全自动钢筋捆扎机设计研究

发表时间:2019/1/9   来源:《防护工程》2018年第29期   作者:张伟 黄耀
[导读] 目前建筑工地、大型桥梁、道路、铁路建设、隧道建设等大型工程都需要用到钢筋,捆扎钢筋的质量严重依赖工人熟练程度和经验。

西南交通大学希望学院  四川成都  610400
        摘要:目前建筑工地、大型桥梁、道路、铁路建设、隧道建设等大型工程都需要用到钢筋,捆扎钢筋的质量严重依赖工人熟练程度和经验。因此为了提高建筑业钢筋捆扎作业的效率,提高生产效率,节省劳动力成本,以及得到稳定的捆扎质量。本文设计了一款手持式自动钢筋捆扎机完全可以代替人工捆扎钢筋,设计中采用PIC16F877单片机进行自动控制电路设计,通过示波器进行系统工作参数测试,传感器检测送丝长度和咬紧程度,并对所设计的硬件进行试验。
        关键词:捆扎钢筋;PIC16F877单片机;传感器
       
       
        0 研究意义
        电动工具的智能化是当今世界发展的必然趋势,由于其体积小、使用便利、效率高、能耗低等特点,已在产业上普遍使用。同时,我国制造自动工具比例不断扩大,已经成为世界上主要的电动工具产品出口国和全球电动工具消费国。因此,未来电动工具行业发展的潜力巨大[1]。
        目前国内建筑业中钢筋捆扎大多数是采用人工捆扎方式,机械化程度低。这种方法不仅浪费了大量的时间,增加了工人的劳动强度,而且捆扎质量不易保证。国外进口自动钢筋捆扎机,价格较贵成本较高,且若对国外产品形成了依赖,十分不利于我国同类型产品的自主研发以及生产该产品的企业的发展。经过二十多年的发展,我国打捆机设备的生产已经逐渐形成一个包装机械行业,各种捆扎工具广泛应用于很多行业,称为现代工业社会必备的设备。然而我国目前所能生产制造的打捆机多为应用于轻工、服务行业的手动、半自动和全自动打捆包装设备,且只是一些通用型的捆扎机械,很少涉足建筑行业钢筋捆扎方式。采用自动钢筋捆扎机大大缩短了捆扎的时间并降低了劳动成本。因此设计一种机械化的钢筋自动捆扎机,并且可以手持,小巧方便。采用机械机构创新,实现钢筋自动捆扎,具有结构简单,工作可靠,成本低廉,并提高了钢筋捆扎操作的安全性。同时也为目前已有的钢筋捆扎机存在的问题提供了新的思路。
        1 国内外现状
        钢筋捆扎机是一种建筑用电池类智能型钢筋快速捆扎电动工具,又名全自动钢筋捆扎机(Automatic Rebar Tying Machine)。它是一种智能化工具,内置微控制器,能自动完成钢筋捆扎的所有步骤,可广泛应用于建筑工程领域(梁、弧、柱、梯等构件钢筋的捆扎),以代替人工捆扎钢筋。
        钢筋捆扎机最早从日本开始研制,如日本美克斯(MAX)公司[2]的钢筋捆扎机从20世纪90年代初就开始研制,1993年发明第一代产品并开始推广市场。到2012年,美克斯公司已经成功研制出第二代钢筋捆扎机产品,其性能非常好,市场份额大,但是价格也很昂贵。近十年来,国内也开始研究钢筋捆扎机系统,主要模仿日本产品,也占领了一部分市场。最近,随着国内厂家质量的逐步改进,部分厂家开始研发自主知识产权的产品,市场占有率也逐步增加,但是离挑战日本美克斯的地位还有很大的差距。



        2钢筋捆扎机的工作原理
        首先将被捆棒材夹紧成圆形(由棒材夹紧成形装置完成) ,小机架通过升降油缸带动∩形机构下降,∩形机构的内弧顶置于成形圆棒材的上圆顶部,扭结臂分别置于成形圆棒材截面的两侧,扭结臂下端导丝夹紧块置于成形圆棒材下圆底的下方,便于在成形圆棒材下圆底穿捆丝,然后完成下面所述动作。
        1) 送丝: 将预制好长度的捆丝放入送丝槽内,通过人工手推或自动送丝机构将捆丝送入∩形机构扭结臂下端的导丝夹紧块穿捆丝孔内,捆丝长度 1/2 的对等中点,置于∩形机构中心线的位置,使∩形机构中心线两边的捆丝的长度对等。由限位装置控制。
        2) 紧丝: 将捆丝穿入扭结臂下端的导丝夹紧块穿捆丝孔后,在顶丝机构的作用下将捆丝顶压在成形圆棒材下圆底,使其不可松动。小机架在升降油缸的推动下沿垂直轨道向上运行带动∩形机构与扭结臂的导丝夹紧块上升,同时,夹紧油缸的活塞杆拉动拉杆,通过拉板带动扭结臂向内夹紧。由于扭结臂的上升与夹紧的作用,捆丝将沿成形圆棒材截面的外表面运行。在∩形机构与扭结臂上升夹紧时捆丝沿棒材外表面运行时,始终保持倒“Ω”形状的形态包裹棒材。
        3) 扭结: 当∩形机构扭结臂下端导丝夹紧块带动捆丝上升、夹紧到成形圆棒材顶圆上方所设定的扭结距离后,也就是导丝夹紧块将捆丝的两头像钳口一样夹紧。液压扭结马达通过齿轮箱的齿轮组( 即主动齿轮与被动齿轮) 、主传动轴、∩形机构扭结臂与捆丝头开始旋转扭结,旋转到所设定的扭结角度后停止。通过夹紧油缸将扭结臂打开。
        4) 复位: ∩形机构与扭结臂在液压马达通过齿轮箱的齿轮组( 即主动齿轮与被动齿轮) 、主传动轴带动下开始反转,扭结臂下端的导丝夹紧块两穿丝孔的中心线反转到一定的角度后与送丝机构的中线互相重合成一条线后停止。反转后的角度与精度由精确的定位机构控制。顶丝机构的顶压头在顶板、旋转板、连接杆、油缸的反向运动退回到原位待命,准备下一次的捆扎。
        3钢筋捆扎机的硬件电路设计
        根据系统设计要求,为了进一步提高钢筋捆扎控制系统精度和扎紧力度以及集成度,本系统PIC16F877单片机采用C语言设计了输入与输出接口、JTAG下载接口、电源控制电路、送丝和捆扎等传感器电路和声光指示电路等。
        该系统从结构上分为传感器检测单元、电机驱动单元、电源稳压单元、传感器检测单元包括送钢丝长度检测、绕钢丝检测、霍尔传感器检测捆扎钢丝力度检测,把数据发送给决策控制器;电机驱动单元包括捆扎电机驱动单元和送钢丝电机驱动单元,负责送入指定长度钢丝和拧紧钢丝;电源稳压单元通过TLE4275芯片将充电池电压稳压为5V,供系统工作[3]。
        3.1主控芯片的选择
        本系统采用PIC16F877芯片作为核心部件,PIC16F877片内含有32KB的ROM,1024位的E2PROM和2048位的RAM,52个I/O口,2个8位,3个16位的定时器/计数器,12路模拟输入A/D通道,5个CCP(捕捉/比较/脉宽调制)模块,2个异步串行通信口(USART)。片内A/D转换器将1个模拟输入信号转换为对应的10位数字量。当CCP工作在脉宽调制(PWM)方式下,在外部接上简单的低通滤波器即可实现简单的D/A输出,该I/O口单元包括开关触发,圈数调节,捆扎力度调节[4]。
        3.2电机的驱动电路
        本系统采用两片IR2110驱动芯片通过单片机输出4路PWM波来驱动H桥电路4片MOSFET管间接的驱动直流电机,当VT1,VT4导通时,电机正转送丝,VT2,VT3导通时,电机反转剪断和绞紧。
        3.3送丝长度检测
        霍尔传感器UGN-3501M检测送丝长度,一般40~60mm左右,要有电位器设定送丝长度。通过电位器设定送丝长度。

投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: