一種雙導(dǎo)柱平臺(tái)的設(shè)計(jì)及研究

盧蘭蘭，陳 浩，石 有，劉 崗

（1.廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司，河北 廊坊 065001；2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000）

伴隨現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械化程度的提高、工業(yè)廠房?jī)?nèi)大型構(gòu)件轉(zhuǎn)移需求的增加以及倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)的發(fā)展，雙導(dǎo)柱平臺(tái)在這些領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。雙導(dǎo)柱平臺(tái)具有作業(yè)面廣、額定起重量大、升降運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)，能夠很好地滿足建筑施工中的物料提升、大型構(gòu)件的轉(zhuǎn)移、以及倉(cāng)儲(chǔ)物流領(lǐng)域內(nèi)的貨物輸送等使用工況。新加坡波音飛機(jī)制造廠在物流生產(chǎn)線上需要一種結(jié)構(gòu)體積大、額定提升載荷大的起重升降產(chǎn)品，雙導(dǎo)柱工作平臺(tái)能夠充分滿足其使用要求，協(xié)助其生產(chǎn)線完成固定工位移動(dòng)貨物在不同層級(jí)中的有效轉(zhuǎn)移。

1 雙導(dǎo)柱平臺(tái)主要技術(shù)特點(diǎn)

1.1 工作原理及基本組成

雙導(dǎo)柱平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、空間以及功能要求等因素進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和特殊性。為了便于模塊化組合和通用性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中多采用齒輪、齒條嚙合傳動(dòng)原理，以施工升降機(jī)常用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為軌道節(jié)，通用性和安全可靠性較強(qiáng)，應(yīng)用到物料的垂直運(yùn)輸設(shè)備上具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。

圖1 雙導(dǎo)柱平臺(tái)整機(jī)示意圖

雙導(dǎo)柱平臺(tái)采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)兩側(cè)對(duì)稱布置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降動(dòng)作，在兩側(cè)驅(qū)動(dòng)之間設(shè)置一根同步軸進(jìn)行同步控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步調(diào)平的同時(shí)，解決了設(shè)置一個(gè)安全器難以實(shí)現(xiàn)整機(jī)防墜落的難題，受力原理清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。設(shè)備整體有很好的安全保護(hù)措施，具有防墜落保護(hù)、限位保護(hù)、敦底和冒頂保護(hù)等，同時(shí)在停層位置還分別設(shè)置了防護(hù)圍欄，從結(jié)構(gòu)上避免了人員在上下平臺(tái)的過(guò)程中危險(xiǎn)的發(fā)生，安全可靠。雙導(dǎo)柱平臺(tái)采用變頻調(diào)速控制技術(shù)和可編程程序控制器，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行，啟動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)，緩解了機(jī)械上的沖擊，增加了運(yùn)行平穩(wěn)性，延長(zhǎng)了整機(jī)使用壽命。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

雙導(dǎo)柱平臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)如下。

額定載荷（kg） 3 000

升降速度（m/min） 0～15

減速機(jī)速比 36.52

電機(jī)功率（kW） 2×11

有效行程（m） 5.4

平臺(tái)內(nèi)空（m×m×m） 4.0×3.0×1.5

平臺(tái)重量（kg） 1 600

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自重（kg） 1 200

整機(jī)自重（kg） 6 500

2 雙導(dǎo)柱平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 電機(jī)功率選擇

式中P——全部外載之和，P=P籠+P載+P驅(qū)=1600+3000+1200=5800kg；

η——傳動(dòng)效率，η=0.81；

v——運(yùn)行速度，v=0～15m/min。

計(jì)算可得，NK=17.55kW。

本機(jī)為兩套傳動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)功率為P單=11kW。

P=2×P單=22kW＞17.55kW，電機(jī)功率能滿足要求。

2.2 導(dǎo)向傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

當(dāng)平臺(tái)偏載時(shí)，平臺(tái)側(cè)滾輪受壓力，受力分析如圖2 所示。

圖2 平臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)與平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)示意圖

由平面正交力系平衡方程ΣX=0，ΣY=0 得

P驅(qū)=P載+P籠+驅(qū)

由力矩平衡方程ΣMO=0 得

P側(cè)L側(cè)上+P側(cè)L側(cè)下-KP載L-P驅(qū)L驅(qū)=0

圖2 中

P載——平臺(tái)額定載重量，為3 000kg；

P驅(qū)——驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)平臺(tái)的力；

P籠+驅(qū)——平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自重，為2 800kg；

P側(cè)——側(cè)滾輪受力；

L——載荷重力作用線到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中心線的距離；

L驅(qū)——齒條中心線到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中心線的距離，為147mm；

L側(cè)上——上部側(cè)滾輪到0點(diǎn)的距離，為963mm；

L側(cè)下——下部側(cè)滾輪到0點(diǎn)的距離，為195mm；

K——?jiǎng)虞d系數(shù)，根據(jù)EN 12159-2012《帶立式引導(dǎo)罐籠的施工人員和物料升降機(jī)》，取K=1.1+0.264v=1.166。

即：P驅(qū)=3000+2800=5800kg

P側(cè)×（0.963+0.195)-1.166×3000L-5800×0.147=0。

此處考慮側(cè)滾輪最不利的受力，所以L取2m，則P側(cè)=6778kg。

本機(jī)采用雙導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)，且每個(gè)驅(qū)動(dòng)上有4 個(gè)雙側(cè)滾輪，其中2 個(gè)受壓，2 個(gè)受拉，所以

此側(cè)滾輪偏心軸有兩個(gè)受剪面：A-A面和B-B面，如圖3 所示，只需驗(yàn)算B-B面。

可見(jiàn)雙側(cè)滾輪安全。

圖3 偏心軸受力簡(jiǎn)圖

2.3 主要受力結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)收

現(xiàn)場(chǎng)用地牛運(yùn)送貨物，地牛的兩個(gè)底輪間距L-2a，底部橫梁受力如圖4 所示。

圖4 平臺(tái)底部橫梁受力簡(jiǎn)圖

取C、D點(diǎn)的彎矩

P——平臺(tái)的額定載荷，為3 000kg；

a——載荷作用點(diǎn)到簡(jiǎn)支點(diǎn)的距離，為1 593mm；

先對(duì)C-C，D-D截面進(jìn)行強(qiáng)度校核

查手冊(cè)可知，W=129.560cm3。

可見(jiàn)，底部橫梁滿足要求。

2.4 雙導(dǎo)柱工作平臺(tái)在工程中的應(yīng)用

雙導(dǎo)柱平臺(tái)的問(wèn)世，滿足了很多特定工作場(chǎng)所和工況的使用要求，已在建筑施工、工業(yè)化生產(chǎn)、以及倉(cāng)儲(chǔ)物流領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用（圖5）。如菲律賓某賭場(chǎng)施工中為其在建筑主體施工中輸運(yùn)大型構(gòu)件；為重卡汽車生產(chǎn)線提供汽車駕駛室轉(zhuǎn)運(yùn)方案；為煉化企業(yè)設(shè)計(jì)專門(mén)應(yīng)用于惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)骨料轉(zhuǎn)移運(yùn)輸環(huán)節(jié)的解決方案；在倉(cāng)儲(chǔ)物流方面為波音公司提供的解決方案得到很高好評(píng)，在滿足客戶對(duì)技術(shù)性能需求基礎(chǔ)上、通過(guò)合理的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。

圖5 雙導(dǎo)柱平臺(tái)在各種工況中的應(yīng)用

3 結(jié)語(yǔ)

雙導(dǎo)柱平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)上的雙側(cè)輪的計(jì)算，保證了平臺(tái)偏載時(shí)的安全；通過(guò)對(duì)平臺(tái)底部方管的選型計(jì)算，保證了平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠。通過(guò)以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，確保雙導(dǎo)柱平臺(tái)能夠滿足機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，并能保證其在實(shí)際使用中安全可靠，解決了現(xiàn)場(chǎng)難于運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，提高了生產(chǎn)力。