線棒材自動計數系統振動臺設計

王 倫

（濟鋼集團國際工程技術有限公司 山東 濟南 250000）

棒材自動計數分隔問題一直是困擾我國棒材生產企業的一個難題，即使在世界范圍內也未能得到很好地解決。 目前我國棒材生產企業普遍采用人工計數方法。 該方法勞動強度大，工作效率低，系統生產能力有限，而且準確性難以保證。 針對這種情況，通過采用現代化手段和技術創新，開發出適合我國鋼鐵企業的棒材自動計數系統，可以有效提高勞動生產率， 把工人從繁重的體力勞動和惡劣環境中解放出來，力求為企業提供高科技設備。

針對軋鋼廠棒材生產工藝現狀，為了實現標準化打捆包裝要求，利用綜合圖像識別、機械系統、光電檢測和控制技術開發出一種機電一體化裝置，實現了棒材生產線計數定支環節機械化和自動化操作。 本論文主要對其機械系統振動臺的設計制造。

現階段我國眾多軋鋼廠生產的棒材主要采用光電管和人工計數。

圖1 振動分離裝置示意

由于人工計數頻頻出現誤差，光電管又存在易損精度不高的缺陷，棒材計數已成為國內鋼鐵企業急需解決的實際問題， 企業迫切需要新型的自動計數裝置來給出相對客觀、穩定、一致的檢測結果。 為了方便使用棒材自動計數方法采用計算機視覺、圖像處理和模式識別技術，克服技術局限和現場環境影響，實現真正意義上的在線自動計數，我們采用適合企業的振動臺將棒材打散均布，然后計數。

工業現場的不確定因素和隨機出現的各種問題可能會影響裝置的實現，因而做出相應的假設。 振動臺有很多種，有液壓振動臺，電磁振動臺和機械振動臺，鑒于鋼廠的工作環境比較惡劣，而振動精度并不很高，因此，我們選擇機械振動臺。 示意如下圖1。

因為棒材比較長，為了能夠把棒材擋住，此振動臺裝置應不少于三個，在計數鏈條臺架的兩端和中間各安裝一個。

本裝置采用三個臺面尺寸為500×500×20，平均安放在軌道之間，其簡介如下：振動臺總體由振動臺、減速機、電機組成，振動臺500×500×400，三個裝置放在同一架臺上，安放在鋼材之間，架臺用地角螺釘固定于地面。 因為鋼材比較長，所以采用三套裝置，均勻放置。 為了防止振動臺太振動時發生偏離卡死，選擇采用16 個小軸承進行上下左右的限位，并且在振動架上開有溝槽，可以成功限定其行程，軸承外有自制軸套，用螺栓限定軸承位置，保證能夠固定且正常滾動，這是總體設計的特點之一；現場環境比較惡劣，選擇采用曲柄連桿機構，電機驅動曲軸，連桿帶動振動臺直接激振，使棒材分離，這也是設計的特點之一。 機械振動臺總體設計如圖2。

圖2 振動臺總裝示意

結構的機械振動分離臺是用位移激勵形式，使臺面振動的，空載或具有剛性負載的臺面。

臺面的振動頻率ω， 是通過調節馬達的轉速來調整的。臺面的振動頻率的范圍，主要是根據軸承、連桿等傳動件的強度， 馬達的轉速及所需要的振幅確定的， 一般為10～100赫。

臺面振幅的大小，可以通過調節偏心輪的偏心距e 及工作所需來控制的。 大振幅主要根據軸承、連桿等傳動件的強度決定的，取30 毫米，最底點平臺距鋼材10 毫米。 曲軸的轉速30～180r/min。

（1）機械特性

由電動機類型決定的電動機的機械特性與工作機械的機械特性配合要適當，機組穩定工作；電動機的起動轉矩、最大轉矩等要滿足工作機械的要求。

（2）轉速

電動機的轉速滿足工作機械要求，其最高轉速、轉速變化率、穩速、調速、變速等性能均能適應工作機械運行要求。

（3）價格低廉

在滿足工作機械運行要求的前提下，盡可能選用結構簡單、運行可靠、造價低廉的電動機。

考慮到本結構用的電動機調速要方便， 工作要可靠等，選用直流電動機，以便調速。

計算與校核：

確定振動所需功率

根據線棒材的長度，我們選擇用3 個振動臺，均勻安放在棒材之間，根據現場考察發現線棒材的長度為9m,φ12～40，當直徑較小時，線棒材會有重疊，當直徑較大時，線棒材不會有重疊，取φ40，共12 根，計算質量得：

m=9×3.14×（20×10-3）2×12／3=353kg

根據經驗， 在撞擊的瞬間會的到2～3 倍自重的沖擊力，故

m′=353×3=1059kg

確定最大轉矩，假設不計沖力影響，如圖3.3 所示，AB 桿為二力桿

即在此時M 取得最大值，M=1.02Pr.

受力示意如圖3。

圖3

sinφ1=0.931

根據彎扭應力的計算公式

α——應力校正系數，為脈動變化的轉矩

W——抗彎截面模量

彎矩M＝mgL／cosφ=363×9.8×250×10-3／0.987

=901N·m

選取材料和確定應力

選取適合做曲軸的材料必須有較高的強度硬度和耐磨性，我們選取42CrMo,

σB=1080MPa

根據差值法

x=98

得σb[ ]-1＝98MPa

由[S]σca≤σb[ ]－1[S]——安全系數，取1.5

取d 為56mm

此振動臺為線棒材自動計數器整體中的一部分，為機械系統部分設計，它必須和自動控制系統結合，才能真正實現自動控制，在自動控制系統中，必須有一套控制抱死系統，因為必須保證在電機停止時，臺面必須在線棒材之下，才能不影響棒材的正常行進。 此系統應該連入光感應器，只要輸入停止指令，感應器監視振動臺，只要超出棒材位置，馬上把信號傳給工業計算機，然后計算機傳出指令給抱扎系統，將電機軸抱死，抱死系統的制造可以參考汽車制動系統的制造。

棒材自動計數系統作為一種工業實際應用，尚需要做大量的后續研究工作。

作為本論文工作的延續， 現對存在問題提出解決方法，并就下一步進行的研究開發提出建議。

（1）此振動臺為線棒材自動計數器整體中的一部分，為機械系統部分設計，它必須和自動控制系統結合，才能真正實現自動控制。

（2）棒材振動裝置為重要的執行機構，是系統能否實現在線自動計數的關鍵，振動裝置的關鍵是曲柄連桿機構。 如果解決了這幾個問題，通過改進和合理設計裝置，以提高系統在現場應用的成功率。

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