圆柱型金属网编织机的关键技术研究

黄灿军

(广东水利电力职业技术学院，广州 510635)

0 引言

金属网已广泛用于水利、矿业、石油、建筑、化工工业、取暖管道及其它管道的包裹网等[1-2]，其中的六角网（又称格宾网）可用于制作石笼网箱，用于保护和支持海堤、山坡、路桥、水库及其土木工程，是防洪抗洪的上好材料[3-4]。目前有关金属网生产设备和技术以生产平面网为主，而在防洪抢险中还经常用到一种圆柱型不锈钢金属网兜,其主要作用是在金属网兜中装入石块，将网兜口扎紧后投入水流湍急的决口或河道，使石料不容易冲散，起到阻止水流、加固堤岸的作用。由于石块的形状极不规则，且每个金属网兜中装入的石块质量较大，对每根金属丝的受力要求较高，所以该金属网兜不能采用平面网裁剪后二次拼接而成，而是采用金属丝一次编织成圆柱型，其网格属于六角三绞型网格，生产过程繁琐，目前市场上还没有编织圆柱型金属网的编织机，只能由工人用双手逐个网节进行缠绕最终编成，生产效率低下。因此针对圆柱形金属网自动编织机的关键技术展开研究具有重要意义。

1 编织机总体结构设计

如图1所示，假设该金属网由n根金属丝编成，则对应有2n根金属管，将金属丝按规则穿入金属管中，一次穿丝可完成单个金属网兜的编织。编织机的核心装置由4大部分组成，包括剖分式轴承、拧丝装置、走网装置、换位装置等。走网装置处于圆柱体的中心，剖分式轴承、拧丝装置和换位装置处于走网装置的外围，沿圆周均匀分布。4大部分的动作顺序是：剖分式轴承闭合→拧丝装置拧丝形成节点→走网装置向下移动半个网格的距离→剖分式轴承分开→换位装置旋转（360°/（2n））进行金属管换位→剖分式轴承闭合→拧丝装置拧丝。重复上述动作，直至一个完整金属网编织完成。

图1 编织机整体结构示意图

2 剖分式轴承设计

如图2所示，剖分式轴承的主要作用是对装有金属丝的金属管形成夹持和支撑。在垂直外力作用下，该剖分式轴承可沿中间的水平面在垂直方向分开或闭合。如图2（a）所示，当剖分式轴承分开时，防掉落架可防止内圈从外圈中掉落，从而使轴承的上半外圈与上半内圈形成一个向上的整体，以及轴承的下半外圈与下半内圈形成一个向下的整体，从中间水平面处分离。剖分式轴承分开后，夹持在其中间的金属管可在换位装置的作用下在水平面内做旋转运动，实现位置转换。如图2（b）所示，当剖分式轴承闭合时，在外力作用下，内圈体还可沿外圈体的中心做旋转运动，其运动过程与轴承类似，此时防掉落架与外圈体之间具有一定间隙，防掉落架与内圈体一起做旋转运动而不与外圈体摩擦。

图2 剖分式轴承结构示意图

3 拧丝装置设计

拧丝装置由n个结构相同的拧丝单元组成，如图3所示，在剖分式轴承闭合情况下，每个拧丝单元在拧丝电动机的驱动下，带动相邻的2根金属丝旋转设定的圈数，形成网节。

图3 拧丝单元结构示意图

如图4所示，相邻2个拧丝单元的驱动轴由同步带相连，使所有的拧丝单元做同步动作，在同一时间即完成一整圈所有网节的编织，效果如图5所示。金属丝在金属管的出口处被弹簧夹头夹持，以保持金属丝的张紧力，该张紧力的大小可通过弹簧夹头的松紧进行调节。

图4 相邻拧丝单元驱动轴同步带连接示意图

图5 网节编织效果示意图

4 走网装置设计

走网装置的结构如图6所示，其作用是将编织完成的网节垂直下拉，形成圆柱形网面，并控制网格的尺寸。金属网兜的底部固定在走网装置的圆形底板上，当拧丝装置完成某一圈的网节编织后，走网装置的伺服电动机启动，通过同步带使两侧的滚珠丝杆同步运动，带动圆形底板向下移动半个网格距离，同时将金属丝从金属管中拉出，为下一个网节的编织做准备。

图6 走网装置结构示意图

5 换位装置设计

如图7所示，在剖分式轴承分开的情况下，两侧的气缸伸出，驱动换位装置绕中心在水平面上旋转（360°/2n），带动所有的金属管和走网装置整体旋转（360°/2n），使所有金属管沿某一方向上换到相邻的金属管的位置上，而剖分式轴承和拧丝装置保持原位不动，其效果如图8所示。如图8（a）所示，换位前1与2组成一对，3与4组成一对，分别被不同的拧丝单元驱动；如图8（b）所示，换位后 变 成2 与3 组成 一 对，1、4 分别与其它的金属管组对。

图7 换位装置结构示意图

图8 金属管换位效果示意图

然后剖分轴承闭合，拧丝装置启动，形成新的节点。下一步换位时，气缸缩回，与上一步换位的旋转方向相反，角度相同，其它的动作均一致。重复上述的过程直到整个金属网编织完成。

6 结语

本文设计的圆柱型金属网自动编织机，以剖分式轴承的优化设计为基础，在剖分式轴承闭合时，可实现相邻2根金属丝的快速拧丝，在剖分式轴承分开时，可实现与相邻的金属丝的快速换位，以及与拧丝装置配合的走网，进而完成圆柱型金属网的自动化生产，从而降低人工成本，确保产品质量。