王國軍，黎 敏，胡會成，周云峰，楊 星，王 璐

（1.江西增鑫科技股份有限公司，江西 新余 338000；2.江西省智能畜牧設(shè)備集成工程研究中心，江西 新余 338000；3.鄱陽縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西 上饒 333100；4.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地管理中心，江西 南昌 330200；5.江西生物科技職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330200）

0 引言

生產(chǎn)線布局是工廠布局的主要內(nèi)容之一[1]。畜牧機(jī)械行業(yè)裝備制造的現(xiàn)代化發(fā)展離不開自動生產(chǎn)線的主導(dǎo)和支撐[2]。自動化生產(chǎn)線能自動完成全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)[3]，能夠?qū)⒁粋€(gè)產(chǎn)品的制作過程按照順序進(jìn)行，除了制造必要花費(fèi)的時(shí)間外，往往在轉(zhuǎn)運(yùn)、上下料等過程中會浪費(fèi)太多的時(shí)間，為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，減少不必要的時(shí)間浪費(fèi)，生產(chǎn)線的自動化發(fā)展是必然的趨勢[4]。畜牧養(yǎng)殖機(jī)械對于保障我國肉蛋奶等產(chǎn)品的有效供給發(fā)揮了重要的作用[5]。異型鋼是當(dāng)前畜牧機(jī)械設(shè)備制造過程中所用到的較為普遍的原料，考慮到機(jī)械設(shè)備的安全性、牢固性、美觀性等諸多因素，帶有多個(gè)沖凹的異型鋼成為行業(yè)內(nèi)的主流。異型鋼在生產(chǎn)線目前多由鋼筋拉直、壓成三角形之后剪斷、沖壓成所需要的3/4/5凹等幾個(gè)工序的單獨(dú)的加工設(shè)備分別構(gòu)成。這個(gè)過程存在流程復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、員工勞動強(qiáng)度大、產(chǎn)品品質(zhì)無法得到保證、生產(chǎn)成本高等問題，同時(shí)還存在設(shè)備資源閑置和人力資源浪費(fèi)的現(xiàn)象[6]。為了將資源充分利用起來，同時(shí)解決生產(chǎn)與成本的問題[7]，設(shè)計(jì)了一套異型鋼自動生產(chǎn)線。

1 材料與方法

異型鋼原材料是一捆圓形的鋼筋，如圖1所示，異型鋼成品如圖2所示。

圖1 異型鋼原材料圖

圖2 異型鋼成品圖

異型鋼自動生產(chǎn)線示意圖如圖3所示，主要分為拉絲調(diào)直機(jī)構(gòu)、切斷沖凹機(jī)構(gòu)和自動下料機(jī)構(gòu)這三部分。該設(shè)備是針對無沖凹、3/4/5凹多種規(guī)格的異型鋼，在一條生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)自動生產(chǎn)。

圖3 異型鋼自動生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖

異型鋼自動生產(chǎn)線包括三個(gè)型材架、拉絲調(diào)直機(jī)、電機(jī)、五個(gè)沖壓機(jī)構(gòu)（含油缸）、多個(gè)氣缸、導(dǎo)軌、輸送帶等。圓鋼筋經(jīng)過拉絲調(diào)直機(jī)后壓成直的異型鋼，異型鋼在跟隨定位機(jī)構(gòu)上移動，異型鋼接觸到定位面后切斷機(jī)構(gòu)工作將異型鋼切斷。自動夾取機(jī)構(gòu)平移送料，將異型鋼送入液壓沖凹機(jī)構(gòu)的凹槽中，定位壓緊后油缸啟動，沖壓成型，沖成所需的凹型。不同規(guī)格的凹型可通過調(diào)用不同的程序來控制油缸的沖壓動作[8]。沖凹完成后氣缸推動異型鋼落到輸送帶上，輸送帶將異型鋼運(yùn)到尾端下料。

2 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 拉絲調(diào)直機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉絲調(diào)直是異型鋼生產(chǎn)的第一道工序[9]。拉絲調(diào)直機(jī)構(gòu)包括上料架、導(dǎo)正滾輪、電機(jī)、傳送帶、拉絲調(diào)直機(jī)等。拉絲調(diào)直機(jī)構(gòu)將一捆圓鋼筋輸送到導(dǎo)正滾輪上粗調(diào)直，然后經(jīng)過兩個(gè)壓鋼筋機(jī)器依次粗壓和精壓，壓出異型鋼的三個(gè)平面。壓完后經(jīng)過一臺壓齒形機(jī)，在異型鋼的底面上壓出齒形，最后再經(jīng)過豎直和水平的兩排導(dǎo)正滾輪進(jìn)行精調(diào)直。

圓鋼筋經(jīng)過初始的豎直和水平兩排導(dǎo)正滾輪保證異型鋼壓出的三個(gè)面是平面，壓完后再進(jìn)行一次豎直和水平兩個(gè)方向的導(dǎo)正滾輪精調(diào)，保證異型鋼的直線度。拉絲調(diào)直機(jī)構(gòu)通過電機(jī)和同步帶給三個(gè)壓鋼筋機(jī)構(gòu)提供動力，導(dǎo)正滾輪為無動力滾輪，一排多個(gè)可調(diào)節(jié)高度的導(dǎo)正滾輪可以適用于多種直徑規(guī)格的鋼筋[10]。

2.2 切斷沖凹機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

切斷沖凹機(jī)構(gòu)包括模架，油缸，模具，各種定位、取料、送料、出料機(jī)構(gòu)，具體如圖4所示。

圖4 切斷沖凹機(jī)構(gòu)示意圖

沖凹是異型鋼自動生產(chǎn)線的重要部分，也是最關(guān)鍵的地方。切斷沖凹機(jī)構(gòu)的功能是將拉直的異型鋼沖出3/4/5凹，同時(shí)不會影響鋼筋的直線度。異型鋼經(jīng)過拉絲調(diào)直機(jī)后在跟隨定位機(jī)構(gòu)上繼續(xù)運(yùn)動，手指氣缸夾緊鋼筋，運(yùn)動到感應(yīng)部位后氣缸往下運(yùn)動將異型鋼切斷。氣缸夾緊送料保證了生產(chǎn)線的連續(xù)性和自動性，同時(shí)也保證了異型鋼的方向性[11]。異型鋼為等腰三角形，手指氣缸夾緊送料讓鋼筋的沖凹面始終在同一個(gè)面。平移送料機(jī)構(gòu)通過氣缸、導(dǎo)軌滑塊將異型鋼送入凹槽中，側(cè)面的定位氣缸推動鋼筋，讓鋼筋頂緊定位機(jī)構(gòu)，保證每根異型鋼沖凹的位置是一樣的。定好位后預(yù)壓定位機(jī)構(gòu)壓緊異型鋼，油缸按順序從中間向外啟動，依次沖凹，同時(shí)在模具成型位置加入0.5 mm壓線，去除成型應(yīng)力[12-14]，保證鋼筋的直線度。沖凹完成后預(yù)壓定位機(jī)構(gòu)松開，兩端的頂出氣缸將鋼筋頂出到輸送帶上往后面運(yùn)，進(jìn)行下料。

2.3 自動下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動下料機(jī)構(gòu)包括輸送帶、導(dǎo)向組件、行程開關(guān)和自動推出機(jī)構(gòu)。異型鋼沖凹完成，被氣缸推到輸送帶上，輸送帶將異型鋼往后面運(yùn)，輸送帶靠近自動推出機(jī)構(gòu)的一側(cè)裝有角鐵導(dǎo)向，防止異型鋼脫離輸送帶，輸送帶尾端裝有擋板和行程開關(guān)，異型鋼頂?shù)綋醢搴?，推出氣缸動作將異型鋼推離輸送帶至裝料架中。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制裝置是自動線的核心部件，確保整條生產(chǎn)線各部分協(xié)調(diào)工作[15]?？刂蒲b置由數(shù)據(jù)層、物理層控制模式組成，數(shù)據(jù)層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和處理，通過現(xiàn)場總線技術(shù)，采用EFA技術(shù)達(dá)到減少用線和控制快捷方便的目的；物理層主要采集和處理數(shù)據(jù)，直接或間接地與控制層PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，確?？刂蒲b置對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制。設(shè)備的主控制臺由PC與PLC等組成，通過PLC收集處理數(shù)據(jù)及控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作等，使用WINCC設(shè)計(jì)人機(jī)交互，提供參數(shù)輸入窗口及裝置控制按鈕。PLC控制系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)運(yùn)行方式有手動或自動模式，手動模式用于調(diào)試階段，在手動模式下，由操作員操作生產(chǎn)線上所有設(shè)備的運(yùn)行及閥門的開閉。切斷沖凹設(shè)備裝置自動運(yùn)行的流程圖如圖6所示。圓鋼筋從上料處經(jīng)過拉絲調(diào)直，在導(dǎo)料機(jī)構(gòu)觸發(fā)夾料信號，夾料缸夾住鋼筋，繼續(xù)移動觸發(fā)剪切信號后剪切油缸切斷鋼筋。切斷后的鋼筋在導(dǎo)料缸的作用下繼續(xù)移動，等取料信號觸發(fā)后取料缸推出取料，將鋼筋送至凹槽。之后預(yù)壓缸壓緊，定位缸定位，五個(gè)油缸沖凹，同時(shí)夾料缸和取料缸復(fù)位，等待后續(xù)的鋼筋過來。沖凹完成后保壓1 s退回，推料缸將鋼筋推至輸送帶上，鋼筋跟著輸送帶送至尾端下料。

圖6 系統(tǒng)自動運(yùn)行流程圖

4 總結(jié)

通過對異型鋼生產(chǎn)線的自動化改造，由原來的勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，大大節(jié)省了人工投入，在降低成本的同時(shí)，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，使其在行業(yè)中的競爭力和影響力得到有效的提升。