一種鍍鋅行業(yè)用電動(dòng)葫蘆

趙 鑫 王若飛 秦 晉 劉鴻翔

紐科倫（新鄉(xiāng)）起重機(jī)有限公司 長(zhǎng)垣 453400

0 引言

起重機(jī)廣泛應(yīng)用于鍍鋅行業(yè)，現(xiàn)階段鍍鋅線人工手動(dòng)操作，對(duì)鍍鋅件鈍化時(shí)間等無(wú)法精確計(jì)算，無(wú)法保證鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量的統(tǒng)一性。宋利剛等[1]指出鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量的好壞至關(guān)重要，在一定程度上直接影響企業(yè)在用戶中的口碑；韓翠英等[2]淺談起重機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，指出智能化與自動(dòng)化相結(jié)合是當(dāng)代起重機(jī)技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。因此，設(shè)計(jì)一款可以適用于自動(dòng)、半自動(dòng)生產(chǎn)線的鍍鋅葫蘆尤其重要且順應(yīng)起重機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)線是一個(gè)復(fù)雜的閉環(huán)系統(tǒng)，過(guò)程中涉及到多個(gè)工藝流程，由于各個(gè)流程之間特點(diǎn)不同且運(yùn)行線路存在彎道，因此，鍍鋅線用電動(dòng)葫蘆的設(shè)計(jì)要涉及轉(zhuǎn)彎、垂直升降（防搖）、變頻調(diào)速等各個(gè)方面[3]。

須雷[4]指出起重機(jī)的更新和發(fā)展跟隨工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機(jī)的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要發(fā)揮出最佳的效用。目前，市場(chǎng)上的鍍鋅電動(dòng)葫蘆雖然可以用于鍍鋅線使用，但由于其起升裝置為柔性鋼絲繩，搖擺幅度較大無(wú)法定位。本文根據(jù)用戶使用情況反饋需求研發(fā)一款成本較低且可應(yīng)用于鍍鋅行業(yè)的半自動(dòng)、自動(dòng)生產(chǎn)的鍍鋅電動(dòng)葫蘆。

目前，鍍鋅線用起重設(shè)備主要面臨以下困難：空間低矮、工作區(qū)域小、鍍鋅工藝槽小和運(yùn)行精度低等。本文研發(fā)了一種鍍鋅行業(yè)用電動(dòng)葫蘆，用來(lái)滿足鍍鋅行業(yè)的工況需要。該電動(dòng)葫蘆在彎道處隨意旋轉(zhuǎn)且鍍鋅件在升降過(guò)程中能保證鍍鋅件擺幅最小，可以控制在自動(dòng)化需要的范圍內(nèi)，且運(yùn)行變頻調(diào)速能很好地滿足自動(dòng)化要求，各個(gè)工藝流程之間的自由轉(zhuǎn)換最大限度地滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的需求。

1 鍍鋅電動(dòng)葫蘆的整體布置

鍍鋅電動(dòng)葫蘆具有運(yùn)行精度高、起吊平穩(wěn)與適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，滿足對(duì)鍍鋅線的工作需要，整體布置如圖1所示。

圖1 鍍鋅工藝平面示意圖

鍍鋅工藝槽置于軌道正下方，電動(dòng)葫蘆負(fù)責(zé)起吊清洗鍍鋅件，依次經(jīng)冷水、熱水、鈍化、噴淋等工藝槽清洗，在熱水槽一般需停留42 s，保證鈍化質(zhì)量，鈍化完成后吊運(yùn)至空中停滯18 s，保證鍍鋅件全部老化，出槽后空老化后繼續(xù)進(jìn)入噴淋槽，鍍鋅件經(jīng)噴淋后返回卸料處烘干。

由圖1 可知，為減少?gòu)S房長(zhǎng)度方向距離，軌道一般是環(huán)形布置，此類布置便于減少?gòu)S房設(shè)計(jì)成本，觀察鍍鋅件鍍鋅質(zhì)量和生產(chǎn)狀況。

2 鍍鋅電動(dòng)葫蘆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 鍍鋅電動(dòng)葫蘆整體

鍍鋅電動(dòng)葫蘆[5]采用新型剛性結(jié)構(gòu)克服傳統(tǒng)電動(dòng)葫蘆起吊搖擺無(wú)法定位的劣勢(shì)，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該電動(dòng)葫蘆主要由電動(dòng)小車、葫蘆架、連接架裝置、起升裝置及起吊裝置等部件組成。

圖2 鍍鋅電動(dòng)葫蘆結(jié)構(gòu)圖

電動(dòng)小車采用連接件將4 個(gè)輪子分別安裝在軌道上，安裝時(shí)根據(jù)工字鋼型號(hào)的不同，通過(guò)調(diào)整跑車車輪間距以配套軌道。電動(dòng)小車通過(guò)連接架裝置（含旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）與下方的葫蘆架及電動(dòng)葫蘆連接在一起[6]。機(jī)械結(jié)構(gòu)方面采用拉拔成型的型材矩形管，減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能，葫蘆架端部采用矩形型材鋼管焊接，底部采用螺桿緊固，具有一定的軌道間距可調(diào)節(jié)性?？紤]到鍍鋅線使用工作環(huán)境惡劣，葫蘆架矩形型材管端部均增加封板，避免出現(xiàn)內(nèi)部無(wú)防腐措施導(dǎo)致出現(xiàn)腐蝕，降低葫蘆架使用壽命的情況。起吊裝置總成由橫梁上焊接的12 件導(dǎo)向輪、動(dòng)滑輪組和吊具連接梁等組成，通過(guò)鋼絲繩從卷筒下繩至起吊裝置總成滑輪組，隨著鋼絲繩的卷出、卷入帶動(dòng)吊具垂直升降，導(dǎo)向輪沿葫蘆架表面矩形管行走限制除垂直方向外其余方向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

2.1.1 連接架裝置（旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）

由圖1 可知，鍍鋅線均存在轉(zhuǎn)彎位置卸料，為滿足使用需求設(shè)計(jì)可旋轉(zhuǎn)連接架裝置，結(jié)構(gòu)類似于吊鉤裝置中鉤頭與滑輪之間的連接方式（見(jiàn)圖3），底座與臺(tái)階軸安裝推力球軸承，轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能保證電動(dòng)葫蘆在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)不會(huì)出現(xiàn)卡軌現(xiàn)象，水平輪安裝在軌道兩側(cè)，保證電動(dòng)葫蘆運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)大幅度搖擺。連接架裝置結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 連接架裝置結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 起吊裝置總成

起吊裝置總成如圖4 所示。吊具連接接口處采用臺(tái)階面設(shè)計(jì)，吊具與連接口之間采用螺栓加減載凸緣的連接結(jié)構(gòu)，螺栓不受剪力僅起緊固作用，吊具連接板凸緣處受剪力，避免螺栓疲勞被剪斷從而造成安全事故的發(fā)生。

圖4 起吊裝置總成

由圖4 可知，動(dòng)滑輪裝置與導(dǎo)輪、吊具連接架采用螺栓連接，避免因滑輪磨損造成整個(gè)起吊裝置總成都需更換而浪費(fèi)資源，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)更換動(dòng)滑輪裝置。

2.1.3 葫蘆架總成

另一種方法就是采用子空間跟蹤技術(shù)[13]。在強(qiáng)干擾環(huán)境下，由于接收機(jī)接收的GPS有效信號(hào)能量很弱，干擾和白噪聲占據(jù)了接收數(shù)據(jù)的主能量子空間。而有效信號(hào)的檢測(cè)主要依靠擴(kuò)頻增益，它對(duì)消除白噪聲的影響很有效，但對(duì)強(qiáng)干擾卻未必有效，所以接收信號(hào)處理的關(guān)鍵是抑制強(qiáng)干擾。基于子空間投影的干擾抑制是一種有效方法，其基本過(guò)程是首先找出干擾子空間，再將接收信號(hào)投影到干擾子空間的正交子空間當(dāng)中，投影后的信號(hào)即為去除干擾后所求信號(hào)，如圖2所示。

葫蘆架總成如圖5 所示。起升裝置通過(guò)葫蘆架及起吊裝置與下方的吊具連接在一起，吊具通過(guò)剛性的葫蘆架與吊具連接梁連在一起，吊具與鋼絲繩并未直接接觸。

圖5 葫蘆架總成

由圖4 可知，起吊裝置上焊接了12 件導(dǎo)輪裝置（卷筒軸向位置4件導(dǎo)輪裝置，卷筒徑向位置8件導(dǎo)輪裝置），導(dǎo)向輪裝置以葫蘆架4 條矩形管為軌道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)除垂直方向之外的其他2 個(gè)方向相對(duì)運(yùn)行的制約，保證吊具及被起吊件在可控的范圍內(nèi)出現(xiàn)小幅度晃動(dòng)，特別有助于鍍鋅行業(yè)中鍍鋅、酸洗的工藝流程，再加上成熟的自動(dòng)化電氣控制，能極大地提升該行業(yè)的工作效率。

3 與傳統(tǒng)鍍鋅葫蘆的對(duì)比

3.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的對(duì)比

傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)行裝置如圖6 所示。由圖3 與圖6 對(duì)比可知，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)葫蘆架板連接口采用鉸接連接，葫蘆在運(yùn)行和停止由于自身慣性和冷啟動(dòng)原因?qū)е虑昂髶u擺不平穩(wěn)。本文介紹的鍍鋅電動(dòng)葫蘆其新型旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，屬于剛性連接，葫蘆在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)上述情況導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位且跑車軌道兩側(cè)增加水平輪裝置，避免運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生啃軌、跑車上墻等現(xiàn)象。

圖6 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（傳統(tǒng)）

3.2 起升裝置的對(duì)比

傳統(tǒng)的電動(dòng)葫蘆如圖7 所示，其起升裝置由吊鉤裝置、起升減速器、起升電動(dòng)機(jī)、卷筒裝置、左旋導(dǎo)繩器、右旋導(dǎo)繩器、固定式葫蘆外罩等組成。其中卷筒為雙旋向，卷筒兩端壓繩，鋼絲繩從一端壓繩后纏入卷筒通過(guò)導(dǎo)繩器、吊鉤滑輪、定滑輪、后進(jìn)入另一旋向卷筒纏繞完成后通過(guò)壓繩板固定；起升減速器、起升卷筒組、起升電動(dòng)機(jī)一字型串聯(lián)布置，卷筒內(nèi)部增設(shè)二節(jié)軸通過(guò)剛性聯(lián)軸器與減速器連接，通過(guò)彈性聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)連接。

圖7 傳統(tǒng)電動(dòng)葫蘆

由圖4 與圖7 對(duì)比可知傳統(tǒng)電動(dòng)葫蘆起升裝置通過(guò)卷筒卷入、卷出鋼絲繩帶動(dòng)吊鉤升降運(yùn)動(dòng)，而本文介紹的剛性鍍鋅葫蘆鋼絲繩與起吊裝置總成剛性運(yùn)動(dòng)橫梁滑輪連接，不與吊物直接連接，避免了因鋼絲繩為柔性造成的吊物來(lái)回晃動(dòng)不平。傳統(tǒng)鍍鋅電動(dòng)葫蘆起升采用重錘限位、斷火限位雙重防護(hù)，而本文介紹鍍鋅線上使用的剛性鍍鋅電動(dòng)葫蘆在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)自身尺寸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使導(dǎo)向輪在運(yùn)行至軌道盡頭時(shí)，起吊裝置總成與卷筒裝置仍留有安全空間，可以保證在上限位失效后，通過(guò)其機(jī)械結(jié)構(gòu)仍可防止起升沖頂，避免了安全事故發(fā)生的可能。

3.3 電動(dòng)葫蘆結(jié)構(gòu)的對(duì)比

由圖2 與圖7 對(duì)比可知，傳統(tǒng)鍍鋅線電動(dòng)葫蘆與本文介紹新型鍍鋅葫蘆的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)：

1）傳統(tǒng)電動(dòng)葫蘆采用吊鉤裝置負(fù)責(zé)起吊、清洗鍍鋅件，由于鋼絲繩為柔性，電動(dòng)葫蘆在水平方向運(yùn)行不斷啟停，掛鉤由于慣性在起吊過(guò)程中，吊鉤特別容易前后擺動(dòng)，無(wú)法定位，撞擊槽壁，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，所以需等待吊鉤二次垂直，浪費(fèi)時(shí)間。本文介紹鍍鋅葫蘆采用剛性葫蘆架，無(wú)吊鉤裝置，為起吊裝置與下方吊具連接，吊具與鋼絲繩并未直接接觸，不會(huì)出現(xiàn)因鋼絲繩為柔性導(dǎo)致左右搖擺而出現(xiàn)大幅度搖擺。

2）傳統(tǒng)電動(dòng)葫蘆為保證重心在主動(dòng)跨、從動(dòng)跨車輪內(nèi)，葫蘆架需加寬設(shè)計(jì)，在起升裝置對(duì)側(cè)需增配重以保證重心位置。本文鍍鋅葫蘆起升機(jī)構(gòu)位于跑車正下方，保證出繩位置在葫蘆正下方，無(wú)需增加配重裝置，且葫蘆架自身為剛性，可以限制除垂直方向外其余方向的行走，壓縮了葫蘆本體側(cè)向空間，進(jìn)一步降低廠房建設(shè)和鍍鋅工藝槽建設(shè)成本。

3）傳統(tǒng)電動(dòng)葫蘆采用導(dǎo)繩器在兩端定滑輪在中間布置，為保證上極限位置時(shí)鋼絲繩與卷筒夾角＜3.5°，卷筒中間預(yù)留光段較大，加大葫蘆外形尺寸，減少了葫蘆軌道方向運(yùn)行極限且由于采用定滑輪結(jié)構(gòu)，故起升裝置為1 根繩布置，若出現(xiàn)鋼絲繩拉斷，葫蘆將無(wú)法保持住重物，進(jìn)而出現(xiàn)吊重物直接墜落存在安全隱患。本新型鍍鋅葫蘆起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)采用兩端下繩與起升橫梁滑輪組配合，滑輪組內(nèi)為關(guān)節(jié)軸承，可以補(bǔ)償一定夾角，進(jìn)而減少鋼絲繩磨損，卷筒兩端繞繩采用2 根獨(dú)立鋼絲繩，可避免因一端鋼絲繩拉斷，吊重物墜落發(fā)生安全事故，導(dǎo)繩器從兩端向內(nèi)下繩無(wú)需增加光段，可以縮短卷筒長(zhǎng)度增加軌道方向運(yùn)行極限。

4）相較傳統(tǒng)葫蘆起升裝置可不設(shè)置重錘限位。由圖2 可知，起吊裝置總成上的水平輪裝置在葫蘆架矩形管導(dǎo)軌上運(yùn)行，當(dāng)徑向水平輪裝置運(yùn)行至葫蘆支座下矩形管處時(shí)，導(dǎo)向輪與葫蘆架矩形管底面接觸停止，防止沖頂，有效提高了起升上極限約200 mm。

5）傳動(dòng)電動(dòng)葫蘆卷筒為預(yù)留光段，造成卷筒較長(zhǎng)，而葫蘆式起重機(jī)卷筒為固定繩槽壁厚，所以卷筒內(nèi)部需在減速器端焊接中間支撐保證卷筒平穩(wěn)運(yùn)行，但是卷筒為密閉無(wú)縫鋼管，所以在一定程度上不利于生產(chǎn)加工，降低生產(chǎn)效率。本結(jié)構(gòu)葫蘆無(wú)需預(yù)留光段，所以不需要在卷筒內(nèi)部焊接中間支撐，間接提高生產(chǎn)效率。

6）相較于傳統(tǒng)鍍鋅葫蘆采用上座板與葫蘆架通過(guò)螺栓連接，本文介紹新型鍍鋅電動(dòng)葫蘆，可直接采用運(yùn)行式葫蘆架板與葫蘆架通過(guò)螺桿連接，架板孔僅起連接固定作用，不需要對(duì)架板孔精加工，而傳統(tǒng)上固定座式葫蘆需對(duì)座板上面和葫蘆架下面加工保證平面度，本結(jié)構(gòu)葫蘆減少了精加工步驟，間接提高生產(chǎn)效率。

7）傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)葫蘆架板連接口采用鉸接連接，葫蘆在運(yùn)行和停止由于自身慣性和冷啟動(dòng)原因?qū)е虑昂髶u擺不平穩(wěn)，本文介紹的鍍鋅線使用電動(dòng)葫蘆其新型旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，屬于剛性連接，葫蘆在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)上述情況導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位且跑車軌道兩側(cè)增加水平輪裝置，避免運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生啃軌、跑車上墻等現(xiàn)象。

鍍鋅電動(dòng)葫蘆可以滿足鍍鋅線上各種工況使用需求，尤其利于自動(dòng)、半自動(dòng)鍍鋅線，如有特殊生產(chǎn)需要，可在軌道上布置多臺(tái)鍍鋅葫蘆聯(lián)動(dòng)使用。為了電動(dòng)葫蘆設(shè)備的運(yùn)行安全，單臺(tái)葫蘆使用時(shí)，采用撥桿限位降低一定成本，多臺(tái)聯(lián)動(dòng)使用時(shí)，增加機(jī)械防碰撞裝置和激光限位冗余設(shè)計(jì)保證設(shè)備運(yùn)行安全。

4 結(jié)論

本鍍鋅行業(yè)用電動(dòng)葫蘆的設(shè)計(jì)完成，滿足了鍍鋅線生產(chǎn)的半自動(dòng)、自動(dòng)工況，具有運(yùn)行精度高、起吊平穩(wěn)與適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)鍍鋅行業(yè)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，且已投入市場(chǎng)，進(jìn)入客戶車間，不同于以往的鍍鋅車間用葫蘆，該電動(dòng)葫蘆極大推進(jìn)鍍鋅行業(yè)自動(dòng)化作業(yè)的進(jìn)程，節(jié)約原本1/3 的生產(chǎn)時(shí)間，提高了鍍鋅線的生產(chǎn)效率，取得了客戶的一致好評(píng)，并且其采用均為普通二合一電機(jī)，僅增加部分鋼結(jié)構(gòu)，取消了吊鉤等不必要裝置，與傳統(tǒng)鍍鋅葫蘆成本相差無(wú)幾，市場(chǎng)反應(yīng)較為良好。