基于省力機構設計的小型手動鐵屑打包機的研究與思考

張冬穎

1.引言

鐵屑打包機主要用于金屬切削機床加工下來的鐵屑、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備。這種設備制作后，可以應用各種金屬切削車間進行鐵屑的合理碼放處理，實現車間環保。在目前市場上金屬切屑打包機很多，各種各樣，并且都很昂貴，幾萬、幾十萬不等，鐵屑打包機一般工作臺都較大，以滿足多種工藝的要求。機械工程學院實訓中心每年承接機械及其他學院的數控實訓教學任務。在實訓期間，產生大量的鐵屑。這些鐵屑沒經過處理，直接導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境。對于車間實訓加工過程中產生的鐵屑無需應用廢品收購站的大型鐵屑打包機來處理。現實很難購買到小型的手動、便宜的鐵屑打包機。為解決數控實訓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。

2.小型手動鐵屑打包機簡介

小型手動鐵屑打包機是將金屬加工車間和CNC機床加工下來的鐵屑、鋼屑、鋁屑擠壓打包成固定尺寸塊狀的專用設備，通過打包機對鐵屑進行加壓壓縮和打包，使松散的廢屑壓縮成規則的幾何形狀，方面運輸及集中管理。有效的清除鐵屑占用的有限空間，方便回收處理。這種小型打包機和廢品收購站的大型鐵屑打包機不同，具有體積小，操作方便，移動靈活等特點。4個萬向腳輪實現靈活移動省力，鉸接座、轉軸座、動力桿和阻力桿組成省力機構，達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的結構示意圖如圖1所示：

圖（1）

1.手柄 2.動力桿 3.阻力桿 4.導向桿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工作過程

小型手動鐵屑打包機由杠桿部分，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，動力桿繞轉軸座向上轉動，帶動阻力桿和壓板沿著導桿向上移動。放入鐵屑后，向下壓動手柄，動力桿繞轉軸座向下移動，推動阻力桿，壓板沿著導桿向下移動從而實現鐵屑的壓縮過程。

4.省力機構來源

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到榨水頭里，同時另一只手握住手柄擠壓，實現拖把脫水。其中榨水頭的擠壓裝置為省力機構，本設計引入一個省力機構靈感來源于此。

如圖（2）

5.打包機機構受力分析

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大于手柄上的人作用力。隨著動力桿與導桿的夾角越來越小，手壓手柄的力的放大倍數越大。在一個點達到向下的力無窮大。在不考慮零件自身重力的情況下，可以做如下計算分析。

首先，對零件3進行受力分析，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，對鐵屑的任意一點壓力，進行受力分析，如圖（4）。F2′=F2為作用力和反作用力。

F=F2′cosα=

最后，進行分析得到如下結果：如果F3大小不變，L3距離不變，下壓時壓力與成正比。當完成壓下時，α=0，cosα=1，L1∝0。

F1=cosα∝∞

6.幾點思考

（1）針對學院實訓環境、實訓基地管理等不同方面進行調研，收集對鐵屑處理的的意見和看法，為形成建設措施提供事實依據；針對市面鐵屑處理打包機外觀、性能、價格等進行調研，形成本課題的理論依據。教師應該多接觸市場，了解機械的發展趨勢。

（2）設計小型手動鐵屑打包機過程與一般機構設計流程相似，從設計完成，加工裝配后，進行鐵屑處理，在實施中不斷修改完善機構設計等整個過程需要每個參與者團隊意識很強。

（3）任何機構都有優點和缺點的，缺點就是需要改進的地方，此個機構可以進行進一步改進，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，以后會進行打包機設計的延伸工作。