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摘要：本文根据生产线的节拍要求，把实现轨枕筋头自动切割的实现方案进行论证，采用平行四杆机构在切割与生产线之间转移;采用液压顶升机构实现切割进给动作;采用仿形设计实现定位误差的弥补;通过PLC实现逻辑功能控制，以实现整个过程的自动切割，并且把取端面板组合到本工艺中完成。
关键词：轨枕筋头;自动切割;PLC控制;四杆机构
引言
随着我国高铁的快速发展和城市轨道交通的大力建设;轨枕生产技术要求也在不断提高;在常规轨枕生产线上，轨枕张拉筋切断后，会留下较长的筋头，这些筋头容易划伤人，也容易被丝绳类无意缠绕带动的隐患，因此根据轨枕产品质量检验项目要求规定，筋头长度要小于5毫米;目前，许多厂家轨枕筋头切割采用人工 ，使用角磨机切割的方式;效率低，质量不易控制;我们在研究多种型号不同长度产品的轨枕，在原来的生产线上，提出一套自动切割筋头装置的方案，用以替代人工。
1.轨枕筋头产生过程及装置设计要求
轨枕是在模具里面成型，模具不同生产数量不一样，我们一个模具同时成型8件轨枕，分为左右两组;每组4件采用通长的相同张拉筋;轨枕在养护脱模之后的生产线上，通过一定方法将每件轨枕之间的张拉筋割断;张拉筋割断之后轨枕两端留有25毫米以上张拉筋筋头，一般两端还有端面板;本文只讨论其中一组的实现过程，另组类同。因此本工序除需要切割4件轨枕两端剩余筋头，还要有端面板取下来的工作;根据生产节拍产品要3-5分钟;我们按照4分钟完成一模产品设计;轨枕梯形截面上底边长为245毫米，下底边长320，高度为240毫米;轨枕长度按照2.6米-3米范围;
2.轨枕筋头自动切割装置的设计
2.1整体方案：在4分钟内完成4件产品筋头切割;时间明显不允许，因此要采用平行作业方式，采取两件产品同时进行切割作业;我们选择与原生产线的平行设计;这种设计解决直接在轨道生产线上完成的风险，一旦出现故障时生产线就要停线;根据生产节拍要求和组合方案比较，采用轨道线两侧分布，每侧两组切割设备，切割设备间距一个最长轨枕。每一模产品作为一个循环周期，分别进行1，3号同时切割，完成后在外线与2，4号轨枕同时前移一个轨枕长度，1，3号再通过移入机构回到生产线，2，4号移出到切割外线。
2.2 工件转移线方案：实现轨枕转移方法有多种，经比较优选，轨枕的转移采用平行四杆机构转移;适合相对细长型产品;为减少空间占用与布置方便，选择平行四杆机构移入与移出用同一动力形式;用一组齿轮连接实现移动方向相反;建立模型，设两轴间距为X，偏心量为Y，四杆机构Ⅰ的转动臂长为A，四杆机构Ⅱ的转动臂长为B ，则： 移出原位距离为：A+Y 放位距离为：A-Y 。 对于移入四杆机构，原位在A-Y的正上方，则转动杆臂与水平夹角a的关系为：COSa=（A-Y+X）/B （式1）;考虑移进起始位置与移出终点位置相同，即放回水平方向原处，则A+Y=B+X（式2）;我们希望移入四杆a最佳角度为45?;连接换向齿轮我们选择60mm分度圆，则X为中心距60;根据式1与式2计算得：Y=0.15B+60 A=0.85B;根据空间位置和条件，只要确定B尺寸，两套平行四杆机构结构尺寸就可以确定，还有一个条件是使平行四杆机构转动，必须使转动臂小于机架中心距。移入与移出区别在于，移入工件托举点位于四杆机构偏心位置，两转动杆所受力矩大小不一样，甚至可能出现一个受压应力，一个受拉应力的情形，移出四杆机构则为相同压应力;此结构简单，实现容易，投入少，可靠性高，稳定快速。
2.3切割方案：张拉筋布置一般为间距为40X40间距，横向2，竖向为4阵列分布8根，左右两组，组间距为80毫米，根据这种分布规律，我们采用两个砂轮同时切割的方式，其余方式切割难于保证端面5毫米要求，切割进给选用从上向下切割比较合理，这样切割下来的筋头，由于重力自然下落，我们选择刀具相对固定，由轨枕上升实现切割进给运动，这种方式的优点在于，动力电机比较容易固定安装，调整方便。实现顶升动作采用液压缸;是利用邻近液压站，液压顶升稳定可靠，另外由于轨枕的混凝土结构形式，每个轨枕的长度方向精度不高，因此为了防止砂轮切割到混凝土造成砂轮破损，同时保证筋头长度，设计了仿形机构，具体结构是两切割砂轮之间固定一仿形板，仿形板与砂轮间距在3-5毫米之间，在轨枕升顶开始阶段仿形板前段斜面先作用到轨枕端面，并沿着端面滑移，仿形板带动切割体上部的铰接轴微转，从而调整砂轮距离端面3-5毫米距离，并实现切割动作;通过这种仿形机构实现轨枕长度误差和定位误差的弥补，结构简单，只需要一个转动轴，根据轨枕长度的变化切割砂轮位置有所浮动
2.4取端面板方案：端面板原取板方法是由人工用手锤侧面锤击端面板，使之与轨枕分开，容易变形，控制难，容易击打到轨枕形成掉角问题;现方案是使用冲击电锤（或气锤）顶在轨枕端面中心部位，利用弹性震动原理，使它们分离;然后让气爪侧面抓钩铁板，在冲击锤后退过程取掉端面铁板;这种方式不会产生掉角问题，保证了质量，节省人工。
2.5电气系统设计：该工作过程为通过光电感应开关，感知轨枕到位，发出信号给PLC ;启动移出电机，转动一圈感应到位停止;压紧动作;冲击锤前进顶住轨枕中心，启动震动，计时4秒，钩爪锁紧铁板，后与冲击锤同时后退;顶升动作开始，砂轮旋转;到达上限位后托举轨道插入，端部推移气缸动作，轨枕向前移动;顶升气缸回落，期间轨道上下移动一个轨枕距离;两轨枕都到位后，移入移出动作开始进行下一个循环;下一组前进两个轨枕距离;再开始大循环;根据上述工作关系可以设计PLC程序以实现自动控制，为了调整方便程序还有设计手动控制部分和紧急停止;为了方便操作和直观，采用触摸屏控制，通过触摸屏与PLC共同实现报警，数据处理功能。
3.总结
本设计通过平行线设计及两工位同时切割实现了与生产线节拍匹配，不走重复路线;通过四杆机构完成轨枕转移线，用仿形解决了定位要准确问题;通过PLC的自动控制实现自动化，节省人工，提高了质量;该装置不影响原生产线功能，极特殊产品不能自动切割时，在原来线上可以人工完成，灵活性强。
参考文献：
[1]徐灏.《机械设计手册》 第2卷.机械工业出版社.1991.9.
[2]廖常初.《PLC编程与应用》第3版.机械工业出版社.2008.
关键词：轨枕筋头;自动切割;PLC控制;四杆机构
引言
随着我国高铁的快速发展和城市轨道交通的大力建设;轨枕生产技术要求也在不断提高;在常规轨枕生产线上，轨枕张拉筋切断后，会留下较长的筋头，这些筋头容易划伤人，也容易被丝绳类无意缠绕带动的隐患，因此根据轨枕产品质量检验项目要求规定，筋头长度要小于5毫米;目前，许多厂家轨枕筋头切割采用人工 ，使用角磨机切割的方式;效率低，质量不易控制;我们在研究多种型号不同长度产品的轨枕，在原来的生产线上，提出一套自动切割筋头装置的方案，用以替代人工。
1.轨枕筋头产生过程及装置设计要求
轨枕是在模具里面成型，模具不同生产数量不一样，我们一个模具同时成型8件轨枕，分为左右两组;每组4件采用通长的相同张拉筋;轨枕在养护脱模之后的生产线上，通过一定方法将每件轨枕之间的张拉筋割断;张拉筋割断之后轨枕两端留有25毫米以上张拉筋筋头，一般两端还有端面板;本文只讨论其中一组的实现过程，另组类同。因此本工序除需要切割4件轨枕两端剩余筋头，还要有端面板取下来的工作;根据生产节拍产品要3-5分钟;我们按照4分钟完成一模产品设计;轨枕梯形截面上底边长为245毫米，下底边长320，高度为240毫米;轨枕长度按照2.6米-3米范围;
2.轨枕筋头自动切割装置的设计
2.1整体方案：在4分钟内完成4件产品筋头切割;时间明显不允许，因此要采用平行作业方式，采取两件产品同时进行切割作业;我们选择与原生产线的平行设计;这种设计解决直接在轨道生产线上完成的风险，一旦出现故障时生产线就要停线;根据生产节拍要求和组合方案比较，采用轨道线两侧分布，每侧两组切割设备，切割设备间距一个最长轨枕。每一模产品作为一个循环周期，分别进行1，3号同时切割，完成后在外线与2，4号轨枕同时前移一个轨枕长度，1，3号再通过移入机构回到生产线，2，4号移出到切割外线。
2.2 工件转移线方案：实现轨枕转移方法有多种，经比较优选，轨枕的转移采用平行四杆机构转移;适合相对细长型产品;为减少空间占用与布置方便，选择平行四杆机构移入与移出用同一动力形式;用一组齿轮连接实现移动方向相反;建立模型，设两轴间距为X，偏心量为Y，四杆机构Ⅰ的转动臂长为A，四杆机构Ⅱ的转动臂长为B ，则： 移出原位距离为：A+Y 放位距离为：A-Y 。 对于移入四杆机构，原位在A-Y的正上方，则转动杆臂与水平夹角a的关系为：COSa=（A-Y+X）/B （式1）;考虑移进起始位置与移出终点位置相同，即放回水平方向原处，则A+Y=B+X（式2）;我们希望移入四杆a最佳角度为45?;连接换向齿轮我们选择60mm分度圆，则X为中心距60;根据式1与式2计算得：Y=0.15B+60 A=0.85B;根据空间位置和条件，只要确定B尺寸，两套平行四杆机构结构尺寸就可以确定，还有一个条件是使平行四杆机构转动，必须使转动臂小于机架中心距。移入与移出区别在于，移入工件托举点位于四杆机构偏心位置，两转动杆所受力矩大小不一样，甚至可能出现一个受压应力，一个受拉应力的情形，移出四杆机构则为相同压应力;此结构简单，实现容易，投入少，可靠性高，稳定快速。
2.3切割方案：张拉筋布置一般为间距为40X40间距，横向2，竖向为4阵列分布8根，左右两组，组间距为80毫米，根据这种分布规律，我们采用两个砂轮同时切割的方式，其余方式切割难于保证端面5毫米要求，切割进给选用从上向下切割比较合理，这样切割下来的筋头，由于重力自然下落，我们选择刀具相对固定，由轨枕上升实现切割进给运动，这种方式的优点在于，动力电机比较容易固定安装，调整方便。实现顶升动作采用液压缸;是利用邻近液压站，液压顶升稳定可靠，另外由于轨枕的混凝土结构形式，每个轨枕的长度方向精度不高，因此为了防止砂轮切割到混凝土造成砂轮破损，同时保证筋头长度，设计了仿形机构，具体结构是两切割砂轮之间固定一仿形板，仿形板与砂轮间距在3-5毫米之间，在轨枕升顶开始阶段仿形板前段斜面先作用到轨枕端面，并沿着端面滑移，仿形板带动切割体上部的铰接轴微转，从而调整砂轮距离端面3-5毫米距离，并实现切割动作;通过这种仿形机构实现轨枕长度误差和定位误差的弥补，结构简单，只需要一个转动轴，根据轨枕长度的变化切割砂轮位置有所浮动
2.4取端面板方案：端面板原取板方法是由人工用手锤侧面锤击端面板，使之与轨枕分开，容易变形，控制难，容易击打到轨枕形成掉角问题;现方案是使用冲击电锤（或气锤）顶在轨枕端面中心部位，利用弹性震动原理，使它们分离;然后让气爪侧面抓钩铁板，在冲击锤后退过程取掉端面铁板;这种方式不会产生掉角问题，保证了质量，节省人工。
2.5电气系统设计：该工作过程为通过光电感应开关，感知轨枕到位，发出信号给PLC ;启动移出电机，转动一圈感应到位停止;压紧动作;冲击锤前进顶住轨枕中心，启动震动，计时4秒，钩爪锁紧铁板，后与冲击锤同时后退;顶升动作开始，砂轮旋转;到达上限位后托举轨道插入，端部推移气缸动作，轨枕向前移动;顶升气缸回落，期间轨道上下移动一个轨枕距离;两轨枕都到位后，移入移出动作开始进行下一个循环;下一组前进两个轨枕距离;再开始大循环;根据上述工作关系可以设计PLC程序以实现自动控制，为了调整方便程序还有设计手动控制部分和紧急停止;为了方便操作和直观，采用触摸屏控制，通过触摸屏与PLC共同实现报警，数据处理功能。
3.总结
本设计通过平行线设计及两工位同时切割实现了与生产线节拍匹配，不走重复路线;通过四杆机构完成轨枕转移线，用仿形解决了定位要准确问题;通过PLC的自动控制实现自动化，节省人工，提高了质量;该装置不影响原生产线功能，极特殊产品不能自动切割时，在原来线上可以人工完成，灵活性强。
参考文献：
[1]徐灏.《机械设计手册》 第2卷.机械工业出版社.1991.9.
[2]廖常初.《PLC编程与应用》第3版.机械工业出版社.2008.