軌枕筋頭自動切割裝置的設計

孔憲剛 顧垚凌

摘要：本文根據生產線的節拍要求，把實現軌枕筋頭自動切割的實現方案進行論證，采用平行四桿機構在切割與生產線之間轉移;采用液壓頂升機構實現切割進給動作;采用仿形設計實現定位誤差的彌補;通過PLC實現邏輯功能控制，以實現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。

關鍵詞：軌枕筋頭;自動切割;PLC控制;四桿機構

引言

隨著我國高鐵的快速發展和城市軌道交通的大力建設;軌枕生產技術要求也在不斷提高;在常規軌枕生產線上，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，因此根據軌枕產品質量檢驗項目要求規定，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，質量不易控制;我們在研究多種型號不同長度產品的軌枕，在原來的生產線上，提出一套自動切割筋頭裝置的方案，用以替代人工。

1.軌枕筋頭產生過程及裝置設計要求

軌枕是在模具里面成型，模具不同生產數量不一樣，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;軌枕在養護脫模之后的生產線上，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;根據生產節拍產品要3-5分鐘;我們按照4分鐘完成一模產品設計;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計

2.1整體方案：在4分鐘內完成4件產品筋頭切割;時間明顯不允許，因此要采用平行作業方式，采取兩件產品同時進行切割作業;我們選擇與原生產線的平行設計;這種設計解決直接在軌道生產線上完成的風險，一旦出現故障時生產線就要停線;根據生產節拍要求和組合方案比較，采用軌道線兩側分布，每側兩組切割設備，切割設備間距一個最長軌枕。每一模產品作為一個循環周期，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號再通過移入機構回到生產線，2，4號移出到切割外線。

2.2?工件轉移線方案：實現軌枕轉移方法有多種，經比較優選，軌枕的轉移采用平行四桿機構轉移;適合相對細長型產品;為減少空間占用與布置方便，選擇平行四桿機構移入與移出用同一動力形式;用一組齒輪連接實現移動方向相反;建立模型，設兩軸間距為X，偏心量為Y，四桿機構Ⅰ的轉動臂長為A，四桿機構Ⅱ的轉動臂長為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，原位在A-Y的正上方，則轉動桿臂與水平夾角a的關系為：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;根據式1與式2計算得：Y=0.15B+60????A=0.85B;根據空間位置和條件，只要確定B尺寸，兩套平行四桿機構結構尺寸就可以確定，還有一個條件是使平行四桿機構轉動，必須使轉動臂小于機架中心距。移入與移出區別在于，移入工件托舉點位于四桿機構偏心位置，兩轉動桿所受力矩大小不一樣，甚至可能出現一個受壓應力，一個受拉應力的情形，移出四桿機構則為相同壓應力;此結構簡單，實現容易，投入少，可靠性高，穩定快速。

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，根據這種分布規律，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，由軌枕上升實現切割進給運動，這種方式的優點在于，動力電機比較容易固定安裝，調整方便。實現頂升動作采用液壓缸;是利用鄰近液壓站，液壓頂升穩定可靠，另外由于軌枕的混凝土結構形式，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，設計了仿形機構，具體結構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，從而調整砂輪距離端面3-5毫米距離，并實現切割動作;通過這種仿形機構實現軌枕長度誤差和定位誤差的彌補，結構簡單，只需要一個轉動軸，根據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;這種方式不會產生掉角問題，保證了質量，節省人工。

2.5電氣系統設計：該工作過程為通過光電感應開關，感知軌枕到位，發出信號給PLC?;啟動移出電機，轉動一圈感應到位停止;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;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;下一組前進兩個軌枕距離;再開始大循環;根據上述工作關系可以設計PLC程序以實現自動控制，為了調整方便程序還有設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共同實現報警，數據處理功能。

3.總結

本設計通過平行線設計及兩工位同時切割實現了與生產線節拍匹配，不走重復路線;通過四桿機構完成軌枕轉移線，用仿形解決了定位要準確問題;通過PLC的自動控制實現自動化，節省人工，提高了質量;該裝置不影響原生產線功能，極特殊產品不能自動切割時，在原來線上可以人工完成，靈活性強。

參考文獻：

[1]徐灝.《機械設計手冊》?第2卷.機械工業出版社.1991.9.

[2]廖常初.《PLC編程與應用》第3版.機械工業出版社.2008.