趙 軻，蔡業(yè)彬，黃崇林，陳健添

（廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東茂名 525000）

0 引言

裝卸作業(yè)是桶裝瀝青生產(chǎn)運(yùn)輸過程中的重要環(huán)節(jié)，但是對(duì)于很多鐵運(yùn)公司，一直以來桶裝瀝青裝卸環(huán)節(jié)多以純?nèi)斯みM(jìn)行，存在著嚴(yán)重的問題，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低、危險(xiǎn)性大，尤其下雨天很容易手滑出事。但應(yīng)用大型站場的吊機(jī)和倉庫內(nèi)的叉車搬運(yùn)，又不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所以，迫切需要開發(fā)一種具有自動(dòng)起升功能的裝卸機(jī)，以適應(yīng)小型場地的桶裝瀝青裝卸要求。本文設(shè)計(jì)的裝卸機(jī)自身不帶動(dòng)力，與拖拉機(jī)配套使用，其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、使用成本小，卻能省去人工裝卸的大部分工作而適于現(xiàn)階段的貨運(yùn)經(jīng)濟(jì)條件，與中等功率拖拉機(jī)配套，在實(shí)際應(yīng)用中證實(shí)其能滿足貨運(yùn)公司的使用要求，提高了效率，減小了裝卸工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減少了工作的危險(xiǎn)性。并且可以推廣應(yīng)用于其他桶裝化工產(chǎn)品的裝卸中，如桶裝硫酸、汽油等等。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過程[1-2]

桶裝裝卸機(jī)主要包括懸掛架、機(jī)架、鏈傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、滑輪組提升機(jī)構(gòu)以及支持與移動(dòng)機(jī)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)分布如圖1所示。

裝卸機(jī)的機(jī)架和懸掛架固接，可以通過懸掛架上的懸掛銷和拖拉機(jī)連接。機(jī)架由支撐桿和前后輪支撐，其他部件均安裝在機(jī)架上。因?yàn)槌兄匾?，桶裝瀝青重量大，所以裝卸機(jī)為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)運(yùn)輸鏈上固接的支撐鏈板放置重物，運(yùn)輸電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可將桶上下沿機(jī)架輸送；滑輪組部分通過滑輪電機(jī)帶動(dòng)，拉動(dòng)繞在滑輪組上的繩子，改變兩支架夾角，將框架右端升高或降低到所需的高度；整體機(jī)構(gòu)用四個(gè)輪子支撐，后輪上兩個(gè)支撐架與后輪連接為鉸接，支撐架7與框架為鉸接，支撐架9與框架之間為滑動(dòng)連接，兩支架間夾角變化。通過動(dòng)力牽引該裝卸裝置的四輪運(yùn)動(dòng)即可移動(dòng)到所需位置。

圖1 桶裝瀝青裝卸機(jī)機(jī)構(gòu)圖

在將重物從倉庫裝車時(shí)，先啟動(dòng)滑輪電機(jī)，通過滑輪組調(diào)整裝卸機(jī)到合適高度；把下托板架向外放下，瀝青桶可以沿著托板架滾動(dòng)到支撐鏈板上面。啟動(dòng)運(yùn)輸電機(jī)，支撐鏈板轉(zhuǎn)動(dòng)到合適位置避開擋板14，便可以依次將瀝青桶滾動(dòng)，通過支撐鏈板向上運(yùn)送，支撐鏈板上可以保持有4 個(gè)桶。把上托板架也向外放下，可以將瀝青桶滾動(dòng)到車廂內(nèi)裝好。從車卸貨到倉庫時(shí)，同樣操作，電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)即可。

圖2 運(yùn)輸鏈傳動(dòng)簡圖

圖3 支撐架分析

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)[3]

2.1 運(yùn)輸鏈傳動(dòng)系統(tǒng)

運(yùn)輸電機(jī)將動(dòng)力提供給鏈輪和鏈條，帶動(dòng)支撐鏈板運(yùn)送重物升降。運(yùn)輸電機(jī)、鏈輪和鏈條對(duì)稱安裝在機(jī)架上。鏈條選用片式牽引鏈，外鏈片上帶有彎折片。牽引鏈兩條成對(duì)使用，彎折片與支撐鏈板相聯(lián)。其傳動(dòng)簡圖如圖2。

2.2 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（1）機(jī)架：裝卸機(jī)的目標(biāo)提升高度為3.5 m（3 層瀝青桶的高度），所以整個(gè)機(jī)架應(yīng)有一定長度，為保證支撐鏈板上同時(shí)有4 個(gè)桶，輸送鏈鏈輪的中心距為6 m，加上鏈輪的直徑，整個(gè)機(jī)架長約6.5 m。

（2）支撐桿[4]：固定支撐架7 和滑動(dòng)支撐架9的位置確定需考慮到機(jī)架的受力變形和防止機(jī)架傾覆，機(jī)架承受瀝青桶的重量，可認(rèn)為是均勻載荷，簡化機(jī)架結(jié)構(gòu)，可看作是梁。根據(jù)其受力情況，兼顧起升高度3 m 和盡量減小受力變形，有兩種方案。一種以最低位置時(shí)的受力和變形均勻，在Ansys 軟件中進(jìn)行受力變形分析，如圖3（a）所示；另一種以最高位置時(shí)的受力和變形最均勻，如圖3（b）所示。分析兩種方案時(shí)的變形，以第二種方案為優(yōu)。故固定支撐架7 安裝在距離前輪2.1 m處，滑動(dòng)支撐架9在最低位置時(shí)處于機(jī)架最末端。

（3）滑輪組采用一個(gè)定滑輪（和滑輪電機(jī)連接）和兩個(gè)動(dòng)滑輪的省力結(jié)構(gòu)，動(dòng)滑輪安裝在兩支撐桿的頂端。因要起升的重量較大，故動(dòng)滑輪上有7段繩子，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)力是總拉力的1/7。

（4）擋板的作用是輸送鏈傾斜時(shí)，防止瀝青桶從輸送鏈掉下，所以擋板高度要大于瀝青桶一半高度，即0.35 m以上。

（5）電機(jī)應(yīng)安裝在靠近前輪一端，增加機(jī)構(gòu)運(yùn)行和行走時(shí)候的穩(wěn)定性，防止傾覆。

3 建立三維模型[5]

根據(jù)以上設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)裝卸機(jī)整體結(jié)構(gòu)，在Pro/E 中建立各零件的三維模型，并選擇約束進(jìn)行裝配干涉檢查，裝配后整體三維模型如圖4。對(duì)桶裝瀝青鏈?zhǔn)窖b卸機(jī)的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，為后續(xù)實(shí)體機(jī)器機(jī)的試制、生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的幫助。

4 應(yīng)用

該裝卸機(jī)在鐵運(yùn)公司應(yīng)用一年多后，提高了桶裝瀝青的裝卸效率，并且沒有出現(xiàn)過任何危險(xiǎn)，因此也被推廣應(yīng)用到其他桶裝化學(xué)品的裝卸，如硫酸、燒堿等等，為公司節(jié)省了大量的人工和時(shí)間，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖4 裝卸機(jī)三維模型

［1］朱學(xué)彪.液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（10）：176-178.

［2］胡志超，彭寶良，謝煥雄，等.升運(yùn)鏈?zhǔn)交ㄉ斋@機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008（11）：220-222

［3］李云江.噴漿機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究［J］.新技術(shù)新工藝，2000（1）：12-13.

［4］薛風(fēng)先.ANSYS12.0 機(jī)械與結(jié)構(gòu)有限元分析從入門到精通［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［5］佟河亭，Pro/ENGINEER Wilkfire 4.0 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真與動(dòng)力分析［M］.北京：人民郵電出版社，2009.