基于省力机构设计的小型手动铁屑打包机的研究与思考

张冬颖

1.引言

铁屑打包机主要用于金属切削机床加工下来的铁屑、铝屑、铜屑等金属原料通过加压压成固定尺寸的饼块或长方形块的打包设备。这种设备制作后，可以应用各种金属切削车间进行铁屑的合理码放处理，实现车间环保。在目前市场上金属切屑打包机很多，各种各样，并且都很昂贵，几万、几十万不等，铁屑打包机一般工作台都较大，以满足多种工艺的要求。机械工程学院实训中心每年承接机械及其他学院的数控实训教学任务。在实训期间，产生大量的铁屑。这些铁屑没经过处理，直接导入铁屑桶中所占空间很大，没几天就需清理铁屑筒，并使铁屑筒周围凌乱，铁屑过于长时，铁屑同不能盖上盖，裸露外面，影响校容不说，下过雨之后，铁屑生锈，锈水会顺势流出污染地面环境。对于车间实训加工过程中产生的铁屑无需应用废品收购站的大型铁屑打包机来处理。现实很难购买到小型的手动、便宜的铁屑打包机。为解决数控实训车间废金属屑处理问题，本文主要研究一种一个体积和处理能力都适合的小型手动铁屑打包机。

2.小型手动铁屑打包机简介

小型手动铁屑打包机是将金属加工车间和CNC机床加工下来的铁屑、钢屑、铝屑挤压打包成固定尺寸块状的专用设备，通过打包机对铁屑进行加压压缩和打包，使松散的废屑压缩成规则的几何形状，方面运输及集中管理。有效的清除铁屑占用的有限空间，方便回收处理。这种小型打包机和废品收购站的大型铁屑打包机不同，具有体积小，操作方便，移动灵活等特点。4个万向脚轮实现灵活移动省力，铰接座、转轴座、动力杆和阻力杆组成省力机构，达到金属加工车间铁屑挤压成块的目的。

小型省力铁屑打包机的结构示意图如图1所示：

图（1）

1.手柄 2.动力杆 3.阻力杆 4.导向杆5.横梁 6.压板 7.立柱 8.料箱 9.支撑板10.脚轮

3.小型手动铁屑打包机工作过程

小型手动铁屑打包机由杠杆部分，框架部分，压板和料箱四大部分组成。主动力作用在手柄的末端，向上抬起手柄，动力杆绕转轴座向上转动，带动阻力杆和压板沿着导杆向上移动。放入铁屑后，向下压动手柄，动力杆绕转轴座向下移动，推动阻力杆，压板沿着导杆向下移动从而实现铁屑的压缩过程。

4.省力机构来源

如图（2）为生活中的拖把挤水器，一只手握住拖把杆将拖把头放进到榨水头里，同时另一只手握住手柄挤压，实现拖把脱水。其中榨水头的挤压装置为省力机构，本设计引入一个省力机构灵感来源于此。

如图（2）

5.打包机机构受力分析

由于杠杆和肘杆的放大向下的力的作用，压板施加给铁屑的力远大于手柄上的人作用力。随着动力杆与导杆的夹角越来越小，手压手柄的力的放大倍数越大。在一个点达到向下的力无穷大。在不考虑零件自身重力的情况下，可以做如下计算分析。

首先，对零件3进行受力分析，如图（3），零件3受两个（大小相等，方向相反）力的作用。

F1=F2 → →

对于零件2和零件1进行受力分析，如图（2）。F1′=F1为作用力和反作用力。

F3·L3=F1′·L1

F1′=

然后，对铁屑的任意一点压力，进行受力分析，如图（4）。F2′=F2为作用力和反作用力。

F=F2′cosα=

最后，进行分析得到如下结果：如果F3大小不变，L3距离不变，下压时压力与成正比。当完成压下时，α=0，cosα=1，L1∝0。

F1=cosα∝∞

6.几点思考

（1）针对学院实训环境、实训基地管理等不同方面进行调研，收集对铁屑处理的的意见和看法，为形成建设措施提供事实依据；针对市面铁屑处理打包机外观、性能、价格等进行调研，形成本课题的理论依据。教师应该多接触市场，了解机械的发展趋势。

（2）设计小型手动铁屑打包机过程与一般机构设计流程相似，从设计完成，加工装配后，进行铁屑处理，在实施中不断修改完善机构设计等整个过程需要每个参与者团队意识很强。

（3）任何机构都有优点和缺点的，缺点就是需要改进的地方，此个机构可以进行进一步改进，比如加一个弹簧回位装置或者液压装置，使铁屑压缩过程更加省力等，以后会进行打包机设计的延伸工作。