一種用于儲罐提升的新型提升機(jī)的設(shè)計(jì)

劉培興

【摘 ?要】針對當(dāng)前煙草行業(yè)生產(chǎn)線中的香精香料儲罐提升的基本現(xiàn)狀，進(jìn)行了分析與評估，提出了新的提升機(jī)設(shè)計(jì)思路和方法，并且對一種用于儲罐提升的新型提升機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)表了闡述。

【關(guān)鍵詞】機(jī)架;上限位機(jī)構(gòu);絲桿裝置;提升架;輥道輸送機(jī);轉(zhuǎn)向器;減速電機(jī)

1.引言

現(xiàn)煙草行業(yè)生產(chǎn)線中，一般需要將噸位重量級的香精香料儲罐提升到一定高度后才能與灌裝設(shè)備連接實(shí)現(xiàn)對香精香料的灌裝工序。目前對于香精香料儲罐的提升設(shè)備普遍采用的是鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，這類設(shè)備的工作原理是采用電機(jī)為動力與傳動軸和鏈輪的連接后實(shí)現(xiàn)鏈條的往復(fù)運(yùn)動從而實(shí)現(xiàn)對儲罐的上下提升的目的，在對儲罐提升的過程中如果制動控制失靈，儲罐就會從高處墜落造成儲罐損壞、香精香料撒潑、人員傷亡等重大人身事故和經(jīng)濟(jì)損失。

結(jié)合上述對傳統(tǒng)鏈條提升機(jī)的缺陷，研發(fā)設(shè)計(jì)出一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自帶機(jī)械傳動和機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)防止儲罐下墜的新型提升機(jī)。其主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、上限位機(jī)構(gòu)、絲桿裝置、提升架、輥道輸送機(jī)、轉(zhuǎn)向器等組成。其主要優(yōu)點(diǎn)為：運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高、承載力大。

2.工作原理

該新型提升機(jī)的各動作部組由機(jī)架整體固定和支撐，其動力采用減速電機(jī)驅(qū)動。其工作原理為：設(shè)備初始為提升框架自由下落在機(jī)架下端的輥道輸送機(jī)底下，當(dāng)儲罐由前面工位的輥道輸送機(jī)送至機(jī)架下端時，設(shè)有的感應(yīng)開關(guān)監(jiān)測到信號這時減速電機(jī)驅(qū)動絲桿裝置向上運(yùn)行將提升框架提起動作，實(shí)現(xiàn)儲罐被向上提升的動作。

儲罐是自由狀態(tài)落在支撐盤上，由絲桿裝置中的絲桿旋轉(zhuǎn)與軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合動作，將支撐盤提升的過程，從而實(shí)現(xiàn)儲罐被向上提升的動作。該機(jī)構(gòu)正是提升動作的核心，其優(yōu)點(diǎn)是：能按照控制準(zhǔn)確和平穩(wěn)的提升高度、承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊;同時該機(jī)構(gòu)最大的特點(diǎn)是：儲罐被提升過程中是由絲桿旋轉(zhuǎn)與軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合動作實(shí)現(xiàn)的，即使在提升過程中動力或控制出現(xiàn)問題，儲罐只會被絲桿和軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合作用力下鎖住，停止提升動作，儲罐也不會出現(xiàn)下墜的現(xiàn)象，起到機(jī)械自鎖的防墜落作用。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該新型提升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架（序號1）、上限位機(jī)構(gòu)（序號2）、絲桿裝置（序號3）、提升架（序號4）、輥道輸送機(jī)（序號5）、轉(zhuǎn)向器（序號6）、減速電機(jī)（序號7）等組成。機(jī)型可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況設(shè)計(jì)成單聯(lián)機(jī)或者雙聯(lián)機(jī)以及多聯(lián)機(jī)的模式，本文以雙聯(lián)機(jī)的機(jī)型做論述。其總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示：

1.機(jī)架 2.上限位機(jī)構(gòu) 3.絲桿裝置 4.提升架 5.輥道輸送機(jī) 6.轉(zhuǎn)向器 7.減速機(jī)

機(jī)架（序號1）：主要由上機(jī)架、下機(jī)架、樓梯、檢修平臺部分組成，其作用是起到對各部組的連接和支撐。上機(jī)架是由鋼材制作而成的一個方框，起到絲桿傳動的動力部分的安裝和固定;下機(jī)架同時起到提升架和輥道輸送機(jī)的安裝;同時下機(jī)架上設(shè)計(jì)有導(dǎo)向部件，以保證提升架的垂直上下運(yùn)動。

上限位機(jī)構(gòu)（序號2）：主要由驅(qū)動動力、伸縮桿、導(dǎo)向部件組成。其作用是起到儲罐上升到上限位置后，該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力驅(qū)動伸縮桿插入儲罐底下的支撐盤，同時在伸縮桿動作時均有導(dǎo)向部件的配合作用更好的保證了伸縮桿準(zhǔn)確無誤的插入支撐盤，使得儲罐被抬起，起到儲罐二次防墜的機(jī)械鎖定功能。

絲桿裝置（序號3）：主要由絲桿、軸向旋轉(zhuǎn)部件、過渡連接件等組成。其作用是由絲桿的徑向旋轉(zhuǎn)與軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合動作而產(chǎn)生的力來實(shí)現(xiàn)提升架（序號4）被提升的過程，因?yàn)閮奘锹湓谔嵘埽ㄐ蛱?）上的，所以最終也就實(shí)現(xiàn)了儲罐被向上提升的目的。

提升架（序號4）：主要由底框架、底座、導(dǎo)向部組組成。其主要作用是承接和提升儲罐。提升架的導(dǎo)向部組，起到上下運(yùn)行時的直線導(dǎo)向作用，為平穩(wěn)運(yùn)行提供了重要保障;同時為了更好承接和提升儲罐，提升架與輥道輸送機(jī)（序號5）的輥筒之間，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了空隙，保障提升架能夠自由的落在輥道輸送機(jī)（序號5）的底部。

輥道輸送機(jī)（序號5）：主要由機(jī)架、輥筒、減速電機(jī)、傳動鏈條、鏈輪組成。機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成切口式，滿足提升架（序號4）能夠順暢從切口處落入輥道底部的要求。輥道輸送機(jī)主要作用是起到對儲罐的承接和輸送，是利用輥筒與儲罐的摩擦力帶動儲罐運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)將儲罐輸送的目的。

轉(zhuǎn)向器（序號6）：主要由機(jī)殼、螺旋傘齒輪、軸承、傳動軸等組成。其結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，能夠方便及靈活的與各傳動件配合，其主要作用是起到傳動件的橫向或縱向的聯(lián)接。

減速電機(jī)（序號7）：該減速電機(jī)為整個絲桿裝置的動力源，動力由轉(zhuǎn)向器（序號6）分配到各個絲桿上實(shí)現(xiàn)傳動。

4.速度設(shè)計(jì)

通常提升機(jī)的升降速度基本上有快速和慢速兩種速度，這是由絲桿裝置（序號3）中的蝸輪蝸桿傳動比決定的，所以在速度的設(shè)計(jì)中：

擬定以SWL2.5為例：

快速用P表示，速比為 6：1;慢速用M表示，速比24：1

同時絲桿的螺紋尺寸（包括螺距）是固定的。而計(jì)算升降速度的重要參數(shù)就是螺距。

SWL2.5的螺距為6mm，那么我們以4P普通電機(jī)來計(jì)算（4極輸出轉(zhuǎn)速：1450 r/min），

那么提升機(jī)：

快速時升降速度：1450（輸入轉(zhuǎn)速）÷6（速比）×6mm（螺距）= 1450 mm/min

慢速時升降速度：1450（輸入轉(zhuǎn)速）÷24（速比）×6mm（螺距）= 362 mm/min

再進(jìn)一步：

假定的提升機(jī)行程為500mm.那么走完全程所需要時間為：

快速時升降速度：500mm÷（1450 mm÷60s）=20.7s（秒）

慢速時升降速度：500mm÷（362 mm÷60s）=83s（秒）

5.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本機(jī)的控制通過電氣控制方式實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的動作，其控制原理如圖2所示：

控制系統(tǒng)的動力分為3部分：動力M1控制“上限位機(jī)構(gòu)（序號2）”中伸縮桿的伸進(jìn)和退出的動作;動力M2：控制“輥道輸送機(jī)（序號5）”中電機(jī)的啟動和停止動作;動力M3：控制“絲桿裝置（序號3）”的上下動作。絲桿裝置（序號3）的上端設(shè)計(jì)有限位感應(yīng)件，當(dāng)運(yùn)行到上限位時，感應(yīng)開關(guān)檢測到信號且將信號傳送到PLC，控制停止動作;“絲桿裝置（序號3）”的下端設(shè)計(jì)也同時設(shè)計(jì)有限位感應(yīng)件，當(dāng)運(yùn)行到下限位時，感應(yīng)開關(guān)檢測到信號且將信號傳送到PLC，控制停止動作;因此實(shí)現(xiàn)絲桿裝置的上下運(yùn)行的動作。

本機(jī)在運(yùn)行時為了防止對儲罐的墜落，除設(shè)計(jì)了機(jī)械上自帶的鎖緊功能外，在控制上也增加了全電路制動BBW系統(tǒng)。全電路制動系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，因?yàn)槠鋫鬟f的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動反應(yīng)時間。本全電路制動的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括：

1）電制動器。其結(jié)構(gòu)和液壓制動器基本類似，有盤式和鼓式兩種，供能裝置是電機(jī)來提供;

2）電制動控制單元（（ECU）。接收制動板發(fā)出的信號，控制制動器制動;接收駐輪制動信號，控制駐輪制動;接收傳動輪傳感器信號，識別傳動輪是否抱死、打滑等，控制傳動輪制動力，實(shí)現(xiàn)防抱死和驅(qū)動防滑。

本控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）整個制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，省去了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的制動油箱、制動主缸、助力裝置、液壓閥、復(fù)雜的管路系統(tǒng)等部件，使整車質(zhì)量降低。

2）制動響應(yīng)時間短，制動性能提高。

3）無制動液，維護(hù)簡單。

4）系統(tǒng)總成制造、裝配、測試簡單快捷，易于實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)。

5）采用電線連接，系統(tǒng)耐久性能良好。

6）易于改進(jìn)，稍加改進(jìn)就可以增加各種電控制功能。

6.應(yīng)用

結(jié)合本機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，該新型提升機(jī)除了可在煙草行業(yè)生產(chǎn)線中的香精香料儲罐的提升用外，還可廣泛應(yīng)用于食品、飲料、制藥、生物及化工等眾多行業(yè)。結(jié)合具體行業(yè)和工況可對尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)后，能夠按照一定程序準(zhǔn)確地控制提升或推進(jìn)所需要的高度。

7.結(jié)束語

儲罐提升機(jī)是保障儲罐提升工序中的生產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)設(shè)備之一，特別是對重量重的儲罐提升工況，其設(shè)計(jì)的可靠性與合理性是生產(chǎn)線安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。本文對提升機(jī)的整體及主要各部組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都進(jìn)行了介紹，此設(shè)計(jì)方法可以推廣用于煙草、食品、飲料、制藥、生物及化工等眾多行業(yè)，有較好的借鑒價值和實(shí)際參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]JB/ZQ4391-86 QWL蝸輪絲杠升降機(jī)動性型式

[3]王紅 全電路制動系統(tǒng) 《科技風(fēng)》2014年22期

（作者單位：昆明風(fēng)動新技術(shù)集團(tuán)發(fā)展有限公司技術(shù)研發(fā)中心）