一種自動(dòng)切割與擠壓裝置的設(shè)計(jì)

劉晨敏

（重慶工商大學(xué)融智學(xué)院，重慶 401320）

地雷是一種埋入地表或布于地面的爆炸性火器，可分為防步兵地雷和防坦克地雷，主要用來(lái)殺傷敵人的有生力量和炸毀敵方的坦克、裝甲車(chē)等，破壞道路和建筑以阻礙敵軍前進(jìn)[1]。防坦克地雷作為一種重要的工兵裝備，日常儲(chǔ)量巨大、品類(lèi)繁多，長(zhǎng)期貯存后其安全性、可靠性均會(huì)下降，存在巨大的安全威脅。因此，有必要研究一種妥善可行的廢舊地雷回收處置方法。

傳統(tǒng)的地雷回收處置方法主要有爆炸法、燃燒法、化學(xué)分解法和人工拆分法等[2]，這幾種拆分方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，比如爆炸法和燃燒法，雖然操作簡(jiǎn)單、銷(xiāo)毀速度快，但危險(xiǎn)性大、污染環(huán)境且資源不能回收利用，化學(xué)分解法（深井掩埋、深海傾倒）對(duì)場(chǎng)地條件要求高且容易留下安全隱患；人工拆分法雖能實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，但人力成本高、回收速度慢，操作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)人身存在安全威脅。

本文針對(duì)防坦克地雷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種新的機(jī)械拆分方法，通過(guò)對(duì)地雷底殼進(jìn)行切割與擠壓，將地雷壓蓋與底殼分離，進(jìn)而對(duì)資源回收再利用。

1　切割與擠壓方案選擇

1.1　切割方案

圖1是某型塑料防坦克地雷的結(jié)合部示意圖，可以看出其主要由壓蓋、隔板、底殼三部分組成，且三部分是獨(dú)立的個(gè)體。由于地雷底殼大部分是薄板零件，因此切割位置的選擇尤為重要。

圖1　某型塑料防坦克地雷的結(jié)合部示意圖

（1）方案一：在壓蓋、隔板與底殼三者結(jié)合部的凸起處切割，使底殼對(duì)隔板與壓蓋的包裹固定作用部分喪失[3]，達(dá)到結(jié)合部分離的目的，切割位置如圖2a所示。這種切割方式的弊端是切割后壓蓋與底殼雖然分離，但隔板作為個(gè)體仍保留在底殼上。

（2）方案二：在壓蓋、隔板與底殼三者結(jié)合部的下側(cè)倒角處切割，完成后壓蓋與隔板一起脫落，完全與底殼分離，切割位置如圖2b所示。

圖2　切割方案比較

對(duì)比方案一與方案二，方案一選取的切割位置正位于三者的結(jié)合部，切割情況較為復(fù)雜，同時(shí)隔板并沒(méi)有從底殼上脫離；而方案二的切割位置避開(kāi)了壓蓋和隔板與底殼的包裹結(jié)合部，切割完成后壓蓋和隔板完全與底殼分離，因此本文選擇方案二作為最終的切割位置。

1.2　擠壓方案

在確定了切割位置后，選擇合適的切片刀具對(duì)地雷進(jìn)行切割，然后在切割位置處對(duì)地雷進(jìn)行擠壓，實(shí)現(xiàn)壓蓋和隔板與底殼的完全分離。設(shè)計(jì)擠壓裝置的主要目的是防止由于炸藥的黏性使得切割后的壓蓋和隔板不能有效從底殼上脫落，基于塑料底殼的高彈性，通過(guò)外部的擠壓力，人為破壞炸藥對(duì)底殼與隔板的粘接作用，最終實(shí)現(xiàn)有效分離。如圖3所示，本次設(shè)計(jì)采用雙向?qū)ΨQ(chēng)的擠壓方式，使地雷底殼在對(duì)稱(chēng)力作用下變形，最后達(dá)到擠壓脫落的目的。

圖3　擠壓裝置

2　整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在確定了地雷的切割位置和擠壓方式后，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的傳動(dòng)方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)[4]，本文最終完成的地雷切割與擠壓裝置如圖4所示，主要由4大機(jī)構(gòu)組成，包括地雷頂升機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)、地雷切割機(jī)構(gòu)及對(duì)稱(chēng)布置的擠壓機(jī)構(gòu)。

圖4　地雷切割與擠壓裝置示意圖

本套裝置的地雷頂升機(jī)構(gòu)主要由兩套分別動(dòng)作的氣缸來(lái)完成驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)小氣缸的運(yùn)動(dòng)使地雷到達(dá)擠壓工位，然后大氣缸再運(yùn)動(dòng)，使地雷到達(dá)切割工位。夾持機(jī)構(gòu)采用電機(jī)+減速機(jī)+過(guò)渡法蘭+氣動(dòng)卡盤(pán)的動(dòng)力傳遞方式，待地雷到達(dá)切割工位后由氣動(dòng)卡盤(pán)夾住地雷，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下按照一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。切割機(jī)構(gòu)主要為一套單軸直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)模組，通過(guò)電機(jī)驅(qū)使絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，再由最末梢安裝的特制切刀實(shí)現(xiàn)對(duì)切割工位處的地雷底殼的進(jìn)給切割。擠壓機(jī)構(gòu)主要由一套液壓缸加缸桿前端連接的特制擠壓刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓工位處的地雷的擠壓動(dòng)作。夾持機(jī)構(gòu)在切割機(jī)構(gòu)完成切割后取消對(duì)地雷的夾持，然后地雷在頂升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)擠壓工位。本套裝置在4套機(jī)構(gòu)的協(xié)同配合下，一步一步完成對(duì)地雷底殼的切割，以及壓蓋和隔板與底殼的擠壓分離。下圖5a所示為地雷在切割工位處的工作示意圖，圖5b所示為地雷在擠壓工位處的工作示意圖。

圖5　地雷在不同工位處的工作示意圖

3　工藝流程介紹

本套裝置的工藝流程如圖6所示。具體動(dòng)作敘述如下：地雷在輸送線(xiàn)上被運(yùn)輸至頂升工位，頂升機(jī)構(gòu)的小氣缸縮回，定位套卡住地雷底部的定位孔，大氣缸再伸出，將地雷頂至切割工位；張開(kāi)的氣動(dòng)卡盤(pán)卡爪閉合夾住地雷底殼外圓，并在電機(jī)和減速機(jī)的帶動(dòng)下以較低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；直線(xiàn)模組的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副快速進(jìn)給，待切刀行進(jìn)至底殼切割位置處轉(zhuǎn)為慢速勻速進(jìn)給，前進(jìn)一定的距離后切刀退回，同時(shí)卡盤(pán)卡爪張開(kāi)松開(kāi)地雷；大氣缸再縮回，將地雷由切割工位降至擠壓工位，此時(shí)液壓缸缸桿伸出，帶著特制的擠壓刀具由對(duì)稱(chēng)的兩側(cè)同時(shí)擠壓上一工序切刀在地雷底殼上的切縫，實(shí)現(xiàn)底殼與壓蓋和隔板的完全分離，液壓缸縮回，底殼則掉落到壓蓋和隔板的結(jié)合體上；最后兩小氣缸再伸出，分離了的地雷則再次回到輸送線(xiàn)上的頂升工位，接著再被輸送線(xiàn)送至下一工序。經(jīng)過(guò)上述步驟，一顆地雷完成了切割與擠壓動(dòng)作，最終達(dá)到分離的目的。

圖6　工藝流程

4　結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)廢舊塑料防坦克地雷的回收處理，提出了一種新的機(jī)械拆分方法。通過(guò)對(duì)地雷壓蓋、隔板與底殼的切割方案與擠壓方案對(duì)比分析，選取了合適的切割位置與擠壓方式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種地雷切割與擠壓裝置，并詳細(xì)描述了各工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，最后介紹了各工作機(jī)構(gòu)在實(shí)際切割與擠壓時(shí)的工藝流程。本套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)高效、自動(dòng)化運(yùn)行。