鋼坯鏈式垂直提升機的研究與設計

費明利

（衡陽華菱鋼管有限公司，湖南 衡陽 421001）

0 引言

軋鋼廠所用的鋼坯提升機是將地面輸送輥道上的鋼坯提升到二樓平臺加熱爐的入口附近，在提升過程中需要將鋼坯平穩(wěn)快速地將鋼坯提升到加熱爐的高度，在提升過程中盡量避免出現(xiàn)停機等現(xiàn)象，以免影響加熱爐的生產(chǎn)。

目前國內(nèi)常見的提升機結(jié)構(gòu)有斗式提升機、螺旋提升機、鏈輪鏈板式提升機和泵送提升裝置等。斗式提升機通過料斗裝載砂石等物料，再通過聯(lián)接料斗的鏈條向上運動而運輸物料，常應用于礦山等行業(yè)。螺旋提升機常運輸粉塵狀的物品，目前新型螺旋提升機通過改進結(jié)構(gòu)，已可用于運輸快遞包裹，且可通過控制轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向來進行雙向運輸。鏈輪鏈板式提升機的應用領域很廣泛，既有用于礦石輸送的，也有用于長物料提升的。泵送提升機構(gòu)又稱為泵送機，主要用于水泥和混凝土的提升運輸[1]。

當前歐洲、特別是德國，在特大型提升機技術(shù)方面依然占據(jù)絕對領先地位，尤其是內(nèi)裝電動機式、多繩纏繞式（布萊爾）、應急救援式及帶輔助拖動裝置的提升機技術(shù)優(yōu)勢依然明顯[2]。

為提升圓鋼鋼坯，本次需設計一種鋼坯鏈式垂直提升機。其傳動方式一般采用機械鏈傳動，工作過程為電機帶動鏈輪，鏈條向上提升，同時鏈條上的提升鉤子帶動鋼坯向上提升。采用多根滾子鏈共同提升鋼坯。提升機設計有導軌，鏈條和提升鉤子在導軌里面運行。為了保證每根鏈條的受力均勻，提升鉤子必須布置在多根鏈條的同一水平上。

1 鋼坯提升機結(jié)構(gòu)方案設計

合格的鋼坯鏈式垂直提升機需滿足條件：能夠?qū)崿F(xiàn)上料、提升、下料等基本工作動作；能滿足運輸圓鋼的最大直徑、最長長度、最大質(zhì)量要求；同時提升運輸效率高，能夠滿足鋼廠生產(chǎn)要求，不易出現(xiàn)故障；操作簡單，便于安裝維修。

綜上所述，本次設計的鋼坯鏈式提升機由傳統(tǒng)的斗式提升機改進而來。以鏈傳動為主體，電機為動力。當下?lián)芰蠙C構(gòu)將圓鋼撥至鏈條上的托架掛鉤時，托架掛鉤再隨著鏈條的運動將大質(zhì)量的圓鋼上抬運輸，在到達最高點后，鏈條托架掛鉤帶動圓鋼做圓周運動，由于重力作用，圓鋼自動脫落到上撥料機構(gòu)，并由上撥料機構(gòu)將圓鋼撥至上運輸平臺。至此提升輸送裝置的一次工作完成。其工作原理見圖1。

圖1 圓鋼提升輸送裝置工作示意圖

上下料機構(gòu)分別位于提升機的下端和上端，其作用是將圓鋼撥上和撥下提升機。本次設計的上下料機構(gòu)是采用電動機帶動的機械撥叉旋轉(zhuǎn)上下料機構(gòu)。其工作特點是通過將圓鋼架放在旋轉(zhuǎn)機械臂上，帶動機械臂旋轉(zhuǎn)，將圓鋼運輸?shù)较嗯涮椎逆湕l托架掛鉤上，之后上升的掛鉤將圓鋼提起，實現(xiàn)上下料。

相較于傳動的液壓式圓鋼上下料機構(gòu)，電動機帶動的機械撥叉旋轉(zhuǎn)上下料機構(gòu)，可以實現(xiàn)整圈的轉(zhuǎn)動，且電機由電腦進行編程控制，更加智能。同時該裝置能防止機械臂未完全回退時圓鋼已下落，從而導致機械卡死的情況出現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)外形見圖2。

圖2 電機帶動的機械撥叉旋轉(zhuǎn)上下料機構(gòu)

鋼坯鏈式垂直提升機的主體結(jié)構(gòu)由提升機鏈條及張緊裝置、鏈條提升托架鉤、撥叉上下料裝置、提升鏈條導軌等組成。

2 鋼坯提升機鏈條張緊方案設計

提升機張緊裝置是提升機的重要組成部分，張緊裝置的性能直接影響到提升機整機的工作性能[3]。鏈傳動張緊的目的主要是為了避免在鏈條的垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條震動現(xiàn)象。設置張緊裝置的目的在于，保證了鏈條和鏈輪之間良好的嚙合，避免產(chǎn)生嚙合不良和鏈條震動現(xiàn)象。提升機張緊裝置多數(shù)設計在了下半部分。

張緊裝置有螺旋式張緊裝置和墜重式張緊裝置之分。

螺旋式張緊裝置是把軸承固定在了螺旋拉緊裝置的滑板之上，滑板則安裝在下部區(qū)段的導軌之內(nèi)?；逯饕窃赨 型鋼板里裝上了調(diào)整用的螺母，在下部區(qū)段上的調(diào)整螺桿的作用之下進行旋轉(zhuǎn)，從而拉緊下部提升機的下部分區(qū)段進而來調(diào)整張距。螺旋張緊裝置的特點在于結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝簡單，占地面積也小。但由于張緊力和張緊行程比較小，不能夠自動調(diào)整張緊裝置。由于螺旋張緊裝置的行程收到結(jié)構(gòu)的限制，所以不能夠自動的保證恒定的張力大小[4]。所以，此類張緊裝置都是用在長度短功率小的輸送機上。通常行程選取總機長度的百分之一。

墜重張緊裝置是依靠自身的重力來實現(xiàn)恒定張緊力的，因為其自身重量是恒定的，故而，可以保證足夠的恒定張力。此類張緊裝置多數(shù)用在輸送功率大，輸送長度大的大型輸送機上。

考慮本次設計的鏈條張緊裝置，采用螺旋式張緊，如圖3 所示。鏈輪的軸承固定在了螺旋拉緊裝置的滑板之上，滑板則安裝在下部區(qū)段的導軌之內(nèi)。滑板可以在U 型鋼板里滑動調(diào)節(jié)，在下部區(qū)段上的調(diào)整螺桿的作用之下進行旋轉(zhuǎn)。從而拉緊提升機的下部進而來張緊鏈條。為了保證每一根鏈條的張緊效果，分別在每一條鏈條都安裝螺旋式張緊裝置，用以達到張緊效果，螺旋張緊裝置布置如圖4 所示。張緊裝置的行程一般在20 ～30 cm。

圖3 螺旋張緊裝置

圖4 螺旋張緊裝置整體布置

3 鋼坯提升托架鉤子設計計算

托架鉤子的零部件是由兩塊鋼板組合裝配而成，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是強度非?？煽?，完全適合鋼廠鋼坯的提升工作。鋼板厚度15 mm，加工方案用銑刀一次性加工。托架零部件部分和鏈條用螺栓連接起來，連接方式見圖5。托架鉤子的結(jié)構(gòu)見圖6。

圖5 鏈條托架掛鉤連接結(jié)構(gòu)圖

圖6 托架鉤子結(jié)構(gòu)圖

4 鋼坯提升機撥叉上料方案設計

撥叉上料機構(gòu)通過自動上料來取代原來的人工操作，提高了鋼廠的生產(chǎn)效率[5]。其本身的自動化的上料模式，有效的實行了物料運輸搬運自動化。

撥叉上料的作用是按照工藝要求把鋼坯從臺架的一端搬運到另一端的滾到上，以便與設備的加工。目前我國的軋鋼廠設計的鋼坯上料裝置結(jié)構(gòu)根據(jù)工藝布置有多種設計，常用的有齒輪齒條式、鏈條鏈輪式、液壓式、撥叉往復式。不同的上料裝置在實際的運行中效果不同。具體的選型應根據(jù)輸送條件、煉鋼連鑄與加熱爐平面布置及其產(chǎn)能節(jié)奏等因素來確定，其中，經(jīng)典的上料臺架的工作原理是一個曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄的旋轉(zhuǎn)，從而把物料從一端搬運到另外的一端[6]。作為經(jīng)典的上料機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)的分析研究，對本次設計有很大的幫助。

曲柄搖桿機構(gòu)如圖7，鋼坯通過提升在靜臺面上。當曲柄順時針旋轉(zhuǎn)的時候，中間的桿子會被曲柄抬高，進而托起中間的動桿，當中間的動桿高于靜臺面的時候，放在靜止臺面上的坯料會被動桿頂起，曲柄旋轉(zhuǎn)到最高點的時候，中間的動桿最高，之后，當動桿低于靜臺梁面的時候，鋼坯就被放置在靜臺面梁面上。

圖7 曲柄搖桿機構(gòu)

目前的鋼管工業(yè)中用到的撥叉裝置，是在曲柄搖桿機構(gòu)的基礎上改進而來的，它的基本作用是將管坯或鋼管平行的從前一個工位轉(zhuǎn)移到下一個工位[7]。撥叉預先在前一個工位處待料，鋼管進入到撥叉后，撥叉選擇，之后將鋼管送入到下一個工位。當鋼管完全的移送走之后，撥叉復位，在執(zhí)行下一次動作。

上述分析中可以看到，撥叉上料的動作是一個定角往復運動，通常是采用液壓缸驅(qū)動。因此本次設計也采用液壓缸驅(qū)動，來實現(xiàn)上料動作動力。

5 鋼坯提升鏈條導軌設計

因為鋼坯對托架鉤子有一定的傾翻力，所以需設計導軌，鏈條導軌部裝圖見圖8，目的是為了鋼坯能夠順利提升上去，同時鏈條在固定的軌道運行，在很大程度上保證的機械提升過程的安全。本次設計的導軌長度約5.2 m 左右，沒有采用專用設計的軌道，而是用C 形結(jié)構(gòu)鋼焊接組合而成鏈條軌道，用15 mm的鋼板安裝在導軌上面，導軌安裝固定在水泥立柱上面，軌道和掛鉤之間預留有裝配間隙，進而避免鉤子和軌道發(fā)生碰撞發(fā)生安全事故。

圖8 鏈條導軌部裝圖

6 撥叉上料裝置設計

撥叉上料裝置如圖9。撥叉上料裝置的作用是把管坯平行的從一個工位轉(zhuǎn)移到下一個工位。撥叉上料裝置的動作屬于定角往復動作，采用液壓缸驅(qū)動。動作程序為：撥叉預先在前一個工位待料，鋼坯進入撥叉，撥叉平行轉(zhuǎn)移鋼坯到下一個工位，撥叉復位到帶料工位。然后往復以上動作。

7 鋼坯鏈式垂直提升機的總裝效果

鋼坯鏈式提升機選用鏈傳動，其張緊裝置選用螺旋張緊方式，采用撥叉上料。其總裝效果如圖10 所示。

圖9 撥叉上料裝置

圖10 總體結(jié)構(gòu)圖

8 結(jié)語

鋼坯提升機是鋼鐵企業(yè)的常用機械，在軋鋼生產(chǎn)線上有著至關(guān)重要的地位。鋼坯提升機比一般的行車、吊車等提升效率高出至少一倍，極大地提高了整個軋鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

本次設計的鋼坯鏈式提升機具有以下特點：采用機械鏈傳動，驅(qū)動裝置為電動機，利用提升鉤提升鋼坯。工作過程為電動機通過鏈輪帶動鏈條向上提升，同時鏈條上的提升鉤帶動鋼坯向上提升。采用滾子鏈，提升鉤安裝在鏈條上，提升鉤布置在鏈條的同一水平上，多根鏈條共同提升鋼坯。提升機設計有導軌，鏈條和鉤子在導軌里面運行。其作用是防止發(fā)生鋼坯側(cè)翻，以及為了減緩上料卸料的沖擊。鉤子安裝了滾輪，以到達減緩沖擊的目的，延長機械使用壽命，減少維修頻率。