網板成型機插絲盒系統(tǒng)設計

胡俊宏， 徐寶水， 歷萌， 習春芳， 李大軍

（1.沈陽工業(yè)大學 機械工程學院，沈陽110870；2.沈陽嘉和節(jié)能保溫科技有限公司，沈陽110000）

0 引言

近年來，我國建筑行業(yè)開始呈現(xiàn)出高技術化、環(huán)保化和工業(yè)化趨勢[1]。隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)展模式越來越難以滿足行業(yè)發(fā)展的諸多需求[2]。降低建筑能耗是促進經濟發(fā)展的有效措施[3]，建筑外墻節(jié)能技術作為建筑能耗的重要組成部分，研究外墻節(jié)能技術已成為各國研究的重點[4]。國家有關部門和地方政府制定了一系列政策，推行應用節(jié)能、節(jié)地、利廢、環(huán)保的新型墻體材料[5]。相關政策的出臺，無疑將對我國各種新型墻體材料的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略產生深遠影響。

鋼絲網聚苯板作為一種新型墻體結構，是將鋼絲插入聚苯板中，再與聚苯板兩側的鋼絲網焊接而成的三維空間網格結構[6]。該構件有質量輕、強度高、隔熱、隔音、抗震和施工速度快等優(yōu)點，且可增加建筑材料的使用面積等特點，因而受到建筑行業(yè)的青睞[7]。目前，該產品已被國家建材局列入《新型建材及產品開發(fā)指導目錄》（建材規(guī)劃發(fā)展[1996]163號文件）。通過市場調研發(fā)現(xiàn)，目前市面上的鋼絲網架聚苯板的生產主要是通過傳統(tǒng)的手工方式完成。通過手工方式將鋼絲插入聚苯板，再將聚苯板兩側的鋼絲網與插入的鋼絲焊接在一起，完成聚苯板的生產[8]。市場上雖然有很多網板成型設備，但這類設備的穩(wěn)定性差、插絲成功率低，生產效率不理想。

為有效提高設備自動化程度，提高鋼絲網架聚苯板生產質量，設計一臺可用于網板成型自動化生產的插絲機設備勢在必行。本文將針對網板成型機中的關鍵部件——插絲機料盒模塊進行設計，通過選取多種方案進行比較，選取最優(yōu)方案。

1 網板成型機插絲系統(tǒng)

插絲系統(tǒng)主要作用是：將料盒內的鋼絲插入苯板中，等待焊接工作。苯板高度為1200 mm，經計算每列需要插入12根鋼絲，并每隔200 mm進行一次插絲焊接動作。料盒中裝有鋼絲，通過料盒逐根送出鋼絲，并插入苯板中。完成插絲后，待焊接工作完成后，導管退回，等待下一步進給插絲，結構設計如圖1所示。

2 插絲盒系統(tǒng)設計

圖1 插絲系統(tǒng)結構設計圖

網板成型機插絲系統(tǒng)中，自動準確出料是進給插絲的關鍵步驟。料盒機構是完成插絲自動化進給的重要組成部分，因此在整個插絲系統(tǒng)結構中十分重要。料倉中可以儲存大量的鋼絲，并由分絲機構把鋼絲逐根置入容絲槽中，等待插絲動作。在槽中的鋼絲位于封閉空間中，處于自由狀態(tài)且摩擦力小，為插絲的頂出創(chuàng)造了良好的工作條件。

根據(jù)工況的要求，在進行料盒設計時，提出了4種設計方案，并進行了試驗驗證。

1）第一種方案，采用基于振動的絲模結構，具體結構如圖2所示。使用振動料倉的結構形式，利用重力下落振動促進下落可靠。上面V形開口，下面有一長條槽，寬度略大于鋼絲直徑。將鋼絲裝在料倉里，通過敲擊震動使鋼絲進入槽內。然后在料倉底部設計一個絲模，每次有一根鋼絲可以進入絲模，然后通過絲針將其向前推送，通過導向管插入苯板中。

該料倉的工作過程中，為了使鋼絲均勻充滿料盒，對料盒施加振動。由于采用了振動的方案，在此過程中會產生以下問題：a.由于一側12個盒子同時工作，所以在生產過程中噪聲大；b.鋼絲沒有壓力限制，自由度大，易產生相互干涉，2根鋼絲易卡在一起進而停止工作；c.出絲穩(wěn)定性差。因此棄用此方案。

2）第二種方案，采用基于摩擦力的斜向流道方案，具體結構如圖3所示。為解決方案1自由度過大的問題。采用橡膠圓帶與鋼絲的摩擦力把鋼絲滾入到插絲出絲孔道中，同時保持一定的壓力以確保鋼絲穩(wěn)定就位，使用了斜向流道的方案。流口的位置下面，放若干滾輪構成斜向流道，通過滾輪摩擦力將鋼絲滾到下一個位置。后經過試驗，有幾點缺點：a.彈性很難確定，每一個滾輪的彈性不一致，做彈性一致的滾輪特別困難，幾乎不可能；b.插絲時有很大概率碰到圓帶，圓帶與頂絲干涉概率很高，控制一個盒子時可以控制使其正常運行,同時控制所有盒子很困難；c.12盒并聯(lián)時故障率倍增。因而棄用此方案。

圖2 方案1結構簡圖

圖3 方案2結構簡圖

3）第三種方案，采用剛性并聯(lián)的分盒方案，具體結構如圖4所示。分盒方案的運行過程為:兩側的橡膠滾輪將鋼絲擠下，保證鋼絲穩(wěn)定進入容絲槽。容絲槽每次僅能容納一根鋼絲，凸輪驅動的容絲槽蓋板做往復運動，將待插鋼絲與其他鋼絲隔離，從而規(guī)避了干涉問題。后經實驗發(fā)現(xiàn)，這種結構雖規(guī)避了干涉問題，但由于隔板封閉容絲槽的動作由凸輪驅動，12個料盒同時工作時屬剛性并聯(lián)，單個料盒的故障會影響整體的時序，因此停機故障率較高，時序較難保持，因此棄用此方案。

4）第四種方案，采用柔性并聯(lián)的分盒方案，具體結構簡圖如圖5所示。方案四的主體結構與方案三相似。為解決剛性并聯(lián)帶來的時序保持問題，在隔板封閉容絲槽的時序中引入了柔性機構，從而隔離了料盒間的故障傳遞。采用12盒柔性并聯(lián)，擋板的縫很小，下邊裝1個鋼絲的溜槽，每次能滾進去1個。凸輪旋轉推動擋板滑開，使鋼絲進入溜槽，隨著凸輪轉動，彈簧將擋板拉回，使上下隔開，其中彈簧力屬于伺服性質力（隨動系統(tǒng)）。

此方案優(yōu)點是：要保證12個凸輪的時序始終不變是比較困難的工作。在本設計中，隔板關閉容絲盒的動作由彈簧的回復力來實現(xiàn)，推開容絲盒的動作由凸輪頂開平底從動桿的動作來完成。這樣彈簧作為柔性單元極大地提高了機構的容錯率，即使發(fā)生出絲故障也不會打亂凸輪的時序，從而保證了設備的時序始終保持不變，提高了設備的穩(wěn)定性。

圖4 方案3結構簡圖

圖5 方案4結構簡圖

3 插絲盒系統(tǒng)工作原理

料盒主要由絲盒板、送絲軸、送絲膠輪、隔板、容絲盒、彈簧、凸輪、動力軸等組成。其主要作用是存放鋼絲，并將鋼絲逐根置入容絲槽中，等待插絲動作。分絲盒結構如圖6所示。

圖6 分盒結構圖

料盒主要通過動力軸轉動，由凸輪裝置帶動滑塊通過隔板將存絲空間與容絲槽連通，主動軸通過齒輪傳動帶動從動軸摩擦滾轉動將存絲空間中的鋼絲送至容絲槽中，凸輪繼續(xù)轉動帶動彈性滑塊通過隔板將存絲空間與容絲槽隔開，保證鋼絲逐根進入容絲槽，等待插管、插絲。

4 結語

通過對插絲系統(tǒng)進行試驗，在3000余次插絲系統(tǒng)插絲試驗中，12個料盒中每個料盒的故障率統(tǒng)計如圖7所示。每個料盒的失敗次數(shù)勻在30次以下，料盒故障率勻在1%以下，插絲試驗過程中插絲系統(tǒng)穩(wěn)定，插絲失敗發(fā)生是隨機性的。

圖7 各料盒故障率統(tǒng)計

圖8 試驗結果餅狀圖統(tǒng)計

在此插絲過程中，該設備整機正常運作率為94.30%，某一料盒發(fā)生故障時，整機不停機率為5.37%，整機停機率為0.33%，試驗結果餅狀圖如圖8所示。

綜合得出：1）通過4種試驗總結，選定最優(yōu)的分盒方案；2）通過最合理的分盒設計，優(yōu)化了設備的插絲工藝過程，有效提升了正常運行率，降低了不停機故障率及停機故障率，使網板插絲機的工作效率得到大大的提升；3）通過3000余次的插絲試驗，料盒穩(wěn)定插絲，整機設備運行可靠。