调直机定长切割控制系统

磨床1

随着建筑业及建筑技术的迅猛发展，许多工地均广泛使用建筑预制构件。在预制构件的制作过程中，对其中使用的钢筋有严格的要求，除材料及其直径要求外，为使预制构件整齐美观受力均匀，还需对钢筋实施调直及定长切断。目前，由于机械定长装置的使用，若调直钢筋超过一定长度，其切断误差将超过标准，并且钢筋直径越小，其超差越严重，必须实施二次切断，而致劳动生产率降低。特别是低压供电系统广泛使用的水泥电线杆，若由于定长误差的存在，将使拉直成型时各根钢筋受力不一，致使浇注成型的水泥杆内部钢筋受力不均匀，从而为尔后的工作埋下隐患。因此各厂家为解决定长切断着实费了不少周折，但到目前，还没有成功控制超差的报道。本文将对调直定长切断过程做较详尽的分析，并对定长切断过程实施自动控制。
1　调直定长切割机工作原理
; h% p6 G4 Q  T　　原机械式调直定长切割机总体结构如图1所示。图中，1为盘料架，需调直加工的钢筋就绕在上面。2为调直筒，钢筋由盘料架上出来后进入该筒，适当调整调直块的调整螺钉，将调直块紧固在不同的偏心位置上，以便对不同规格或不同性质的钢筋进行调直。调直的方案有高斯曲线型、正弦曲线型和余弦曲线型，分别适用于不同直径，不同屈服强度的钢筋。在调直多盘钢筋后，调直块会产生磨损，此时，应补调偏心以保证调直效果。3为调直机主传动箱及牵引压辊，传动箱内由机械减速机构将电机转速降低，并带动主动压辊(上压辊)旋转。上料时，转动一偏心手柄，使上压辊抬起，将钢筋穿过上压辊与下压辊(被动压辊)之间的V型槽，然后反向转动偏心手柄，使上压辊放下，上下两压辊呈夹持钢筋状态。料压在两压辊之间，被调整钢筋力量的大小取决于压辊之间的夹持力。与上压辊机械相连的连杆上有一弹簧与之相连，该弹簧对上压辊实施加压，压辊的牵引力与压力成正比，故对不同直径与材质的钢筋应选择不同的弹簧压力，从而较好地握持并牵引钢筋。同时，为防止在剪切时的连切现象，在钢筋被顶停下时，钢筋与压辊间应能出现明显的打滑。因此弹簧压力的调整是调直机能否正常工作的关键。4为机座，5为剪切机构。传动箱中偏心轴的双滑块机构带动锤头作垂直方向的直线往复运动，剪切机构的方刀台中装有上下切刀，当装在方刀台中的切刀进入锤头下面时，上切刀被锤击而实现钢筋切断工作。钢筋被打断后，方刀台靠拉杆弹簧复位。6为受料架，受料架是调直切断机的定长机构，架上有用于定长的定尺板，根据需要的长度调整好定尺板在拉筋上的位置，并调整好拉筋弹簧的压力，使被调直钢筋能顶动定尺板前进，而且又要在钢筋被切断后方刀台能及时复位。当被调钢筋顶动定尺板前进到位时，定尺板带动拉筋移动，拖动方刀台进入锤头下面而实现剪切。剪切完成后，方刀台靠拉杆弹簧复位。当钢筋被切断时，受料架张开卸料，钢筋落下后，受料架随即关闭，接受下一根钢筋。受料架卸料时，张开时间的长短由时间继电器控制。
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, H7 Y; x& y3 v; w0 t9 I图1　调直机总体结构图
2 b/ t7 {" [+ R2 I4 e0 L2　定长误差存在的原因
　　图1中，被调直的钢筋调直完毕后，需对其长度进行测量以便给出定长切断信号。从调直筒出来的钢筋由上下压辊牵引而前进，通过剪切机构后进入受料架。在受料架中钢筋顶住定尺板并带动拉筋前进，到位后靠钢筋的顶力使拉筋带动行程开关动作，给剪切机构送出剪切信号，并将带有下切刀的方刀台送到锤头下面，锤头锤击上切刀从而使钢筋剪断。从其定长工作的过程不难分析其定长误差存在的原因，分析如下：
　　(1) 钢筋顶动定尺板因弯曲引起的误差。受料架上定尺板及拉筋均有一定的质量，且存在滑动摩擦力，而且还要拖动行程开关动作，钢筋或多或少地存在一定的弯曲，不可避免地存在定长误差。
8 \, k  _$ M+ e. c& g* f　　(2) 由于钢筋在行走且锤头位置不确定而存在的误差。调直钢筋被压辊拖动以一定速度行进(一般情况钢筋前进速度为30m/min)，锤头上下往复运动频率为600次/分，则锤头完成一个行程需要0.1s，即剪切机构从接收到信号到锤头落下剪切完成，时间在0～0.1s范围内变化。若让钢筋自由行走，钢筋必须会存在0～50mm之间的行走误差。而目前的定长方法是到位后迫使钢筋停止前进来获得所需的剪切精度，则夹辊与钢筋间将存在相对运动而打滑，势必在钢筋表面形成划痕。同样，迫使钢筋停止前进亦会产生上节所出现的情况，而且钢筋越长，误差越严重。
3　新的定长与控制措施
6 V6 p* ~- c) `! B# X, U& D9 d　　很显然，前述定长方案无法消除切断误差，需从其它途径进行探讨。
7 C5 S1 U7 [* j+ [- T　　对象给定参数：钢筋d=3～8mm;定长300～6000mm,可加长至8000～18000mm;钢筋前进线速度30m/min;调直筒转速n=2400r/min;压辊直径D=90mm,转速142r/min。
- I( N/ O* {* y" _  j( ~　　(1) 定长的检测
　　为实现准确定长，在调直机下压辊(被动压辊)上装上同轴测量盘，盘厚2mm直径取197mm，在盘的边缘均匀加工宽1mm，深4mm的槽300个，在边缘距周边3mm处装上光电开关管(光轴距边缘3mm)，则光电管光轴所在点对应的测量盘周长为π(D-6)=600mm，测量孔轴线的速度v=30×191/90=63.67m/min，每秒钟光电管发出脉冲63.67×1000÷60÷2＝530.6个脉冲，脉冲间距1.885ms，两脉冲间距离代表长度2×90÷191＝0．942mm，显然这样的测量精度是难以满足要求的，为此，对光电开关管输出脉 冲实施倍频，即脉 冲频率f=1061Hz，脉冲间距0.942ms，脉冲间距离代表长度0.471mm。计数器最大计数值216，即最大可定长30.88mm，满足实际要求。
. Y5 }% p) d5 }! H3 K1 ^' Y: d　　(2) 切断控制
　　定长切断装置存在切断误差的关键在于，当控制系统发出切断指令时，除系统自身有一响应时间外，钢筋仍在以一定速度前进着；只有钢筋顶住定尺板后，钢筋才在上下压辊间打滑，等待切断。倘若在实际操作中，使控制系统在发出切断操作指令时钢筋已经停止前行，或者在切断操作开始前钢筋已经停止前行，则可以有效地减少由于锤头位置的随机性而引起的切断误差。根据这一构想，我们对原定长切断机构作了改进，改上下压辊一直驱动钢筋前进为间断驱动方式，其控制过程是这样的：当一次切断操作完成后，装有上切刀的方刀台退出，控制器控制电磁铁线圈，使其失电，牵引电磁铁放下上压辊，使下压辊压住钢筋拖动其前进，装在下压辊上的测量盘旋转，它所发出的脉冲送到控制器进行计数。当计数脉冲所对应的长度等于设定长度时，控制器给电磁铁发出信号，令其抬起上压辊。上压辊抬起后，钢筋前进的驱动力消失，钢筋停止前进，(注：调直机构在对钢筋调直操作过程中，不存在使钢筋轴向移动的驱动力)，此时，控制器使装在方刀台上切刀进入锤头下面，上切刀被锤头锤击而切断钢筋，然后重复另一个新的循环。由于从控制器发出抬上压辊的命令，到上压辊被抬起，钢筋因无轴向驱动力而停止前进，一般需要150～180ms左右，视具体装置构成而定，故在控制器中，长度设定值应减去在这段时间内钢筋行走的长度，具体数值应由具体装置经实际调试而得。
8 p- m* s* b; V0 |% s4　系统的控制与运行
( r% F( c1 W+ D0 r! S* {1 `, a　　系统的定长与切断控制装置由MCS-51单片机构成，如图2所示。由测量盘送的脉冲，经脉冲整形、倍频，送到8031的T0入口，作为定长计量输入。定长设定由三位BCD拨码盘输入，偏移量由操作者根据实际装置进行调整，计算机给定计数值等于BCD码盘设定值所对应的脉冲数值减去偏移量。则在钢筋前进过程中，测量盘旋转发出的脉冲，经整形、倍频送到8031进行计数。在计测过程中，计算机不断地将计数值与给定值比较；当计数值等于给定值时，计算机送出信号使牵引电磁铁得电，将上压辊抬起，使钢筋停止前行，计算机发出切断信号使钢筋切断。计算机在发出切断信号之后，经一定时间的延时，发出新一轮计量开始信号，使牵引电磁铁释放，上压辊被放下，夹持钢筋并驱动其前行。
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图2　控制系统示意图
　　控制系统中，为避免由于电源电压的变化对牵引电磁铁动作时间的影响，在电磁铁线圈主回路中，设置了容量为牵引电磁铁启动功率5倍的交流稳压器，以保证每次动作的状态与条件相同，同时，应保证电磁铁动作部分充分润滑。
8 @" Q( e, {, i/ y. T% a5 a　　为避免电源电压波动，以及电磁操作对计算机系统的干扰，提高系统运行可靠性，采取了以下抗干扰措施。
  w* p* k' g8 F  j0 i: k　　(1) 硬件方面采用有静电屏蔽的变压器作为控制电源变压器，并在电源输入设有两级LC滤波电路。为防止计算机系统前后级间的影响，在每一片集成块的电源与地之间并联一只0.47μF的电容，以吸收集成电路工作时产生的脉冲干扰。从测量盘到控制器之间用屏蔽电缆进行脉冲传输，系统的控制部分置于接地良好的金属箱体内，这可防止空间电磁脉冲对系统的影响。
　　(2) 软件方面设置了软件定时监视器，以防止程序因干扰进入非程序区，造成系统运行不正常。只要程序运行时间超过设定时间，定时监视器便申请中断，迫使系统进入初始状态。
　　该控制装置在一调直切断机投入使用，设定长度0.3～30m，对不同定长量时的偏移量已经由实际调试后固化到程序存贮器中。经实际试运行，该装置在整个设定长度内，切断长度误差2mm，满足实际要求，目前已经入投现场运行。
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