礦用錨桿高效自動剪斷裝置的研制與應用

相吉安 程召漢 宋立勇

（山東兗州煤礦機械有限公司，山東 兗州 272100）

錨桿是煤礦的常用支護材料，用量非常大，但現在大多數企業對于錨桿的生產還是靠人工來完成的。傳統的人工生產模式，勞動強度大，生產效率低，而且還存在一定的安全隱患。根據這一現狀，山東兗州煤礦機械有限公司對錨桿的生產工藝進行了深入的研究，經過不斷的探索和調研，不斷的試驗和總結，成功研制出了錨桿自動剪斷裝置，實現了錨桿剪斷的機械化和自動化，并在實際生產中取得了顯著的效果。

1 結構和工作原理

1.1 結構

如圖1所示錨桿自動剪斷裝置主要包括傳動裝置2和3、自動定位裝置6、自動翻料裝置4三大部分組成。

1.2 工作原理

按下啟動按鈕，傳動裝置2和3開始動作，物料1（3根長12m的錨桿鋼）在傳動裝置的帶動下開始向前運動，通過導向槽8將3根錨桿鋼分開并送入剪口7，到達定位擋板6，傳動裝置2和3停止運動，剪口7動作，將錨桿鋼剪斷，此時定位擋板6在氣缸的帶動下提起，傳動裝置3動作，帶動剪好的錨桿向前運行，到達尾部擋板5時，翻料裝置4開始反轉，將剪好的錨桿翻入吊裝架內。然后往復運動實現錨桿的自動化剪斷。

圖1 錨桿高效自動剪斷裝置示意圖

2 錨桿高效自動剪斷裝置的特點

2.1 傳動裝置

傳統的傳動模式是把原料放在托輥上，然后人工向前拖拽，而且一次只能托動一根錨桿鋼，費時又費力。

改進后，用電機帶動托輥，用鏈輪將各個托輥連接起來使其一起轉動，帶動托輥上的原料向前運行。此種傳動方式一次可以傳送多根，快速高效，不需要人工。

2.2 定位裝置和翻料裝置

傳統的定位擋板是固定的，不能移動的，錨桿剪斷后需要人工將剪好的錨桿拿下來，有時剪斷后錨桿卡的比較緊，一次拿不下來再去拿時就很容易被下一根傳過來的錨桿傷到手，存在一定安全隱患。

改進后，定位擋板采用自動化控制，并且用翻桿來代替人手卸料，錨桿被剪斷后擋板在氣缸的帶動下自動提起，錨桿從擋板的下方通過到達翻料裝置由翻桿將錨桿翻到吊裝架內。整個過程全部自動化控制，無需人工，快速安全。

2.3 剪口的控制

傳統的方式是用腳踏開關控制剪口，剪一次就需要人工踩一下腳踏，這種方式一是比較費事，二是由于每天要生產上萬根錨桿這樣頻繁地使用腳踏，腳踏開關上的彈簧很容易失效，造成剪口“連剪”，導致出現廢品。

改進后，用氣缸代替彈簧，一上一下簡單快捷，并實現了剪口的自動化控制，快速安全。

3 翻料裝置氣缸承載力的計算

圖2為翻料裝置的最大受力位置，為了簡化計算，將3根物料假設都放在m1位置，翻桿L0段、連桿和氣缸的質量均忽略不計。

圖2 翻料裝置示意圖

由力矩平衡條件得：

根據（1）、（2）、（3）式，可得出氣缸的最大承載力F2：

式中：

F2-氣缸承載力，N；

m1-錨桿質量，kg；

g-重力加速度，取g=9.8m/s2；

m2-翻桿質量，kg；

L1-錨桿力臂，m；

L2-翻桿力臂，m；

α-連桿與翻桿的夾角，（°）；

β-氣缸與水平面的夾角，（°）。

4 鏈輪的設計

根據托輥承載力的大小，選擇鏈條型號為滾子鏈08A-1-94 GB/T1243-2006，查《機械設計手冊》第2卷表6.2-2得滾子鏈的參數節距P=15.875mm，滾子直徑d1=10.16mm，查《機械設計手冊》第2卷表6.2-7得鏈輪齒數z=25，鏈輪分度圓直徑d：

齒頂圓直徑da的計算：

齒根圓直徑df：

5 系統能量分析

5.1 系統總動能Ek

（1）原料總動能E0

式中：

m-傳動物料的總質量，kg；

v-物料的運動速度，m/s。

（2）托輥的轉動慣量J1

式中：

m1-托輥圓管的質量，kg；

R1-托輥圓管的外徑，m；

r1-托輥圓管的內徑，m；

m2-托輥中心軸的質量，kg；

r2-托輥中心軸的半徑，m。

（3）鏈輪的轉動慣量J2

J2=mr2/2

式中：

m-鏈輪的質量，kg；

r-鏈輪的半徑，m。

（4）主動皮帶輪的轉動慣量J3

式中：

m1-主動皮帶輪的質量，kg；

m1' -凸緣部分的質量，kg；

r1-主動皮帶輪的外徑，m；

r1'-凸緣外徑，m。

（5）從動皮帶輪的轉動慣量J4

計算方法與（4）主動皮帶輪的計算方法相同。

（6）減速機的系統總動能E減速機

式中：

ω1、ω2、ω(3)-分別是電機、一級減速、二級減速的角速度，ω1:ω2:ω3=15:5:1；

J1' 、J2' 、J(3)' -分別是電機、一級減速、二級減速的轉動慣量。

在新農村景觀規劃的過程中，應該積極遵循以人為本的理念，要為農村營造和諧的生存環境，展現出人和自然全面發展的模式。所以，在實際進行農村景觀設計的過程中，要以自然為本，并尊重人們的生活習慣和文化。在設計的規程中要彰顯出以人為本的原則。在農村發展的過程中，其經濟來源主要是農業。在這樣的情況下，設計人員在展現出以人為本思想的情況下，要讓自身在實際環境中展現出一定的適應性，還應該引導外來人員在情感上形成共鳴[1]。這樣，才會實現生態資源的和諧發展。最后，還應該把現代化景觀設計和當地人們觀念密切的結合在一起，其中也涵蓋了村民的日常生活特色，形成溫馨的新型農村景觀結構，為新農村建設提供有力支持。

由（1）（2）（3）（4）（5）（6）得系統總動能Ek

式中：

ω0-托輥、鏈輪、從動皮帶輪的旋轉角速度，rad/s；

ω4-主動皮帶輪的旋轉角速度，rad/s。

5.2 系統摩擦損耗Ef

忽略電機和減速機的摩擦生熱損耗，物料的摩擦能量損耗分析如下：

式中：

k-滾動摩擦系數，取k=0.01；

g-重力加速度，取g=9.8m/s2；

r'-摩擦半徑，m；

t-摩擦時間，s。

6 創造性、創新性描述

本著提高勞動效率、降低勞動強度和多用設備少用人的指導思想，將原來傳統的人工剪斷模式，改為機械自動模式，實現了錨桿生產的自動傳送、定位、剪斷以及翻料等動作，使原來至少3個人才能完成的工作，現在僅需要1個人就可以輕松完成，大大降低了工人的勞動強度，提高了勞動效率，每年節約可人工成本10萬多元，每天可增加產量7000多根，提高勞動效率3倍之多，經濟效益非常顯著，同時實現了安全生產。

7 推廣應用范圍以及改進措施

錨桿高效自動剪斷裝置，實現了錨桿剪斷的自動化控制，并且結構簡單，易于操作，節約人員，安全可靠，特別適用于錨桿批量生產的工礦企業。

改進措施：

（1）現在上料部分還是人工上料，將來改進方向把上料部分也改成自動上料。

（2）現在的自動控制是靠繼電器來完成的，更換產品型號時需操作員根據工作手冊來設置對應的控制程序，下一步現將會用PLC控制來代替繼電器控制，更換產品時直接在控制面板上輸入需要更換的產品型號即可，改進后會更直觀，操作會更容易。

8 結語

錨桿高效自動剪斷裝置擺脫了多年來勞動強度大、生產效率低的人工剪斷模式，使錨桿的生產實現了機械化和自動化，降低了勞動強度，提高了勞動效率，保證了安全生產。錨桿自動剪斷裝置在生產現場已成功使用，效益非常顯著。錨桿自動剪斷裝置設計簡單，制造容易，易于操作，具有很好的使用價值和推廣價值。