高 輝

（中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

工件落砂后，由輥道輸送到清理車(chē)間，在清理車(chē)間中有諸多工序需要完成，例如，把工件上的澆口、飛邊及毛刺清理干凈，然后進(jìn)行拋丸、倒丸等一系列動(dòng)作，工人在對(duì)工件清理內(nèi)腔、外腔時(shí)需要把工件進(jìn)行倒置，可是大部分的工件都很笨重，小則幾十公斤，大則幾百公斤，如果單單依靠人工加上電動(dòng)葫蘆進(jìn)行吊起、翻轉(zhuǎn)、放下，這不僅僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，效率低下，且安全性還得不到保障，并且，由于鑄造廠產(chǎn)品多樣化，鑄件的種類(lèi)繁多，長(zhǎng)寬高低各不相同，為此，設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足輥道在線翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)機(jī)顯得尤為重要。本文簡(jiǎn)要介紹一種能適應(yīng)中大件缸體翻轉(zhuǎn)的設(shè)備。

1 翻轉(zhuǎn)機(jī)的工作環(huán)境

經(jīng)過(guò)磨削機(jī)磨削后的缸體、缸蓋在機(jī)動(dòng)輥道中輸送到人工清理隔間中進(jìn)行清理，缸蓋就在輥道上面清理，缸體經(jīng)過(guò)電動(dòng)葫蘆吊離輸送輥道，放在清理打磨平臺(tái)上面清理，等缸體與缸蓋都人工清理完成后，經(jīng)過(guò)機(jī)械手拋丸機(jī)進(jìn)行拋丸處理，再通過(guò)輸送輥道進(jìn)行人工吹清工序，把里面的鋼丸與余砂吹干凈，接下來(lái)用翻轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，由于缸蓋重量比較小，不需要翻轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，而缸體鑄件比較重，必須通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)后以便檢查鑄件內(nèi)腔質(zhì)量，如果合格后進(jìn)入下到工序。

本設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 翻轉(zhuǎn)機(jī)的工作過(guò)程

圖1 翻轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

翻轉(zhuǎn)機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程為自動(dòng)控制，不需要人工進(jìn)行干預(yù)，其工作過(guò)程如下。

當(dāng)缸蓋通過(guò)時(shí)，由于其高度比較低(高度為109～145 mm）,所以當(dāng)缸蓋進(jìn)入翻轉(zhuǎn)機(jī)內(nèi)置輥道時(shí),其缸體檢測(cè)開(kāi)關(guān)（圖1件4，開(kāi)關(guān)距離輥?zhàn)由媳砻鏋?20 mm）檢測(cè)不到,所以翻轉(zhuǎn)機(jī)沒(méi)有翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，只是內(nèi)置下層輥 道（圖 1件 6）持續(xù)運(yùn)行，使得缸蓋通過(guò)輸送到了下個(gè)機(jī)動(dòng)輥道；當(dāng)缸體進(jìn)入翻轉(zhuǎn)機(jī)內(nèi)置下層輥道時(shí)（缸體的高度范圍為380～570 mm），并且缸體到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（圖1件5）檢測(cè)缸體到位時(shí)，內(nèi)置下層輥道停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)壓緊機(jī)構(gòu)處于上位，由兩臺(tái)氣缸（圖2件3）驅(qū)動(dòng)的壓頭沿著安裝在輥道上的導(dǎo)槽把缸體壓在輥道上，然后由翻轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)綁在輪圈上的鏈條，使得輪圈旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，此時(shí)壓緊機(jī)構(gòu)處于下位，由壓緊裝置上的出口節(jié)流閥（圖2件2）緩慢排氣，壓頭緩慢下降，將工件緩慢放置在內(nèi)置上層輥道（圖1件 8）上，由輥道驅(qū)動(dòng)電機(jī)把缸體輸出,等缸體離開(kāi)翻轉(zhuǎn)機(jī)后,翻轉(zhuǎn)電機(jī)再逆向旋轉(zhuǎn)使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)逆向旋轉(zhuǎn)180°,恢復(fù)初始狀態(tài)，完成一個(gè)工作循環(huán)。

圖2 翻轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（側(cè)面）

3 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)選用

該翻轉(zhuǎn)機(jī)的核心部件是翻轉(zhuǎn)電機(jī)。如果電機(jī)選擇過(guò)大無(wú)疑是浪費(fèi)資源；選擇過(guò)小，電機(jī)不僅超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)降低壽命，而且還影響整條線的工作節(jié)拍與效率。翻轉(zhuǎn)電機(jī)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)纏繞在輪圈上的鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的，先后經(jīng)過(guò)開(kāi)始、加速、勻速、減速、停的過(guò)程，首先需要計(jì)算輪圈及其一起轉(zhuǎn)動(dòng)的零、部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，由公式可以求得轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由于篇幅有限，在這里就不一一贅述計(jì)算細(xì)節(jié)。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的公式，得出翻轉(zhuǎn)部分的各個(gè)主要零、部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

輪圈轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=174 kg·m2，輪圈上下輥道框架J2=28 kg·m2，輥 子 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量J3=40 kg·m2，夾 緊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4=63 kg·m2，輪圈間的橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5=20 kg·m2，內(nèi)置輥道驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J6=5 kg·m2，缸體平均轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J7=49.5 kg·m2。

由此可得總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=379.5 kg·m2。

翻轉(zhuǎn)速度為n=5 r/min（即ω=0.523 r/s）,即 6 s翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)180°, 假設(shè)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為0.2 s，則角加速度為α=2.62 r/s2。

由動(dòng)力學(xué)中動(dòng)量矩公式M=Jα可得，所需的扭矩為994.29 Nm,計(jì)算功率為0.52 kW,考慮到電機(jī)選型,放大1.2倍的安全系數(shù),最終選擇電機(jī)為0.75 kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=57 r/min，帶抱閘的電機(jī)。

4 翻轉(zhuǎn)機(jī)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

（1）翻轉(zhuǎn)裝置至于頂端，大大方便了設(shè)備安裝和維修，鏈輪鏈條部位采用鏈罩防護(hù)，能安全有效避免危險(xiǎn)發(fā)生；

（2）內(nèi)置上、下層輥道與大輪圈通過(guò)支座連接的安裝方式，有效的降低了大輪圈的加工難度，提高了安裝精度，并且通過(guò)支撐輪組與壓輪組作用，保證了翻轉(zhuǎn)機(jī)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)的作用下平穩(wěn)運(yùn)行；

（3）壓緊機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性。由單電磁閥驅(qū)動(dòng)雙氣缸同時(shí)動(dòng)作，保證氣缸壓頭同時(shí)壓下，避免不同步造成缸體的傾翻；此外，當(dāng)翻轉(zhuǎn)機(jī)氣缸壓頭處在下位，托舉缸體緩慢放下時(shí)，在氣缸尾部通過(guò)安裝出口節(jié)流閥，可以調(diào)節(jié)氣缸尾部排氣速度，從而保證缸體被平穩(wěn)放下，避免造成缸體快速下落的情景；

（4）鏈條的有效使用。經(jīng)過(guò)鏈條傳動(dòng)的輪圈在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下，平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，可以適應(yīng)工作條件惡劣的環(huán)境，避免了大齒輪套在大輪圈上那種又貴又不適合惡劣環(huán)境的傳動(dòng)方案；在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)置的上、下兩層輥道中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)兩根鏈條，每根鏈條驅(qū)動(dòng)一層輥道，比傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥道節(jié)省了一臺(tái)電機(jī)，且結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理。

5 結(jié)語(yǔ)

該翻轉(zhuǎn)機(jī)目前已經(jīng)在多個(gè)鑄造廠項(xiàng)目上使用，應(yīng)用效果非常理想，人工干預(yù)程度為零，故障率極低，保養(yǎng)方便，且能夠滿(mǎn)足翻轉(zhuǎn)工序的節(jié)拍需求。該設(shè)備能有效取代工人原先通過(guò)吊具翻轉(zhuǎn)缸體的工序，并且提高了翻轉(zhuǎn)作業(yè)的安全性，擴(kuò)大了翻轉(zhuǎn)機(jī)的使用范圍，滿(mǎn)足鑄造線的自動(dòng)化運(yùn)行。隨著清理車(chē)間機(jī)械自動(dòng)化的不斷進(jìn)步，翻轉(zhuǎn)機(jī)能大大提高清理輸送線上的工作效率與穩(wěn)定性。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.