黃燦軍

(廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510635)

0 引言

金屬網(wǎng)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(wǎng)等[1-2]，其中的六角網(wǎng)（又稱格賓網(wǎng)）可用于制作石籠網(wǎng)箱，用于保護(hù)和支持海堤、山坡、路橋、水庫(kù)及其土木工程，是防洪抗洪的上好材料[3-4]。目前有關(guān)金屬網(wǎng)生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)以生產(chǎn)平面網(wǎng)為主，而在防洪搶險(xiǎn)中還經(jīng)常用到一種圓柱型不銹鋼金屬網(wǎng)兜,其主要作用是在金屬網(wǎng)兜中裝入石塊，將網(wǎng)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(gè)金屬網(wǎng)兜中裝入的石塊質(zhì)量較大，對(duì)每根金屬絲的受力要求較高，所以該金屬網(wǎng)兜不能采用平面網(wǎng)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(wǎng)格屬于六角三絞型網(wǎng)格，生產(chǎn)過(guò)程繁瑣，目前市場(chǎng)上還沒(méi)有編織圓柱型金屬網(wǎng)的編織機(jī)，只能由工人用雙手逐個(gè)網(wǎng)節(jié)進(jìn)行纏繞最終編成，生產(chǎn)效率低下。因此針對(duì)圓柱形金屬網(wǎng)自動(dòng)編織機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究具有重要意義。

1 編織機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，假設(shè)該金屬網(wǎng)由n根金屬絲編成，則對(duì)應(yīng)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(gè)金屬網(wǎng)兜的編織。編織機(jī)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(wǎng)裝置、換位裝置等。走網(wǎng)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(wǎng)裝置的外圍，沿圓周均勻分布。4大部分的動(dòng)作順序是：剖分式軸承閉合→擰絲裝置擰絲形成節(jié)點(diǎn)→走網(wǎng)裝置向下移動(dòng)半個(gè)網(wǎng)格的距離→剖分式軸承分開→換位裝置旋轉(zhuǎn)（360°/（2n））進(jìn)行金屬管換位→剖分式軸承閉合→擰絲裝置擰絲。重復(fù)上述動(dòng)作，直至一個(gè)完整金屬網(wǎng)編織完成。

圖1 編織機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 剖分式軸承設(shè)計(jì)

如圖2所示，剖分式軸承的主要作用是對(duì)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(dāng)剖分式軸承分開時(shí)，防掉落架可防止內(nèi)圈從外圈中掉落，從而使軸承的上半外圈與上半內(nèi)圈形成一個(gè)向上的整體，以及軸承的下半外圈與下半內(nèi)圈形成一個(gè)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(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)位置轉(zhuǎn)換。如圖2（b）所示，當(dāng)剖分式軸承閉合時(shí)，在外力作用下，內(nèi)圈體還可沿外圈體的中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程與軸承類似，此時(shí)防掉落架與外圈體之間具有一定間隙，防掉落架與內(nèi)圈體一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不與外圈體摩擦。

圖2 剖分式軸承結(jié)構(gòu)示意圖

3 擰絲裝置設(shè)計(jì)

擰絲裝置由n個(gè)結(jié)構(gòu)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(gè)擰絲單元在擰絲電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)相鄰的2根金屬絲旋轉(zhuǎn)設(shè)定的圈數(shù)，形成網(wǎng)節(jié)。

圖3 擰絲單元結(jié)構(gòu)示意圖

如圖4所示，相鄰2個(gè)擰絲單元的驅(qū)動(dòng)軸由同步帶相連，使所有的擰絲單元做同步動(dòng)作，在同一時(shí)間即完成一整圈所有網(wǎng)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(guò)彈簧夾頭的松緊進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 相鄰擰絲單元驅(qū)動(dòng)軸同步帶連接示意圖

圖5 網(wǎng)節(jié)編織效果示意圖

4 走網(wǎng)裝置設(shè)計(jì)

走網(wǎng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其作用是將編織完成的網(wǎng)節(jié)垂直下拉，形成圓柱形網(wǎng)面，并控制網(wǎng)格的尺寸。金屬網(wǎng)兜的底部固定在走網(wǎng)裝置的圓形底板上，當(dāng)擰絲裝置完成某一圈的網(wǎng)節(jié)編織后，走網(wǎng)裝置的伺服電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)同步帶使兩側(cè)的滾珠絲桿同步運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)圓形底板向下移動(dòng)半個(gè)網(wǎng)格距離，同時(shí)將金屬絲從金屬管中拉出，為下一個(gè)網(wǎng)節(jié)的編織做準(zhǔn)備。

圖6 走網(wǎng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

5 換位裝置設(shè)計(jì)

如圖7所示，在剖分式軸承分開的情況下，兩側(cè)的氣缸伸出，驅(qū)動(dòng)換位裝置繞中心在水平面上旋轉(zhuǎn)（360°/2n），帶動(dòng)所有的金屬管和走網(wǎng)裝置整體旋轉(zhuǎn)（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(dòng)，其效果如圖8所示。如圖8（a）所示，換位前1與2組成一對(duì)，3與4組成一對(duì)，分別被不同的擰絲單元驅(qū)動(dòng)；如圖8（b）所示，換位后 變 成2 與3 組成 一 對(duì)，1、4 分別與其它的金屬管組對(duì)。

圖7 換位裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)，形成新的節(jié)點(diǎn)。下一步換位時(shí)，氣缸縮回，與上一步換位的旋轉(zhuǎn)方向相反，角度相同，其它的動(dòng)作均一致。重復(fù)上述的過(guò)程直到整個(gè)金屬網(wǎng)編織完成。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的圓柱型金屬網(wǎng)自動(dòng)編織機(jī)，以剖分式軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，在剖分式軸承閉合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)相鄰2根金屬絲的快速擰絲，在剖分式軸承分開時(shí)，可實(shí)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(wǎng)，進(jìn)而完成圓柱型金屬網(wǎng)的自動(dòng)化生產(chǎn)，從而降低人工成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量。