鋼筋切斷機(jī)由于工作可靠、效率高等，是鋼筋加工必不可少的設(shè)備之一，它主要用于房屋建筑、橋梁、隧道、電站、水利等工程中對鋼筋的切斷，應(yīng)用十分廣泛。各生產(chǎn)廠家為提高自己產(chǎn)品的技術(shù)性能、增加產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，努力降低生產(chǎn)成本，并不斷開發(fā)新的品種。對鋼筋切斷機(jī)的理論研究也不斷深入。

    目前，國內(nèi)的鋼筋切斷機(jī)多以機(jī)械輪剪式切斷為主，圖1為這些鋼筋切斷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。其工作過程基本為：電動機(jī)輸出動力經(jīng)過皮帶傳動和三級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機(jī)座的滑道中做往復(fù)直線運(yùn)動，使動刀片和定刀片相錯而切斷鋼筋。其閉式的鋼筋切斷機(jī)的構(gòu)造基本雷同。包含GQ32、GQ40、GQ50、GQ70型均如此。

圖1 基本結(jié)構(gòu)

    在目前的市場上，以GQ40型鋼筋切斷機(jī)的產(chǎn)量最大，也有部分廠家生產(chǎn)GQ32及GQ50型鋼筋切斷機(jī)，而生產(chǎn)GQ70型鋼筋切斷機(jī)的廠家還很少。

    本文作者在文獻(xiàn)中，對國產(chǎn)鋼筋切斷機(jī)的生產(chǎn)及技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了討論，包含：機(jī)體減型，配用電機(jī)，采用一次性結(jié)構(gòu)等問題。并就改良與發(fā)展方向進(jìn)行了探討，提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)，采用有限元技術(shù)對機(jī)體進(jìn)行輕量化設(shè)計，對傳動系統(tǒng)的齒輪傳動優(yōu)化，發(fā)展新的品種，改良涂裝質(zhì)量等。

    最近兩年來，我國在鋼筋切斷機(jī)技術(shù)裝備方面的進(jìn)步不明顯，產(chǎn)品的技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相比，尚有一定的差距。其主要表現(xiàn)為：品種尚不夠豐富，外形結(jié)構(gòu)雷同，同等功率條件下，切割效率低。從鋼筋切斷機(jī)的發(fā)展趨勢看，隨著建筑設(shè)計與建筑施工技術(shù)的規(guī)范化，建筑工程設(shè)計與應(yīng)用鋼筋必將進(jìn)入商品化供應(yīng)時代。即根據(jù)建筑配筋表采購鋼筋，在鋼筋使用現(xiàn)場轉(zhuǎn)化成可用鋼筋，采用商品化供應(yīng)鋼筋。這類鋼筋的一體化生產(chǎn)與供應(yīng)要求鋼筋切斷機(jī)有更高的性能，更豐富的品種。

    開發(fā)新的切斷機(jī)品種是各生產(chǎn)廠家的重點(diǎn)工作，比如現(xiàn)有的鋼筋切斷機(jī)在切口部分對鋼筋形成擠壓，使鋼筋在切斷處有一段近似半橢圓或者不規(guī)則的變形，此處的鋼筋就不能直接用于工程建筑上的套絲連接。由于國內(nèi)生產(chǎn)廠家的設(shè)計手段還比較落后，主要采用AutoCAD設(shè)計軟件，產(chǎn)品的設(shè)計及改良過程比較緩慢，設(shè)計中的運(yùn)動仿真及干涉檢查功能欠缺。本文介紹了基于Inventor，對鋼筋切斷機(jī)的通用結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析的技術(shù)，為快速進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計改良奠定了基礎(chǔ)。

1 Autodesk Inventor軟件介紹

    Autodesk Inventor軟件是美國AutoDesk公司推出的三維可視化實(shí)體模擬軟件。它包含三維建模、信息管理、協(xié)同工作和技術(shù)支持等各種特征。使用Autodesk Inventor可以創(chuàng)建三維模型和二維制造工程圖、可以創(chuàng)建自適應(yīng)的特征、零件和子部件，還可以管理上千個零件和大型部件，它的“連接到網(wǎng)絡(luò)”工具可以使工作組人員協(xié)同工作，方便數(shù)據(jù)共享和同事之間設(shè)計理念的溝通。Inventor在用戶界面簡單，三維運(yùn)算速度和著色功能方面有突破的進(jìn)展。它是建立在ACIS三維實(shí)體模擬核心之上，設(shè)計人員能夠簡單迅速地獲得零件和裝配體的真實(shí)感，這樣就縮短了用戶設(shè)計意圖的產(chǎn)生與系統(tǒng)反應(yīng)時間的距離，從而最小限度的影響設(shè)計人員的創(chuàng)意和發(fā)揮。

2 使用Autodesk Inventor 2011進(jìn)行三維建模

    2.1 主要零件的設(shè)計及建模

    典型的鋼筋切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，共有一百多個零件。GQ32、GQ40、GQ50、GQ70切斷機(jī)的零件結(jié)構(gòu)相同，主要是尺寸大小變化。其中主要的零件有：機(jī)體，小帶輪，大帶輪，各個齒輪軸及大齒輪，曲軸，連桿，刀座及刀片。在此，以機(jī)體的建模設(shè)計過程為例說明，其他零件的設(shè)計建模過程可參照機(jī)體的設(shè)計。完成整體設(shè)計后，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 機(jī)體整體輪廓草圖

圖3 機(jī)體整體結(jié)構(gòu)圖

    2.2 鋼筋切斷機(jī)的裝配

    在Inventor2011中，可以將主軸箱的三維實(shí)體零件或部件按照一定的裝配約束條件裝配成一個部件，同時這個部件也可以作為子部件裝配到其他的部件中去，最后零件和子部件構(gòu)成一個符合設(shè)計構(gòu)思的整體部件。完成裝配后的效果圖如圖4，其透明視圖如圖5。

圖4 裝配效果圖

圖5 透明視圖

    2.3 應(yīng)用Inventor軟件進(jìn)行干涉檢查

    在部件中，兩個或多個零部件不能同時占用相同的空間。要檢測這樣的錯誤，可以檢查部件中的干涉。在零部件交疊處，干涉部分臨時顯示為實(shí)體。另外，Inventor2011還可以檢查子部件中零部件之間或所選的一組零部件或兩組零部件之間的干涉。

    檢查出干涉之后，干涉體積顯示為實(shí)體。干涉報告列出干涉的零件或子部件，給出干涉體積形心的x、y、z坐標(biāo)，列出干涉的體積。根據(jù)檢查，可以編輯零部件以刪除干涉。

    應(yīng)該注意的是：使用Inventor 2011設(shè)計的螺紋，為了提高運(yùn)行效率，并不是真實(shí)地切削加工來把螺紋表達(dá)出來，而是在表面貼一層涂層，給人以真實(shí)螺紋的感覺。因此在進(jìn)行螺紋裝配時，本來是正確的裝配關(guān)系，進(jìn)行干涉檢查時，系統(tǒng)會提示有干涉，如果干涉部分是指螺紋處，可以不予理睬。因?yàn)槟鞘窍到y(tǒng)本身的錯誤。

    普通零件干涉檢查及解決方案的過程和方法都是一樣的，在此以連桿和連桿銅瓦的干涉檢查為例說明。

    (1)選擇【檢驗(yàn)】面板中的【過盈分析】選項，打開【干涉檢查】對話框；

    (2)點(diǎn)擊【定義選擇集1】按鈕前的箭頭按鈕，然后選擇連桿；點(diǎn)擊【定義選擇集2】按鈕前的箭頭按鈕，然后選擇連桿銅瓦。點(diǎn)擊【確定】按鈕顯示檢查結(jié)果；

    (3)如果檢查不到任何的干涉存在，則打開對話框顯示【沒有干涉檢查】，則說明部件中沒有干涉存在。否則會打開【檢查到過盈】對話框。如圖6；

圖6 連桿與連桿銅瓦干涉檢查

    2.4 繪制各主要零件的工程圖

    與AutoCAD相比，Inventor的二維繪圖功能更加強(qiáng)大和智能：

    (1)Inventor可以自動由三維零部件生產(chǎn)二維工程圖；

    (2)由實(shí)體生產(chǎn)的二維圖也是參數(shù)化，二維三維雙向關(guān)聯(lián)，如果更改了三維零部件的尺寸參數(shù)，那么它的工程圖的對應(yīng)尺寸參數(shù)自動更新；也可以通過直接修改工程圖上的零件尺寸而對三維零件的特征進(jìn)行修改；

    (3)用Inventor2011可以直接創(chuàng)建standard.dwg格式的工程圖，與AutoCAD創(chuàng)建的圖紙格式完全互通，通用性、交流性沒有任何障礙。圖7為生成連桿工程圖。

圖7 連桿工程圖

    2.5 傳動結(jié)構(gòu)的運(yùn)動仿真

    為了檢驗(yàn)設(shè)計效果，需要進(jìn)行運(yùn)動仿真。為了表示的更加清晰，在這里的運(yùn)動仿真中，僅取設(shè)計的傳動部分，即三級減速器及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在運(yùn)動仿真之前，其裝配結(jié)構(gòu)是不完全約束的，保留了各個齒輪嚙合運(yùn)動中繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。運(yùn)動仿真主要步驟為：

    (1)進(jìn)入【環(huán)境】面板，選擇【運(yùn)動仿真】模塊；

    (2)當(dāng)仿真播放器已自動打開后，需要打開【構(gòu)造模式】，選中菜單中的【插入運(yùn)動約束】，選擇運(yùn)動模式為【傳動：外齒輪嚙合運(yùn)動】，然后【零部件1】選擇軸I的分度圓，【零部件2】選擇Ⅱ軸大齒輪的分度圓，點(diǎn)擊【確定】。如圖8所示；

圖8 運(yùn)動仿真設(shè)置

    (3)按上述方法，依次確定各個齒輪間的運(yùn)動鏈接類型；

    (4)在運(yùn)動仿真樹結(jié)構(gòu)中，選擇I軸與Ⅱ軸大齒輪的鏈接，右鍵單擊選擇【特性】，加入驅(qū)動【轉(zhuǎn)矩】和驅(qū)動【速度】；

    (5)點(diǎn)擊【仿真播放器】上的【播放】按鈕，即可清晰的觀察到傳動機(jī)構(gòu)按真實(shí)傳動比速度下的運(yùn)動情況。并且可以在【輸出圖示器】中觀察到各個齒輪的運(yùn)動速度及轉(zhuǎn)矩等各項參數(shù)。如圖9所示。

    根據(jù)仿真分析結(jié)果，我們可以對上述的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行更改，直到獲得滿意的設(shè)計方案與結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

    鋼筋切斷機(jī)屬于生產(chǎn)量巨大，技術(shù)較為成熟的產(chǎn)品。對其進(jìn)一步進(jìn)行改良才可以提高產(chǎn)品的性價比，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。

圖9 運(yùn)動仿真參數(shù)

    本文介紹了使用三維設(shè)計軟件Inventor 2011進(jìn)行鋼筋切斷機(jī)三維建模與運(yùn)動仿真的技術(shù)。由于該軟件中，由實(shí)體生產(chǎn)的二維圖也是參數(shù)化的，且二維三維圖雙向關(guān)聯(lián)，如果更改了三維零部件的尺寸參數(shù)，那么它的工程圖的對應(yīng)尺寸參數(shù)自動更新；也可以通過直接修改工程圖上的零件尺寸而對三維零件的特征進(jìn)行修改。

    本設(shè)計可以大幅降低鋼筋切斷機(jī)的研發(fā)周期及成本，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文等技術(shù)手段與方法對設(shè)計同類產(chǎn)品，如鋼筋彎曲機(jī)、鋼筋調(diào)直機(jī)、鋼筋彎箍機(jī)等有一定的參考意義。

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本文標(biāo)題：基于Inventor的鋼筋切斷機(jī)的三維建模與運(yùn)動仿真

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