一種超大型物料提升裝置的設(shè)計及研究

石 有，盧宏偉，田國承，肖洪濤，楊 靜

（廊坊凱博建設(shè)機械科技有限公司，河北 廊坊 065000）

隨著工業(yè)化和機械化裝備的不斷發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)Υ怪边\輸設(shè)備的需求從載重量、體積等方面上提出了更高的要求，用于滿足建筑施工、工業(yè)生產(chǎn)過程中的物料運送。目前主要的運送方式按照傳動方式大體分為導(dǎo)軌液壓式，鋼絲繩式和齒輪齒條式。導(dǎo)軌液壓式物料提升平臺載重量大，但速度一般為4～6m/min，受制于液壓缸長度一般運行高度不超過30m。鋼絲繩式物料提升裝置分為曳引式和卷揚機驅(qū)動，載重量和運行速度滿足使用，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝使用環(huán)境要求高，且需要單獨設(shè)置機房或驅(qū)動裝置安裝平臺，對安裝井道要求高，特別是安全性較差，后期設(shè)備使用維護難度較大。齒輪齒條式物料提升裝置作為建筑施工領(lǐng)域的主流垂直運送裝備經(jīng)過多年的發(fā)展，逐步成熟化并應(yīng)用于各行各業(yè)，其對運行環(huán)境要求低，能夠在惡劣工況下正常工作，整個設(shè)備自重通過自身導(dǎo)軌承受，對結(jié)構(gòu)受力影響小，整個裝置集成了傳動裝置及安全裝置等，無須另設(shè)機房，節(jié)約成本，對設(shè)備安裝現(xiàn)場改造小，建筑結(jié)構(gòu)受力影響小，后期設(shè)備維護使用方便、經(jīng)濟。

根據(jù)國內(nèi)碳素廠碳素車間生產(chǎn)需要有大噸位垂直運輸需求，且要求設(shè)備能夠滿足物料自動運輸、安全高效以滿足生產(chǎn)流水線作業(yè)。而傳統(tǒng)提升設(shè)備安全性、精準(zhǔn)度、起重量、自動化等方面均不能滿足車間生產(chǎn)需求。本文結(jié)合料斗運送的工況需求，以及廠房結(jié)構(gòu)空間和使用環(huán)境工況，綜合分析各個方面因素，提出了一種齒輪齒條式雙導(dǎo)柱物料提升裝置，能夠滿足碳素廠物料運送的載重量和高度需求，大大降低了設(shè)備成本。同時具有可靠的平穩(wěn)性和安全性。

1 總體設(shè)計方案

根據(jù)碳素廠施工需求，該超大型物料提升裝置主要滿足碳素廠中料斗的運送，且能夠方便運輸和安裝，保證運行過程的平穩(wěn)及裝置的安全性?，F(xiàn)設(shè)計一套帶有雙驅(qū)動裝置、防墜落安全裝置、超大分體式吊籠、平衡吊籠重力裝置的超大型物料提升裝置。整個方案利用了現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)軌架、驅(qū)動裝置、防墜落安全裝置等，實現(xiàn)對料斗的運送。主要技術(shù)參數(shù)如下。

總功率（kW）：4×11=44

運行速度（m/min）：0～33

額定載重量（kg）：5 500

提升高度（m）：34.3

吊籠尺寸（m）：4.5×2.35×6.5

2 物料提升裝置結(jié)構(gòu)簡述

本文設(shè)計的超大型物料提升裝置如圖1 所示，在成熟的齒輪齒條升降機技術(shù)上進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能創(chuàng)新，并依據(jù)碳素廠的施工需求，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，實現(xiàn)料斗的垂直運送，提高了工作效率，可實現(xiàn)精確定位，運行安全性高，解決了普通物料提升裝置無法適用特殊工況的難題，達(dá)到裝置的穩(wěn)定性、安全性及專用性要求。本文設(shè)計的超大型物料提升裝置主要由導(dǎo)軌架、天梁、附著、安全器、驅(qū)動裝置、同步軸、吊籠、對重裝置、對重緩沖裝置、電纜挑桿、電纜臂、底架、緩沖裝置、限位裝置等組成。

圖1 一種超大型物料提升裝置結(jié)構(gòu)示意圖

多組標(biāo)準(zhǔn)節(jié)構(gòu)成導(dǎo)軌架，為吊籠上下運行提供軌道。設(shè)置兩組導(dǎo)軌架，兩組導(dǎo)軌架中間連接有吊籠，吊籠為拼裝式結(jié)構(gòu)，用來運送料斗，吊籠頂部設(shè)有頂護欄；導(dǎo)軌架頂端設(shè)置有天梁，導(dǎo)軌架外側(cè)分別設(shè)置對重裝置，用來平衡吊籠自重產(chǎn)生的力；設(shè)置2 個驅(qū)動裝置，對稱安裝，為該超大型物料提升裝置提供動力；設(shè)置安全器，當(dāng)?shù)趸\運行速度過快時，安全器動作，裝置立即暫停運行，保證了該裝置的安全性；設(shè)置同步軸，并與兩側(cè)驅(qū)動裝置連接，保證了2 個驅(qū)動裝置的同步動作，實現(xiàn)了裝置的穩(wěn)定運行。設(shè)置底架，其用型鋼焊接而成，承受裝置的全部載荷；設(shè)置對重緩沖裝置，防止導(dǎo)軌架外側(cè)對重裝置直接撞擊到地面，減小沖擊力；底架上設(shè)置緩沖裝置，防止吊籠直接撞擊到底架上，減小沖擊力；在導(dǎo)軌架外側(cè)每隔一定距離設(shè)置多組附著，是導(dǎo)軌架與建筑物之間的聯(lián)接部件，用以保持導(dǎo)軌架及整個裝置的穩(wěn)定性；設(shè)置限位裝置，包括：減速、限位、極限，保證裝置的安全性；設(shè)置電纜挑桿、電纜臂，電纜挑桿安裝在導(dǎo)軌架中部偏上位置，電纜臂安裝在吊籠上。

3 主要創(chuàng)新點

1）雙側(cè)驅(qū)動同步裝置 由于設(shè)備采用雙側(cè)驅(qū)動，為了保證雙側(cè)驅(qū)動的一致同步性，研發(fā)一套機械強制同步裝置，如圖2 所示。將同步軸設(shè)置成對稱的形式，并與兩側(cè)驅(qū)動裝置連接，保證了2 個驅(qū)動裝置的同步動作，實現(xiàn)該超大型物料提升裝置的穩(wěn)定性。相比于傳統(tǒng)的電氣同步控制，這種機械式同步控制裝置具有穩(wěn)定性、可靠性更強的特點，解決了兩側(cè)電機啟動時不同步對設(shè)備造成變形的危害。在極端情況下，可實現(xiàn)同步防墜，保護設(shè)備安全。在設(shè)計時，兩側(cè)輸出軸采取不同結(jié)構(gòu)，使主軸帶動齒輪可以在軸向上進行小范圍竄動調(diào)整，減小了安裝精度，降低了生產(chǎn)加工難度。

圖2 同步軸結(jié)構(gòu)示意圖

2）對重裝置 對重裝置（圖3）主要包括：對重塊一、鋼絲繩楔套、對重塊二、滾輪、平衡繩輪、鋼絲繩、鋼絲繩繩夾等結(jié)構(gòu)。

圖3 對重裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在導(dǎo)軌架兩側(cè)分別對稱設(shè)置對重塊一、對重塊二，以此平衡吊籠自重產(chǎn)生的重力，對重塊二上連接有滾輪總成，依靠滾輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)在導(dǎo)軌架上的上下運行。對重塊一連接有鋼絲繩楔套。平衡繩輪設(shè)置在箱體頂部，通過鋼絲繩與對重連接。對重的重量平衡掉了吊籠的重量，從而降低了電機功率，在長期的使用過程中，大幅地降低了客戶的使用成本。又因為該設(shè)備為永久安裝，不存在接高需要拆裝天梁，調(diào)整鋼絲繩長度的弊端。此外，在全方面也有全方面考慮，每側(cè)對重都采取雙鋼絲繩設(shè)計，鋼絲繩通過鋼絲繩楔套繞過天梁連接到平衡繩輪，分別順時針纏繞圈，逆時針纏繞圈，極限情況如果鋼絲繩斷一根，另一根完全能夠承受對重重量，不會發(fā)生對重墜落事件，避免人員、財產(chǎn)危險。由于兩根鋼絲繩正反纏繞在平衡繩輪上，斷掉一根，另一根將帶動平衡繩輪轉(zhuǎn)動，從而觸碰限位開關(guān)，停止設(shè)備運行，強制維保人員檢修。有效避免了斷繩而工作人員不知曉，設(shè)備帶病運行的現(xiàn)象。

3）精準(zhǔn)停層無縫對接技術(shù) 本次設(shè)計，將客戶生產(chǎn)線完全考慮其中，使本設(shè)備融入生產(chǎn)線中，轉(zhuǎn)運碳素過程中可以免去裝卸工序，連同生產(chǎn)線中料斗小車一同轉(zhuǎn)運，較大的提升了客戶生產(chǎn)效率。首次采用雙穩(wěn)態(tài)磁開關(guān)，非接觸式減速，提高了升降機停層的精度、穩(wěn)定性和可靠性，降低了故障率。通過雙穩(wěn)態(tài)磁開關(guān)實現(xiàn)升降機每層精準(zhǔn)停層，停層精度可達(dá)±3mm，確保吊籠內(nèi)的滑觸線、軌道等與各停層處的滑觸線、軌道等對接準(zhǔn)確，保證產(chǎn)線的正常運行。

4 應(yīng)用實例

該超大型物料提升裝置成功應(yīng)用于碳素廠料斗運送生產(chǎn)線，如圖4 所示，采用本裝置進行料斗的運輸，減少了施工人員的工作量。該裝置技術(shù)性能可靠，采用雙驅(qū)動裝置及對重裝置，降低了裝置使用功率，大大提高了裝置運行效率；吊籠的設(shè)計更符合碳素廠的實際施工狀況；該大型物料提升裝置拆裝方便，專用性強，且具備符合國家標(biāo)準(zhǔn)的安全保護裝置，確保裝置使用過程中的安全性。

圖4 一種超大型物料提升裝置應(yīng)用實例