CN107716570A - 一种用于圆钢的拉拔牵引装置、控制系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于圆钢的拉拔牵引装置，包括进料机构、用于缠绕物料的旋转卷筒、设于进料机构和旋转卷筒之间的机械手机构、用于接收完成加工的物料的料架及控制系统，旋转卷筒上活动连接有拉拔器，该拉拔器可与机械手机构配合从进料机构上夹取待加工物料并牵引缠绕至旋转卷筒上，于待加工物料稳定缠绕至旋转卷筒时，该拉拔器可解除对物料的夹持，使得完成加工的物料自动落入料架。本发明还公开了上述装置的控制系统，包括传感器、控制器、第一感应器、计数模块、第二感应器、第三感应器。本发明还公开了上述装置的操作方法。本发明结构设计合理，实现全自动化操作，降低了人工成本，安全性能更高，灵敏度高，拉拔效率高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于钢筋处理机械领域，尤其是涉及一种用于圆钢的拉拔牵引装置、控制系统及其操作方法。
背景技术
钢材加工通常是在外部拉力作用下，迫使钢材胚料通过模孔，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的成品钢材。目前市场上的拉拔装置需要人工上料，人工引链上料耗费的原材料较多，增加了成本，加工完成后需要人工下料，由于钢材重量大不易控制，容易造成人身的伤害，人工成本高，而且需要停机进行操作，再次进行拉拔时，由于旋转卷筒的停止转动和重新启动，造成线速度的变化，会导致其首端的外径不符合要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自动化程度高、反应灵敏、安全性能高、浪费的原材料少、拉拔效率高、拉拔效果好的用于圆钢的拉拔牵引装置、控制系统及其操作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于圆钢的拉拔牵引装置，包括与待加工物料定位配合的进料机构、用于缠绕物料的旋转卷筒、设于进料机构和旋转卷筒之间的机械手机构、用于接收完成加工的物料的料架及控制系统，所述旋转卷筒上活动连接有拉拔器，该拉拔器可与机械手机构配合从进料机构上夹取待加工物料并牵引缠绕至旋转卷筒上，于待加工物料稳定缠绕至旋转卷筒时，该拉拔器可解除对物料的夹持，使得完成加工的物料自动落入料架。
现有的拉拔装置需要将整根钢管拉出，扭矩加大，头部夹持的物料较长，报废的物料较多，增加了生产成本；本发明通过各个机构之间的配合实现了全自动化工作，无需停机进行上料和下料的操作，不仅降低了人工成本，而且连续作业，损耗的原材料减少。
进一步的，所述拉拔器包括由多个可贴合于旋转卷筒侧壁的链节组成的链条、设于链条上的夹具组件及形成于旋转卷筒侧壁的切削面。切削面的设置使得完成加工后的钢材在夹具组件放松对其的夹取之后，在弹力的作用下自动从旋转卷筒侧壁弹出，在重力的作用下掉落至料架，无需停机后人工对夹持的钢材进行下料操作，避免钢材回弹对工人造成人身伤害。
进一步的，所述切削面为自靠近夹具组件一侧沿旋转卷筒周向逐渐缩小的渐开槽结构，该渐开槽延伸旋转卷筒部分侧壁设置。
进一步的，还包括用于压紧缠绕于旋转卷筒上的物料的压轮机构。当缠绕的圈数较多时，围绕旋转卷筒周向设置的多个压轮机构可以避免物料脱离旋转卷筒侧壁，保证物料贴于旋转卷筒外壁。
进一步的，所述进料机构上设有用于判断待加工物料有无的检测机构。检测机构可以对待加工的钢材原料进行初步判断，一旦其线径不符合要求或其表面有损伤或没有物料就立刻停机，将损失降低到最低限度。
进一步的，所述旋转卷筒上设有冷却系统，其包括挡板、环绕旋转卷筒设置的圆盘及顶部与圆盘连通的水冷腔，所述挡板上与水冷腔的正对位置设有进水管，所述圆盘底部设有排水管。通过进水管进入水冷腔内的冷水可以将旋转卷筒外壁的温度降低，避免钢材的高温损坏旋转卷筒，水冷腔内的水被加热后通过顶部溢出至圆盘内通过排水管排出，实现水冷腔内的水循环，冷却效果好，降低对装置的损伤，提高成品圆钢的成品率。
进一步的，所述旋转卷筒内置有液压油路，该液压油路与一滑环相连，所述滑环可跟随液压油路与旋转卷筒同步旋转。避免液压油路随着旋转卷筒不断转动造成缠绕。
本发明又公开了一种圆钢拉拔牵引装置的控制系统，所述控制系统包括：
传感器，设于进料机构，用于感应待加工物料是否安装于进料机构的出料口；
控制器，用于接收传感器发送的信号，并将信号传递至机械手机构；
第一感应器，设于机械手机构，用于接收控制器发出的信号，将贴合于旋转卷筒上的夹具组件牵引至出料口；
计数模块，用于记录旋转卷筒的转动圈数，并于转动圈数达到设定数值时，通过控制器将信号传递给压轮机构；
第二感应器，设于压轮机构，用于接收控制器发出的信号，控制压轮机构对物料施加外力将其限制于旋转卷筒外壁；
第三感应器，设于拉拔器，用于接收控制器发出的信号，于转动圈数达到设定数值时，控制夹具组件解除对物料的夹持;
第四感应器，设于进料机构，用于接收控制器发出的信号，控制进料机构随着物料沿着旋转卷筒外壁缠绕上升而上升。
本发明还公开了一种圆钢拉拔牵引装置的操作方法，包括以下步骤：
1）将进料机构上升至最高位置后，将待加工物料的端部形成扎头后插入进料机构；
2）调整进料机构的高度位置，使得进料口与夹具组件所在高度齐平设置；
3）控制机械手机构将夹具组件牵引至出料口，将夹具组件套入待加工物料；
4）上夹头和下夹头沿着轨道向本体外移动，待加工物料被稳定夹持；
5）拉拔器向控制器发出信号，旋转卷筒转动，带动物料转动缠绕至旋转卷筒外壁，同时进料机构接收到信号后上升，保证物料处于水平状态；
6）缠绕至设定数值圈数后，控制压轮机构对缠绕至旋转卷筒外壁的物料施加外力将其限制于旋转卷筒外壁；
7）控制上夹头和下夹头沿着轨道向本体内移动，夹具组件解除对物料的夹持，物料端部在切削面的作用下，自动从旋转卷筒上脱离，重力作用下带动完成加工的物料掉落至料架；
8）旋转卷筒上的负载电流小于设定值时，旋转卷筒停止转动。
进一步的，所述步骤6）中设定的数值为8-10圈；所述步骤8）中负载电流设定值为55-60A。利用负载电流判断旋转卷筒上承载的钢材重量，快速、灵敏地判断出钢材是否全部完成加工，也可以有效判断钢材是否出现中断情况，及时作出反馈。
本发明的有益效果是，结构设计合理，实现全自动化操作，降低了人工成本，安全性能更高，灵敏度高，拉拔效率高，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的部分立体结构示意图一。
图3为本发明的部分立体结构示意图二。
图4为本发明的部分立体结构示意图三。
图5为本发明的部分立体结构示意图四。
图6为本发明的俯视结构示意图。
图7为本发明的局部剖视侧视图一。
图8为本发明的侧视图一。
图9为本发明的局部剖视侧视图二。
图10为本发明的侧视图二。
图11为夹具组件围设于旋转卷筒外壁状态的立体结构示意图。
图12为夹具组件被拉伸至进料机构取料状态的立体结构示意图。
图13为本体的主视结构示意图。
图14为本体的立体结构示意图一。
图15为本体的立体结构示意图二。
图16为本体的剖面结构示意图。
图17为本体的俯视结构示意图。
图18为旋转卷筒的立体结构示意图一。
图19为旋转卷筒的立体结构示意图二。
图20为旋转卷筒的部分剖面结构示意图。
图21为机械手机构的立体结构示意图。
图22为机械手机构的三种动作状态示意图。
图23为模具组件与进料机构的配合结构剖视图一。
图24为模具组件与进料机构的配合结构剖视图二。
图25为模具组件与进料机构的配合结构爆炸图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1-10所示，一种用于圆钢的拉拔牵引装置，包括用于固定待拉拔物料的进料机构1、用于缠绕物料的旋转卷筒2、活动连接在旋转卷筒2上的拉拔器5、将拉拔器5从旋转卷筒2上牵引至进料机构1以夹取物料的机械手机构3、及设于旋转卷筒2下方用于接收完成加工的物料的料架4。选用不同外径的料架4，可以控制完成加工的圆钢的收卷直径，选用不同高度的料架4，可以控制完成加工的圆钢的收卷高度。料架4的底部安装有滑轮，其正对放置在旋转卷筒2的底部，侧壁围设有多个倒U型支架，方便散热。
如图11-18所示，拉拔器5包括链条51和形成在旋转卷筒2底部侧壁的切削面21。链条51的一端固定连接在旋转卷筒2侧壁上，链条51的另一端固定连接有夹具组件。为了保证链条51能紧密贴合在旋转卷筒2的外壁上，也为了提高链条51的灵活性，其由多个块状链节511组成。夹具组件包括形成有空腔的本体521、上下平行地安装在空腔内的上夹头522和下夹头523，空腔内形成呈直角梯形槽结构的轨道524，本体521内安装有液压泵，通过连接在液压泵上的两个油路对上夹头522和下夹头523的移动方向进行控制。本体521上安装有磁性件，当夹具组件贴合在旋转卷筒2的外壁上时，磁性件与旋转卷筒2相互吸引，保证夹具组件与旋转卷筒2的稳固配合连接。
当需要夹具组件夹持物料时，将物料插入上夹头522和下夹头523之间的间隙，油路提供液压驱动上夹头522和下夹头523同时向本体521外移动，由于梯形斜面的挤压作用，上夹头522和下夹头523之间的间隙缩小，物料被稳固夹持，夹具组件处于工作位。为了保证夹持的稳定性，上夹头522和下夹头523相对的面上形成有锯齿结构。
当需要解除对物料的夹持时，反向的油路驱动上夹头522和下夹头523同时向本体521内移动，上夹头522和下夹头523之间的间隙扩大，物料被放松，夹具组件处于收纳位。
为了保证上夹头522和下夹头523工作时不产生偏移，在上夹头522上形成限位柱527，本体521上开设有限位槽525，限位柱527从限位槽525穿出后可以用螺丝固定，使得限位柱527只能沿着限位槽525移动。本体521的底部还形成有 “工”字形的牵引柱526。
切削面21为自本体521一侧沿着旋转卷筒2的周向逐渐缩小的渐开槽结构，切削面21只延伸部分侧壁。为了避免钢材弯曲幅度过大，在旋转卷筒2的外壁上形成用于容置本体521的凹槽，渐开槽结构的最大深度小于凹槽的深度。
为了保证缠绕在旋转卷筒2上的钢材贴合于旋转卷筒2外壁，在旋转卷筒2上部外壁周向分布有多个压轮机构6，于本实施例中，设置了三个压轮机构，每个压轮机构包括两个沿旋转卷筒2轴向安装的压轮。压轮机构6可以夹紧旋转卷筒2上的圆钢，防止拉拔后的圆钢还没有达到足够的圈数时发生打滑。
旋转卷筒2由电机驱动旋转，旋转卷筒2内安装有用于对拉拔器5进行液压油的输入和输出的液压油路25，为了避免液压油路25随着旋转卷筒2转动而卷曲缠绕，在液压油路25上连接一滑环26，该滑环26可以跟随液压油路25、旋转卷筒2同步转动，不会造成卷曲。
如图19-20所示，旋转卷筒2上安装有冷却系统，其包括设置在旋转卷筒2上的环形水冷腔24、连接在水冷腔24侧壁上的圆盘23及连接在圆盘23顶部的挡板22，挡板22位于水冷腔24顶部的位置安装有进水管221，圆盘23的底部安装有排水管231。工作时，冷水通过进水管221进入水冷腔24内，旋转卷筒2的A侧壁得到降温冷却，水冷腔24内的水升温后从顶部溢出至圆盘23，最后通过排水管231排出，不断循环使得旋转卷筒2的温度得到降低，从而控制装置的温度，降低对装置的损伤，提高成品圆钢的成品率。
如图21所示，机械手机构3包括固定安装在本发明用于圆钢的拉拔牵引装置的外壳侧壁上的安装座31、可以水平转动地连接在安装座31上的旋转臂32及可以水平转动地连接在旋转臂32一端的机械勾33，机械勾33上形成可以卡入牵引柱526的卡槽331。旋转臂32通过一行星减速机35连接有伺服电机34，机械勾33通过一转角行星减速机36连接有伺服电机37。
如图22所示，当机械手机构3处于待命状态时，即如图中B1所示，旋转臂32和机械勾33处于同一水平线上，且倚靠外壳侧壁设置，即此时机械手机构3不会干涉拉拔作业的进行；当机械手机构3处于牵引夹具组件的状态时，即如图中B2所示，旋转臂32和机械勾33呈角度设置，卡槽331卡入牵引柱526；当机械手机构3处于牵引夹具组件的状态时，即如图中B2所示，机械勾33将夹具组件牵引至进料机构1的出料口12位置。
如图23-25所示，进料机构1包括设有进料口11和出料口12的箱体13、安装在箱体13内的模具组件14及用于升降箱体13的定位组件。模具组件14与出料口12紧密贴合设置，其自左向右依次包括压紧螺母141、第一密封垫片142、用于控制完成加工后成品外径的第一拉丝模具143、第二密封垫片144、套管145、用于支撑待加工物料的第二拉丝模具146及第三密封垫片，第二拉丝模具146的外径大于第一拉丝模具143的外径，套管145为带有手柄的中空柱形结构，第一拉丝模具143和第二拉丝模具146突出于套管145两端开口设置，套管145的内壁形成沿轴向延伸的弧形冷却槽147，该冷却槽147内可以流动冷却水达到降温的目的，避免第一拉丝模具143和第二拉丝模具146受热损坏。
箱体13上形成有可支撑待加工钢材的中空的腔体16，腔体16的另一端有进料口11，进料口11设有四个导向辊111，两个导向辊竖直安装，另两个导向辊水平安装，钢材从四个导向辊的中心穿过。
箱体13下方连接有定位组件，其包括方柱体151、可与箱体13相连的滑块152、用于带动滑块152移动的驱动件153及用于控制滑块152沿方柱体151上下平移的导向座154。方柱体151为中空结构，滑块152穿设在方柱体151内，驱动件153为连接在滑块152底部的伸缩油缸，导向座154为安装在方柱体151两侧的竖直平板结构，驱动件153驱动滑块152在方柱体151内沿着导向座154上下平移时，箱体13随之上下移动。
为了保证钢材拉拔的质量，在钢材加工之前就对其进行检测，在进料机构1的出料口12上设置检测机构，该检测机构包括安装在出料口12的三个工业摄像头，其对从出料口12内的钢材进行外观检测判断，假如钢材的线径不符合要求或者钢材的表面具有损伤处则立刻停机更换，将损失降至最低。
本发明还包括控制系统，其包括：
传感器，设于进料机构，用于感应待加工物料是否安装于进料机构的出料口；
控制器，用于接收传感器发送的信号，并将信号传递至机械手机构；
第一感应器，设于机械手机构，用于接收控制器发出的信号，将贴合于旋转卷筒上的夹具组件牵引至出料口；
计数模块，用于记录旋转卷筒的转动圈数，并于转动圈数达到设定数值时，通过控制器将信号传递给压轮机构；
第二感应器，设于压轮机构，用于接收控制器发出的信号，控制压轮机构对物料施加外力将其限制于旋转卷筒外壁；
第三感应器，设于拉拔器，用于接收控制器发出的信号，于转动圈数达到设定数值时，控制夹具组件解除对物料的夹持。
第四感应器，设于进料机构，用于接收控制器发出的信号，控制进料机构随着物料沿着旋转卷筒外壁缠绕上升而上升。
本发明还公开了一种圆钢拉拔牵引装置的操作方法，包括以下步骤:
1） 将待加工物料的端部形成扎头后安装于进料机构,且端部从出料口穿出；
2） 通过定位组件调整进料机构的高度位置，使得进料口与夹具组件所在高度齐平设置；
3） 控制机械手机构将夹具组件牵引至出料口，将待加工物料插入夹具组件；
4） 上夹头和下夹头沿着轨道向本体外移动，待加工物料被稳定夹持；
5） 拉拔器向控制器发出信号，旋转卷筒转动，带动物料转动缠绕至旋转卷筒外壁，同时进料机构接收到信号后上升，保证物料处于水平状态；
6） 缠绕至设定数值圈数后，于本实施例中为8-10圈，控制压轮机构对缠绕至旋转卷筒外壁的物料施加外力将其限制于旋转卷筒外壁；
7） 控制上夹头和下夹头沿着轨道向本体内移动，夹具组件解除对物料的夹持，物料端部在切削面的作用下，自动从旋转卷筒上脱离，重力作用下带动完成加工的物料掉落至料架；
8） 旋转卷筒上的负载电流小于设定值55-60A时，旋转卷筒停止转动。
本发明的工作原理是：先将上料机构上升至最高位置，将一端经过扎头后的圆钢插入进料机构的出料口；调整上料机构的高度位置，使得进料口与夹具组件所在高度齐平设置，防止圆钢头部发生断裂；进料机构上的传感器感应到物料的存在后，向控制器发送信号，控制器接收到信号后向机械手机构发送信号，机械手机构上的第一感应器接收到信号后向夹具组件移动，机械勾套接在牵引柱上将拉拔器移动至出料口，将夹具组件套入圆钢，圆钢放置在上夹头和下夹头之间，液压泵提供液压驱动上夹头和下夹头向本体外移动，牢牢夹持物料，同时机械手机构由伺服电机控制回复至原位，同时液压泵向控制器发送信号，旋转卷筒开始顺时针转动，进料机构上的第四感应器接收到信号后也与物料同步上升，保证物料处于水平线上，保证成品圆钢的平整度，转动8-10圈后，计数模块给控制器发送信号，控制器将信号传递给压轮机构，压轮机构上的第二感应器收到信号后向旋转卷筒靠近，施加外力将物料向旋转卷筒方向挤压，避免物料从旋转卷筒上脱离掉落，夹紧后给间隔时间信号，同时控制器向拉拔器的第三感应器发送信号，拉拔器上的液压泵控制油路反向流动，提供液压驱动上夹头和下夹头向本体内移动，解除对物料的夹持，物料在切削面的弹力作用下弹出，在重力作用下自由掉落至料架，完成自动下料。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：包括与待加工物料定位配合的进料机构(1)、用于缠绕物料的旋转卷筒(2)、设于进料机构(1)和旋转卷筒(2)之间的机械手机构(3)、用于接收完成加工的物料的料架(4)及控制系统，所述旋转卷筒(2)上活动连接有拉拔器(5)，该拉拔器(5)可与机械手机构(3)配合从进料机构(1)上夹取待加工物料并牵引缠绕至旋转卷筒(2)上，于待加工物料稳定缠绕至旋转卷筒(2)时，该拉拔器(5)可解除对物料的夹持，使得完成加工的物料自动落入料架(4)。
2.根据权利要求1所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：所述拉拔器(5)包括由多个可贴合于旋转卷筒(2)侧壁的链节(511)组成的链条(51)、设于链条(51)上的夹具组件及形成于旋转卷筒(2)侧壁的切削面(21)。
3.根据权利要求2所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：所述切削面(21)为自靠近夹具组件一侧沿旋转卷筒(2)周向逐渐缩小的渐开槽结构，该渐开槽延伸旋转卷筒(2)部分侧壁设置。
4.根据权利要求1所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：还包括用于压紧缠绕于旋转卷筒(2)上的物料的压轮机构(6)。
5.根据权利要求1所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：所述进料机构(1)上设有用于判断待加工物料有无的检测机构。
6.根据权利要求1所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：所述旋转卷筒(2)上设有冷却系统，其包括挡板(22)、环绕旋转卷筒(2)设置的圆盘(23)及顶部与圆盘(23)连通的水冷腔(24)，所述挡板(22)上与水冷腔(24)的正对位置设有进水管(221)，所述圆盘(23)底部设有排水管(231)。
7.根据权利要求1所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于：所述旋转卷筒(2)内置有液压油路(25)，该液压油路(25)与一滑环(26)相连，所述滑环(26)可跟随液压油路(25)与旋转卷筒(2)同步旋转。
8.根据权利要求1所述的用于圆钢的拉拔牵引装置，其特征在于所述控制系统包括：
传感器，设于进料机构(1)，用于感应待加工物料是否安装于进料机构(1)的出料口(12)；
控制器，用于接收传感器发送的信号，并将信号传递至机械手机构(3)；
第一感应器，设于机械手机构(3)，用于接收控制器发出的信号，将贴合于旋转卷筒(2)上的夹具组件牵引至出料口(12)；
计数模块，用于记录旋转卷筒(2)的转动圈数，并于转动圈数达到设定数值时，通过控制器将信号传递给压轮机构(6)；
第二感应器，设于压轮机构(6)，用于接收控制器发出的信号，控制压轮机构(6)对物料施加外力将其限制于旋转卷筒(2)外壁；
第三感应器，设于拉拔器(5)，用于接收控制器发出的信号，于转动圈数达到设定数值时，控制夹具组件解除对物料的夹持；
第四感应器，设于进料机构(1)，用于接收控制器发出的信号，控制进料机构(1)随着物料沿着旋转卷筒(2)外壁缠绕上升而上升。
9.一种圆钢拉拔牵引装置的操作方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将进料机构(1)上升至最高位置后，将待加工物料的端部形成扎头后插入进料机构(1)；
2)调整进料机构(1)的高度位置，使得进料口(11)与夹具组件所在高度齐平设置；
3)控制机械手机构(3)将夹具组件牵引至出料口(12)，将夹具组件套入待加工物料；
4)上夹头(522)和下夹头(523)沿着轨道(524)向本体(521)外移动，待加工物料被稳定夹持；
5)拉拔器(5)向控制器发出信号，旋转卷筒(2)转动，带动物料转动缠绕至旋转卷筒(2)外壁，同时进料机构(1)接收到信号后上升，保证物料处于水平状态；
6)缠绕至设定数值圈数后，控制压轮机构(6)对缠绕至旋转卷筒(2)外壁的物料施加外力将其限制于旋转卷筒(2)外壁；
7)控制上夹头(522)和下夹头(523)沿着轨道(524)向本体(521)内移动，夹具组件解除对物料的夹持，物料端部在切削面(21)的作用下，自动从旋转卷筒(2)上脱离，重力作用下带动完成加工的物料掉落至料架(4)；
8)旋转卷筒(2)上的负载电流小于设定值时，旋转卷筒(2)停止转动。
10.根据权利要求9所述的圆钢拉拔牵引装置的操作方法，其特征在于：所述步骤6)中设定的数值为8-10圈；所述步骤8)中负载电流设定值为55-60A。
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