一種智能棒材定支數(shù)計數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計

朱玲玲，丁炳杰，李雷明，李志杰，王素芬

（衢州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，浙江 衢州324000）

棒材是基礎(chǔ)性的、需求量大的鋼鐵產(chǎn)品，激烈的市場競爭對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)提出了許多要求。棒材經(jīng)定尺剪切、計數(shù)分離、捆扎打包后出廠銷售，棒材生產(chǎn)要求將成品按規(guī)定的支數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化打捆包裝。在棒材生產(chǎn)工藝的計數(shù)、定支包裝問題一直沒有得到很好地解決，主要采用人工方法。人工計數(shù)具有勞動強(qiáng)度大、準(zhǔn)確性低、生產(chǎn)效率低下特點(diǎn)，不能滿足棒材生產(chǎn)行業(yè)激烈競爭的要求[1]。目前現(xiàn)有的棒材計數(shù)方法無法達(dá)到定支數(shù)打捆的最終目標(biāo)，并且復(fù)雜而精密的計數(shù)系統(tǒng)易受到熱軋現(xiàn)場惡劣工況的影響，維護(hù)成本居高不下。造成這些現(xiàn)象的根源在于棒料復(fù)雜亂排條件下的精確計數(shù)無法實(shí)現(xiàn)。

為了提高生產(chǎn)率，針對棒材生產(chǎn)工業(yè)現(xiàn)況，深入分析了飛剪后的棒材在傳輸過程中的運(yùn)動規(guī)律，充分考慮技術(shù)局限和現(xiàn)場環(huán)境影響，本文提出了一種適應(yīng)性強(qiáng)、精確度高的智能棒材定支數(shù)計數(shù)系統(tǒng)，達(dá)到棒材在各種置放狀態(tài)下均能自動計數(shù)定支的目的。

1 棒材分離預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計的總體方案設(shè)計

本文對分離熱軋棒材的智能棒材在線定支數(shù)計數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，具體方案包括：鏈?zhǔn)街鸺壸兯佥斔蜋C(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)式擋鋼輪、智能撥筋爪。

棒材的分離預(yù)處理部分由1#、2#、3#鏈?zhǔn)街鸺壸兯佥斔蜋C(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)式擋鋼輪組成，使棒材成單層分布狀態(tài)。通過飛剪后的定尺棒材在1#傳輸鏈以速度向前傳輸。設(shè)置2#傳輸鏈以高于速度的速度運(yùn)行，3#傳輸鏈以高于的速度運(yùn)行，通過逐級傳輸鏈的速度配合可有效的消除棒材的堆疊狀態(tài)；第三段傳輸鏈的設(shè)置轉(zhuǎn)式擋鋼輪。通過擋鋼輪可基本消除棒材一端的交叉、重疊狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)其高度以完全滿足不同規(guī)格棒材的要求；在第三段鏈的末端設(shè)置的智能撥筋爪，通過棒材單根運(yùn)轉(zhuǎn)來使任意兩根棒材徹底分開，同時智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)定支數(shù)計數(shù)。

2 棒材分離預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計

2.1 鏈?zhǔn)街鸺壸兯佥斔蜋C(jī)構(gòu)的設(shè)計

通過橫移輥道送來的剪切后的棒材通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)送到收料槽內(nèi)打捆包裝，而此時傳輸機(jī)構(gòu)上的棒材處于復(fù)雜亂排的紊亂狀態(tài)。通過多次速度配合差的設(shè)計是解決棒材重疊、交叉狀態(tài)的有效方法，因此該預(yù)處理計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計了用于均勻布料的鏈?zhǔn)街鸺壸兯佥斔蜋C(jī)構(gòu)。三段式輸送鏈分別以不同速度運(yùn)輸，且速度逐級增大，每經(jīng)過一段傳輸鏈厚的棒材間距變大。橫移輥道送來的剪切后的棒材輸送至1#傳輸鏈，通過設(shè)置移送裝置和1#傳輸鏈的速度匹配，可使棒材在上傳輸鏈之前的重疊狀態(tài)在1#傳輸鏈上有改善，棒材在1#鏈上的距離為s1，棒材進(jìn)入1#鏈時間間隔為t，s1=v1×t.

此時棒材有一定的距離，為2#傳輸鏈的均勻布料作準(zhǔn)備。對1#和2#傳輸鏈的傳輸速度v1、v2進(jìn)行匹配，使v2>v1，當(dāng)棒材由第一段傳輸鏈進(jìn)入到第二段時，棒材彼此間的距離變?yōu)閟2，s2=v2×t.

所以s2>s1，棒材之間變得疏散，如圖1所示。

圖1 棒材在傳輸鏈上運(yùn)動示意圖

2.2 轉(zhuǎn)式擋鋼輪的設(shè)計

棒材經(jīng)過1#、2#、3#傳輸鏈差速傳輸后，其堆疊程度大為減弱，但是仍可能存在重疊狀態(tài)。由于未完全消除棒材重疊、交叉的現(xiàn)象，棒材堆疊高度超過單層整齊排列時的棒材高度，為達(dá)到棒材整理的進(jìn)一步預(yù)處理，在3#傳輸鏈處設(shè)計整理棒材的轉(zhuǎn)式擋鋼輪。棒材直徑為D，所以擋鋼輪距傳輸平臺的有效高度H應(yīng)滿足：D

轉(zhuǎn)式擋鋼輪在工作過程中一直處于反向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，避免擋鋼裝置與棒材發(fā)生“咬合”和剛性碰撞，通過逆向旋轉(zhuǎn)的帶動力將棒材上層的重疊或交叉棒材被撥開，直至該棒材的一端落至傳輸鏈的平臺上，最終使棒材的一端呈現(xiàn)單層排布的狀態(tài)。擋鋼輪周身通過緊密排布的凸點(diǎn)，密布的凸點(diǎn)具有極高的強(qiáng)度，對單層以上的小直徑的棒材有“挑”的作用。

2.3 智能撥筋爪的設(shè)計

由于棒材生產(chǎn)車間工作環(huán)境的惡劣，往往給棒材的自動計數(shù)帶來了很大難度，本文設(shè)計一種幾乎不受工況現(xiàn)狀影響的新型棒材計數(shù)裝置，由于以光電、圖像等為核心的計數(shù)裝置在工作過程中對環(huán)境要求較高，所以采用適應(yīng)性極高的機(jī)電一體化裝置，即由撥筋爪和智能控制系統(tǒng)組成的智能撥筋爪，從而達(dá)到高效的定支數(shù)計數(shù)效果，如圖2所示。

圖2 智能撥筋爪

撥筋爪是一個圓盤和四方爪的可拆裝組合形式，四方爪是圓盤的四個互成的外伸端，為了達(dá)到準(zhǔn)確計數(shù)的目的，撥筋爪的每個外伸端設(shè)計為有且只能撥動單根棒材，則當(dāng)圓盤在電機(jī)的帶動下轉(zhuǎn)過一圈時，撥筋爪依次撥過單層排布的棒材共四根[2]。一般熱軋棒材產(chǎn)品的直徑為Ф12～Ф40 mm，長度為6～14 m，外伸四方爪根據(jù)棒材的尺寸設(shè)計多種型號，以針對不同的棒材生產(chǎn)線[3]。由此本文針對不同規(guī)格的棒材設(shè)計對應(yīng)長度的四方爪以保證每一外伸端只能撥過一根棒材，棒材的直徑D，四方爪的外伸端長度L滿足：

L=D+ε

注：ε＝2mm~4 mm

智能控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)棒材可按定支精確數(shù)計數(shù)的主要系統(tǒng)之一，是簡潔的顯示屏、數(shù)字鍵盤集成模塊，用于輸入一捆棒材的所需根數(shù)、開始、停止等功能。在控制面板中輸入預(yù)打捆的目標(biāo)數(shù)N，經(jīng)過智能撥筋爪的程序執(zhí)行可得到準(zhǔn)確的棒材目標(biāo)數(shù)，最后由打捆機(jī)構(gòu)進(jìn)行定支數(shù)打捆。在程序執(zhí)行過程中，智能撥筋爪前端的傳輸鏈上沒有棒材，會出現(xiàn)空載的情況，圖3為智能撥筋爪的具體工作流程。

圖5 智能撥筋爪的具體工作流程

通過該機(jī)電一體化核心機(jī)構(gòu)的精密設(shè)計，不僅減輕人工計數(shù)帶來的費(fèi)時費(fèi)力的弊端，而且實(shí)現(xiàn)自動化的棒材定支數(shù)計數(shù)、打捆操作。

3 結(jié)束語

本文針對棒材實(shí)際生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，分析棒材傳輸過程中的運(yùn)行規(guī)律，提出了鏈?zhǔn)街鸺壸兯佥斔蜋C(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)式擋鋼輪，對棒材亂排紊亂狀態(tài)進(jìn)行了單排分布整理，并結(jié)合智能撥筋爪的機(jī)電一體化單根計數(shù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種適應(yīng)性強(qiáng)、精度高的在線智能棒材定支數(shù)計數(shù)系統(tǒng)。該裝置可解決目前棒材計數(shù)誤差大的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)自動在線計數(shù)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等級，改善工人的勞動強(qiáng)度和勞動條件；輔助實(shí)施負(fù)差軋制，降低工人的勞動強(qiáng)度，具有廣闊的市場前景并能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李俊飛.一種棒材計數(shù)裝置的研究[J].計算機(jī)測量與控制，2004，（12）:1217-1233.

[2]黎洪生，岳 蕾，張 虎.MSP430FW427在旋轉(zhuǎn)計數(shù)器中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2007，（01）:64-65.

[3]馬欣藝，余曉流.棒材計數(shù)裝置的研究[J].現(xiàn)代冶金，2009，（01）:21-23.