一種頂升緩沖輸送鏈的開發(fā)設(shè)計(jì)

俞洪杰，岳國富，閆玉平，呂陽陽，劉 康

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.大冶特殊鋼有限公司，湖北 黃石 435001)

0 前言

鋁板包裝是鋁板儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)闹匾Ｗo(hù)措施。根據(jù)冷軋生產(chǎn)的工藝流程，鋁板包裝線屬于冷軋廠精整車間的最后一道工序，普遍位于鋁板橫切機(jī)組之后，其產(chǎn)品將直接發(fā)貨或進(jìn)入成品庫。鋁板包裝不僅直接影響其產(chǎn)品質(zhì)量，而且關(guān)系到其企業(yè)形象。我國現(xiàn)階段鋁板包裝線研究起步較晚，國內(nèi)的大型鋁廠的鋁板包裝機(jī)組主要依賴進(jìn)口。

鋁板包裝線有稱重、覆膜、纏膜、上木托盤、上紙護(hù)角、打捆等工序，鋁板需通過輸送鏈輸送到各個(gè)工位，進(jìn)行各道工序的操作。故輸送鏈?zhǔn)卿X板包裝線的最主要的設(shè)備，鋁板帶經(jīng)過橫切機(jī)組剪切、堆垛之后，已是成品，在包裝線上，鋁板在輸送過程中不能產(chǎn)生劃傷，故開發(fā)設(shè)計(jì)出一種適合輸送成品鋁板垛的輸送鏈尤為必要。

因?yàn)榘b工藝需要，需要將輸送鏈上的板垛頂升起，便于上木托盤，或是將板垛吊運(yùn)到包裝線外，進(jìn)行線外包裝，或是把包裝完好的板垛頂起，便于卸料。頂升緩沖輸送鏈就是同時(shí)具有輸送成品鋁板垛和頂升功能的輸送鏈。

1 頂升緩沖輸送鏈的設(shè)計(jì)要求

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

2 000 mm鋁板包裝機(jī)組由中國重型機(jī)械研究院股份公司為國內(nèi)某大型鋁廠研制，也是國內(nèi)首次設(shè)計(jì)供貨的寬幅面鋁板包裝機(jī)組，機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)為

鋁板長度500～6 000 mm

鋁板寬度500～2 000 mm

垛板最大高度(包括木托盤)600 mm

頂升最小板規(guī)格700 mm×700 mm

運(yùn)行速度12 m/min

1.2 木托盤尺寸規(guī)格

木托盤是鋁板包裝的重要單元，用于墊在板垛的下方。因市場客戶需要不同規(guī)格的鋁板，因而為各種規(guī)格的鋁板相配的木托盤有成百上千種。木托盤有二層木托盤，如圖1所示，還有一種是三層木托盤，如圖2所示。

圖1 一種二層木托盤

圖2 一種三層木托盤

2 頂升緩沖輸送鏈的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兼顧板材的所有規(guī)格和木托盤的規(guī)格，按最大承載能力設(shè)計(jì)選型，開發(fā)設(shè)計(jì)出的頂升緩沖輸送鏈如圖3所示，由頂升裝置、調(diào)整支座、過渡鏈輪裝置、主動(dòng)鏈輪、減速電機(jī)、主動(dòng)軸、輸送鏈底座、橡膠鏈條和被動(dòng)鏈輪等組成。

圖3 頂升輸送鏈結(jié)構(gòu)圖

鋁板包裝線上是將多臺(tái)輸送鏈前后相接放置在一起，當(dāng)鋁板從一臺(tái)輸送鏈輸送至下一臺(tái)輸送鏈時(shí)，通過過渡鏈輪裝置3銜接兩臺(tái)輸送鏈的空擋，使最小規(guī)格(500 mm×500 mm)的鋁板均可平穩(wěn)地輸送到下一臺(tái)輸送鏈。主動(dòng)鏈輪和過渡鏈輪裝置的大鏈輪都裝在主動(dòng)軸上，一臺(tái)減速電機(jī)即可驅(qū)動(dòng)整臺(tái)輸送鏈。選用橡膠鏈條，可有效防止劃傷成品鋁板垛的底面。

頂升裝置在升降過程中不能和輸送鏈干涉，頂升起板垛后，要方便上叉車和放置吊帶。在上木托盤工藝段，頂升裝置要滿足穿過木托盤的橫向和縱向枕木間的空隙，再而頂起板垛。

自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的頂升裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由底座、擺動(dòng)油缸、活動(dòng)樁一、升降架、升降油缸、固定樁、活動(dòng)樁二、連桿、導(dǎo)向座等組成。

圖4 頂升裝置結(jié)構(gòu)圖

四個(gè)升降油缸為頂升裝置的動(dòng)力源，分布在設(shè)備的四角，驅(qū)動(dòng)頂升裝置的升降。為了避免頂升裝置升起時(shí)劃傷板垛的側(cè)面，本文創(chuàng)新性地提出了在升降架上設(shè)置固定樁和活動(dòng)樁，兩列固定樁分布在中間，四列活動(dòng)樁對稱分布在兩側(cè)，根據(jù)不同寬度的板垛，自動(dòng)擺起活動(dòng)樁。兩列固定樁的間距小于頂升最小板規(guī)格(700 mm×700 mm)，故固定樁的側(cè)面不會(huì)劃傷板垛的側(cè)面。擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)樁的擺起和落下，活動(dòng)樁擺起時(shí)，間距與固定樁一致。當(dāng)需要頂升起較小寬度的板垛時(shí)，所有活動(dòng)樁均落下；當(dāng)需要頂升起中間寬度的板垛時(shí)，內(nèi)側(cè)活動(dòng)樁擺起，外側(cè)活動(dòng)樁處于落下位置；當(dāng)需要頂升起較大寬度的板垛時(shí)，所有活動(dòng)樁均擺起，故活動(dòng)樁的側(cè)面也不會(huì)劃傷板垛的側(cè)面。

2.2 連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

簡化后的活動(dòng)樁的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖5所示。構(gòu)件1對應(yīng)活動(dòng)樁一，構(gòu)件2、構(gòu)件2′對應(yīng)活動(dòng)樁二，構(gòu)件3對應(yīng)連桿。

圖5 活動(dòng)樁連桿機(jī)構(gòu)圖

n

p

l

p

h

p

F=3n-(2pl+ph-p′ )=1

因此，活動(dòng)樁的結(jié)構(gòu)是可行的，合理的。當(dāng)擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)樁一擺起和落下時(shí)，活動(dòng)樁二的運(yùn)動(dòng)也隨之確定。

2.3 大型結(jié)構(gòu)件受力分析

此設(shè)備的輸送鏈底座長約7 m，寬約1.7 m，升降架長約4.6 m，寬約2.6 m，對于新開發(fā)設(shè)計(jì)的大型結(jié)構(gòu)件，十分有必要對其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行驗(yàn)證。

焊接材料選為Q235A，對輸送鏈底座和升降架施加實(shí)際工況中的最大載荷，經(jīng)過有限元計(jì)算，輸送鏈底座的應(yīng)力分布圖如6所示，整體應(yīng)力較小，大部分都在56 MPa以下，遠(yuǎn)小于Q235A的屈服極限。輸送鏈底座的變形分布圖如7所示，最大變形發(fā)生在橫梁的中間，為4.2 mm，能滿足使用要求。故輸送鏈底座的強(qiáng)度和剛度均能滿足要求。

圖6 輸送鏈底座應(yīng)力分布圖

圖7 輸送鏈底座變形分布圖

升降架的應(yīng)力分布圖如8所示，整體應(yīng)力較小，大部分都在68 MPa以下，遠(yuǎn)小于Q235A的屈服極限。升降架的變形分布圖如9所示，最大變形發(fā)生在中部橫梁的中間，為3.5 mm，能滿足使用要求。故升降架的強(qiáng)度和剛度也均能滿足要求。

圖8 升降架應(yīng)力分布圖

圖9 升降架變形分布圖

3 工程應(yīng)用

中國重型機(jī)械研究院股份公司為國內(nèi)某大型鋁廠設(shè)計(jì)供貨的2 000 mm鋁板包裝機(jī)組于2019年9月調(diào)試完成，機(jī)組中的頂升緩沖輸送鏈如圖10所示，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，操作簡單，能夠滿足鋁板包裝機(jī)組的工藝要求，運(yùn)行使用情況良好。

圖10 頂升緩沖輸送鏈的工程應(yīng)用

4 結(jié)束語

自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的頂升緩沖輸送鏈?zhǔn)卿X板包裝機(jī)組中的重要設(shè)備之一，很好地滿足了鋁板包裝機(jī)組功能區(qū)域的工藝要求。此設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、安裝方便和操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于國內(nèi)某大型鋁廠，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值，對鋁板包裝機(jī)組的國產(chǎn)化及其設(shè)計(jì)開發(fā)具有一定幫助。