成塊的目的。

小型省力鐵屑打包機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

圖（1）

1.手柄 2.動力桿 3.阻力桿 4.導(dǎo)向桿5.橫梁 6.壓板 7.立柱 8.料箱 9.支撐板10.腳輪

3.小型手動鐵屑打包機(jī)工作過程

小型手動鐵屑打包機(jī)由杠桿部分，框架部分，壓板和料箱四大部分組成。主動力作用在手柄的末端，向上抬起手柄，動力桿繞轉(zhuǎn)軸座向上轉(zhuǎn)動，帶動阻力桿和壓板沿著導(dǎo)桿向上移動。放入鐵屑后，向下壓動手柄，動力桿繞轉(zhuǎn)軸座向下移動，推動阻力桿，壓板沿著導(dǎo)桿向下移動從而實(shí)現(xiàn)鐵屑的壓縮過程。

4.省力機(jī)構(gòu)來源

如圖（2）為生活中的拖把擠水器，一只手握住拖把桿將拖把頭放進(jìn)到榨水頭里，同時另一只手握住手柄擠壓，實(shí)現(xiàn)拖把脫水。其中榨水頭的擠壓裝置為省力機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)引入一個省力機(jī)構(gòu)靈感來源于此。

如圖（2）

5.打包機(jī)機(jī)構(gòu)受力分析

由于杠桿和肘桿的放大向下的力的作用，壓板施加給鐵屑的力遠(yuǎn)大于手柄上的人作用力。隨著動力桿與導(dǎo)桿的夾角越來越小，手壓手柄的力的放大倍數(shù)越大。在一個點(diǎn)達(dá)到向下的力無窮大。在不考慮零件自身重力的情況下，可以做如下計(jì)算分析。

首先，對零件3進(jìn)行受力分析，如圖（3），零件3受兩個（大小相等，方向相反）力的作用。

F1=F2 → →

對于零件2和零件1進(jìn)行受力分析，如圖（2）。F1′=F1為作用力和反作用力。

F3·L3=F1′·L1

F1′=

然后，對鐵屑的任意一點(diǎn)壓力，進(jìn)行受力分析，如圖（4）。F2′=F2為作用力和反作用力。

F=F2′cosα=

最后，進(jìn)行分析得到如下結(jié)果：如果F3大小不變，L3距離不變，下壓時壓力與成正比。當(dāng)完成壓下時，α=0，cosα=1，L1∝0。

F1=cosα∝∞

6.幾點(diǎn)思考

（1）針對學(xué)院實(shí)訓(xùn)環(huán)境、實(shí)訓(xùn)基地管理等不同方面進(jìn)行調(diào)研，收集對鐵屑處理的的意見和看法，為形成建設(shè)措施提供事實(shí)依據(jù)；針對市面鐵屑處理打包機(jī)外觀、性能、價格等進(jìn)行調(diào)研，形成本課題的理論依據(jù)。教師應(yīng)該多接觸市場，了解機(jī)械的發(fā)展趨勢。

（2）設(shè)計(jì)小型手動鐵屑打包機(jī)過程與一般機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程相似，從設(shè)計(jì)完成，加工裝配后，進(jìn)行鐵屑處理，在實(shí)施中不斷修改完善機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等整個過程需要每個參與者團(tuán)隊(duì)意識很強(qiáng)。

（3）任何機(jī)構(gòu)都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的，缺點(diǎn)就是需要改進(jìn)的地方，此個機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，比如加一個彈簧回位裝置或者液壓裝置，使鐵屑壓縮過程更加省力等，以后會進(jìn)行打包機(jī)設(shè)計(jì)的延伸工作。