一種金屬網編織機的設計

黃燦軍

（廣東水利電力職業技術學院， 廣州 510635）

0 引言

目前市場上的平面金屬網有多種形狀及加工方法[1]，而其中的平面六角金屬網較常見，該網具有多絞六邊形網目。根據建筑物或水利工程的尺寸，將平面六角金屬網裁剪成相應的網片或加筋網片，組裝成綠濱墊、固濱籠等結構單元的新型護擋結構[2]。賓格網體內填卵石或碎石材料，應用到河道或湖泊的護岸工程中[3]。

傳統的平面六角網編網機有正捻和正反捻2 種方法[4-5]，用于編織三花、五花等規格的六方孔金屬網，七花及以上網孔的自動編網機結構復雜，市場上少見。其中正捻自動編網機的核心部分是其擰花裝置，通過凸輪擺桿機構和曲柄搖桿機構相互配合運動實現金屬絲的錯動和擰絲。另外還包括張緊、成卷、送絲及打簧等裝置[6]。打簧裝置是將部分金屬絲提前制成彈簧狀，并按照彈簧絲、直絲、彈簧絲、直絲……交替排列。擰絲過程中，彈簧絲先與某邊相鄰的直絲在節點處進行擰絲運動，未成網的兩根金屬絲旋轉相應圈數，之后擰絲機構錯動，彈簧絲再與另一邊相鄰的直絲重復該動作。該編網機的打簧裝置增加了設備的成本和制絲的工時，增加了生產工藝的復雜性。同時擰絲裝置在工作過程中和金屬絲接觸摩擦，受力較大。正捻絲裝置在工作中容易磨損、變形，工作壽命較短[7]。因此開展平面金屬網編織機的設計研究，對進一步簡化工藝、提高生產效率具有重要意義。

1 設計方法

1.1 整體方案

如圖1～3 所示，假設金屬網的金屬絲頭數為n，則對應設置有n根擰絲半軸1，該擰絲半軸是由一根完整的軸經由通過其軸心的平面剖分后形成兩根各占1/2半軸。兩根擰絲半軸1 組成一對，合在一起形成1 根形式上完整的軸，并安裝在剖分軸承2 中。每根金屬絲3均纏繞在絲軸4 上，裝在絲盒5 中，從絲盒5 蓋子上的小孔中穿出，然后穿過擰絲半軸1 的通孔，再穿過彈簧夾頭6上的小孔，彈簧夾頭6用來保持金屬絲的張緊力。金屬絲3的穿絲規律：如圖1所示，a、b兩個絲盒5組成一對，與2個擰絲半軸1組對形成的擰絲軸c相對應，從a線盒中穿出的金屬絲3穿入擰絲軸c的上半軸d，從b線盒中穿出的金屬絲3穿入擰絲軸c 的下半軸e。從依次相鄰的絲盒5 中穿出的金屬絲3均按照上述規律進行穿絲。走網圓柱8通過銷釘7帶動編織好的金屬網向前移動，同時將金屬絲從擰絲半軸1 的孔中拉出。

圖1 金屬網編織機整體示意圖

圖2 剖分軸承的結構

1.2 擰絲機構

如圖4所示，上橫梁9的兩端分別裝有液壓缸11，下橫梁10 的兩端分別裝有液壓缸12，液壓缸11、12 安裝在支架13上。當兩個接觸的擰絲半軸1的接觸面轉動到水平時，即與剖分軸承2上、下兩部分的接觸面在同一平面時，上橫梁9兩端的液壓缸11一端伸出，一端縮回，推動上橫梁9在如圖3左視圖所示的水平方向沿支架14上的導向孔做往復運動，其運動范圍剛好為相鄰兩個剖分軸承2 中心孔之間距離的1/2，由支架14與固定安裝在上橫梁9上的電磁鐵安裝塊15來限位，當電磁鐵安裝塊15與支架14接觸即停止運動。上橫梁9進一步帶動剖分軸承2的上半部分以及處于上層的擰絲半軸1一起運動。下橫梁10 與上橫梁9 的運動類似，但方向相反，當上橫梁9 處于最右端極限位置時，則下橫梁10 處于最左端的極限位置；當上橫梁9 處于最右端極限位置時，則下橫梁10 處于最左端的極限位置。電磁鐵17的磁體和鐵板分別安裝在電磁鐵安裝塊15、16 中，用來加強剖分軸承2 上、下兩部分的合緊力。當剖分軸承2 上、下兩部分需要水平運動時，電磁鐵17斷電，當運動到所需位置時，電磁鐵17通電。

圖3 單個擰絲機構的結構

圖4 擰絲機構的整體結構

伺服電機20、導軌21、滾珠絲桿22 分別安裝在支撐板18、19 上，滾珠絲桿22 的螺母23 與滑塊24 固定連接，滑塊24在伺服電機20的驅動下可沿著導軌21做往復運動。滑塊24與上齒條25 固定連接，從而帶動上齒條25 一起做往復運動。在上橫梁9的另一端，支撐板26、27與上橫梁9固定連接，導軌28 安裝在支撐板26、27 上，滑塊29 與上齒條25 固定連接，使上齒條25的另一端可沿著導軌28做往復運動。下齒條30的驅動方式與上齒條25的驅動方式一樣，但二者的運動方向相反。上齒條25、下齒條30 與擰絲半軸1 上的齒輪配合，由于上齒條25與下齒條30的運動方向剛好相反，從而帶動擰絲半軸1繞著剖分軸承2的軸心做旋轉運動，實現擰絲效果。

1.3 絲盒驅動機構

如圖5所示，絲盒5及其驅動機構均傾斜安裝。絲盒5安放在兩根支撐板31上，電磁鐵32的磁體和鐵板分別固定在支撐板31 及絲盒5 的底板中，當絲盒5 需要與支撐板31 一起移動時，電磁鐵32 通電，使絲盒5 與支撐板31 的相對位置固定，當絲盒5需要與支撐板31分開時，電磁鐵32斷電。支撐板31 的兩端分別裝有液壓缸33，液壓缸33 安裝在支架34上。在液壓缸33的作用下可以沿著支架34上的導向槽沿如圖4左視圖所示的水平方向做往復運動，其運動范圍由限位塊35確定。滾珠花鍵軸36可隨軸套37一起做旋轉運動，同時可相對軸套37做伸縮運動。軸套37與連接軸38固定連接，連接軸38通過聯軸器39與伺服電機40的輸出軸聯結，從而實現由伺服電機40驅動滾珠花鍵軸36做旋轉運動。軸承座41安裝在支架42上，實現對連接軸38一端的支撐。軸承座43通過連接板44 固定安裝在支撐板45 上，實現對滾珠花鍵軸36 一端的支撐。支撐板45在液壓缸47的作用下可沿導軌46做上下往復運動。軸承48的兩側裝有兩個卡簧49，用于限制軸承48在滾珠花鍵軸36的軸向位置，從而實現在液壓缸47驅動下滾珠花鍵軸36相對軸套37做伸縮運動。每根滾珠花鍵軸36上通過連接板50裝有兩根方軸51，方軸51與絲盒5的方孔對應，當滾珠花鍵軸36在液壓缸47驅動下向上運動時，方軸51進入絲盒5的方孔中，電磁鐵32 斷電，連接板50 托起絲盒5，一直到連接板50的下表面高于支撐板31的上表面。此處采用方軸51的目的是當連接板50 下降，將絲盒5 重新放在支撐板31 上時，支撐板31能夠卡進絲盒5底部的槽中。連接軸38上裝有兩個同步帶輪52，相鄰兩根連接軸38之間通過同步帶53傳動，實現伺服電機40 對所有連接軸38 的驅動。隨著連接軸38 的轉動，每根連接軸38上所裝的2個絲盒5也一起轉動。

圖5 絲盒及其驅動機構的結構

2 運行方案與結果

開始編網之前，上橫梁9 處于最右端，上齒條25 處于最左端，下橫梁10處于最左端，下齒條30處于最右端，電磁鐵17 通電，支撐板31 處于最右端，電磁鐵32 斷電，電動推桿（或是液壓缸、氣動缸）47伸出，支撐板45處于最上端。

啟動走網圓柱8，將金屬絲從彈簧夾頭6的孔中拉出，同時啟動兩個伺服電機20，帶動上齒條25 如圖4 左視圖所示向右運動，帶動下齒條30向左運動，進而帶動兩個接觸在一起的擰絲半軸1做旋轉運動，從而使金屬絲在彈簧夾頭6的出口處形成節點，通過精確控制走網圓柱8的轉速，控制出絲的速度，并與擰絲半軸1的旋轉速度配合，使生產出的金屬網符合尺寸要求。同時啟動伺服電機40，帶動處于同一根滾珠花鍵軸36上的2個絲盒5做旋轉運動，其轉動速度與擰絲半軸1的旋轉速度相同。由于滾珠花鍵軸36 傾斜安裝，在2 個一組的擰絲半軸1與2個一組的絲盒5做同步旋轉運動時，既能保證在彈簧夾頭6的出口處形成節點，又使從絲盒5引出的金屬絲不發生糾纏和打結。

經過精確地控制，當完成金屬網節點所需的整數圈后，擰絲半軸1的接觸面轉動到水平時，即與剖分軸承2上、下兩部分的接觸面在同一平面時，伺服電機20停止，上齒條25處于最右端，下齒條30處于最左端，電磁鐵17斷電。同時，所有的絲盒5 也剛好成一條直線，此時伺服電機40 停止。然后上橫梁9右端的液壓缸11伸出，左端的液壓缸11縮回，使上橫梁9 處于最左端，下橫梁10 處于最右端，電磁鐵17 通電。同時，液壓缸47縮回，支撐板45處于最下端，絲盒5落到支撐板31 上，電磁鐵32 通電，支撐板31 右端的液壓缸33 伸出，左端的液壓缸33縮回，支撐板31處于最左端，之后電磁鐵32斷電，液壓缸47伸出，支撐板45處于最上端。從而完成了相鄰的擰絲半軸1的兩兩重新組合，以及對應的絲盒5的兩兩重新組合。重復上述的反向過程，則可以生成相鄰的下一個節點。不斷往復進而完成整個金屬網的編織，實現了一次穿絲連續生產的目的。

3 結束語

本文提出一種平面金屬網編織機設計，通過絲盒驅動機構的優化，將相鄰兩個絲盒的驅動軸傾斜安裝，使兩根金屬絲在擰絲過程中不發生交叉、糾纏。進一步通過擰絲機構與絲盒驅動機構的聯動，二者同步旋轉、同步錯位，實現了一次裝絲連續生產。同時采用了剖分式軸承的設計，變滑動摩擦為滾動摩擦，降低了擰絲機構旋轉中的磨損。整機結構緊湊、生產效率高，且生產工藝簡單，易于使用、維護和修理，可提高自動化生產程度，降低生產成本，為金屬網的自動化生產提供了一種高效的解決方案。