翟建

（青島濱海學(xué)院，山東 青島 266555）

超纖皮革用含浸槽升降機(jī)的設(shè)計(jì)

翟建

（青島濱海學(xué)院，山東 青島 266555）

針對(duì)現(xiàn)有超纖皮革用含浸槽在聚氨酯漿料更換、含浸槽清理中存在的問題，根據(jù)剪叉原理設(shè)計(jì)的含浸槽升降機(jī)，實(shí)現(xiàn)了含浸槽的升降及可移動(dòng)性，克服了使用者勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的問題。現(xiàn)場試驗(yàn)及試運(yùn)行證實(shí)該設(shè)計(jì)方案可靠，對(duì)超纖皮革及合成革生產(chǎn)具有實(shí)用性和推廣價(jià)值。

超纖皮革；升降機(jī)；含浸槽

0 引言

超纖皮革基布被引入涂布機(jī)含浸槽浸入聚氨酯漿料中，經(jīng)過反復(fù) “浸漬—壓榨—浸漬”預(yù)處理后，進(jìn)入水洗槽進(jìn)行水洗預(yù)凝固，最后通過燙平、拉幅、烘干、貼膜形成真皮感極強(qiáng)的超纖皮革。含浸槽盛有聚氨酯漿料固定于涂布機(jī)上，由于含浸槽中聚氨酯漿料需要根據(jù)所生產(chǎn)的超纖皮革的顏色及時(shí)更換，每次清理、更換需要24小時(shí)左右，給更換聚氨酯漿料和清理帶來極大的不便，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地降低了生產(chǎn)效率，成為制約超纖皮革生產(chǎn)效率的瓶頸。作者根據(jù)剪叉原理設(shè)計(jì)了高效的超纖皮革用含浸槽升降機(jī)。

1 含浸槽升降機(jī)方案設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)超纖皮革廠家提供設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算：

舉升高度范圍：H=300～1000m

含浸槽質(zhì)量：M1=850～880kg

聚氨酯漿料質(zhì)量：M2=7150～7200Kg

1.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

含浸槽升降機(jī)設(shè)計(jì)方案采用水平推鉸接式，如圖1所示。含浸槽升降機(jī)主要有四部分組成，其包括托架、機(jī)架、 支撐桿、 液壓缸等。液壓缸固定于下機(jī)架下端水平放置，活塞桿與兩支撐桿鉸接。按剪叉運(yùn)動(dòng)原理，通過活塞桿水平推拉支撐桿，使支撐桿收放，實(shí)現(xiàn)上機(jī)架的垂直升降。如圖2所示。

圖1 水平推鉸接式升降機(jī)Fig.1 Horizontal push articulating lift

圖2 含浸槽升降機(jī)Fig.2 Dipping tank lift

2 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

2.1 托架設(shè)計(jì)

托架主要用來支撐含浸槽及聚氨酯漿料的重量，對(duì)支撐桿進(jìn)行固定和導(dǎo)向。其導(dǎo)軌主要用來限定支撐桿上面滾輪沿軌道的運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。依據(jù)含浸槽底座尺寸設(shè)定托架總體尺寸為：托架總體尺寸（3800×3400）mm。

在托架上設(shè)有兩條用于滾輪滾動(dòng)的軌道，左端設(shè)有固定鉸鏈座用于連接支撐桿的。整個(gè)托架主要由槽鋼（Q235A 140×58）架體構(gòu)成。

2.2 下機(jī)架

機(jī)座用來支撐托架、含浸槽、聚氨酯漿料及4根支撐桿的重量，同時(shí)用于固定油缸和支撐桿一端。其上導(dǎo)軌主要用來保證支撐桿滾輪沿軌道的運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。機(jī)座總體尺寸設(shè)定為：機(jī)座總體尺寸（4285×3400）mm。

機(jī)座四周設(shè)有固定升降機(jī)的預(yù)裝螺栓孔，并設(shè)有兩條用于滾輪滾動(dòng)的軌道及限位器，左端設(shè)有固定鉸鏈座用于連接支撐桿，設(shè)有液壓缸支座。整個(gè)機(jī)座主要由槽鋼（Q235A 140×58）架體構(gòu)成。

2.3 支撐桿

支撐桿主要結(jié)構(gòu)有：支撐桿鉸接孔、銷釘孔等，支撐桿共有4根支撐桿組成，均選擇采用 Q235A槽鋼120×53焊接成型。結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3所示。

圖3 支撐桿Fig.3 Support rods

3 載荷計(jì)算

3.1 總載荷計(jì)算

總載荷M由含浸槽質(zhì)M1量、漿料質(zhì)量M2、托架M3和支撐桿質(zhì)量M4組成。根據(jù)廠家提供設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算：

含浸槽質(zhì)量：M1=850～880kg

聚氨酯漿料質(zhì)量：M2=7100～7170kg

含浸槽托架質(zhì)量：M3

含浸槽的托架主要用于支撐含浸槽。由槽鋼焊接而成，如圖4所示。槽鋼規(guī)格有兩種：Q235A槽鋼100× 4，其質(zhì)量比為10.007kg/m，Q235A槽鋼63×40，其質(zhì)量比為6.634kg/m。

圖4 含浸槽托架Fig.4 Dipping tank bracket

M3=[2.550×2+（1.180-2×0.048）×4+0.68×2+（0.4-2× 0.048）×4]×10.007kg/m（1.017+1.084）×6.634 kg/m=134kg

含浸槽托架質(zhì)量：取M3=135kg

支撐桿質(zhì)量M4=1.6×4×10.007kg/m=64kg

總載荷M=M1+M2+M3+M4=880+7135+135+64=8215 kg。

3.2 升降機(jī)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算

升降機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖5所示。

圖5 機(jī)構(gòu)簡圖Fig.5 Mechanism schematic diagram

原動(dòng)件數(shù)Q=1（活塞桿），低副的數(shù)P1=5，高副的數(shù)Ph=1，活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)N=4。

自由度：F=3N-（2P1+Ph）=3×4-（2×5+1）=1

由計(jì)算知：機(jī)構(gòu)自由度F=原動(dòng)件數(shù)Q，故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。

3.3 支撐桿強(qiáng)度校核

（1）支撐桿件組受力分析。以支撐桿2和支撐桿3組成的支撐桿件組作為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析（另一側(cè)支撐桿效果相同，如圖6所示。

圖6 支撐桿件組受力分析Fig.6 Support rods group stress analysis

由計(jì)算知總載荷M=8215kg

如圖支撐桿件組承受的托架壓力有 4個(gè)等效力：T1、T2、T3、T4（其中 T3、T4為另一側(cè)支撐桿所受的壓力），所以支撐桿2所受托架的壓力為：

T1=Mg/4=20537N

根據(jù)受力平衡條件：

N1=N2=T1=T2=20537 N

P1=P2

其中，N1—底座對(duì)支撐桿3的支反力；N2—底座對(duì)支撐桿2的支反力；P1—底座對(duì)對(duì)支撐桿3的水平支反力；P2—液壓油缸對(duì)支撐桿2的主動(dòng)推力。

（2）支撐桿2受力分析。支撐桿2受力分析（如圖7）。

圖7 支撐桿2受力分析Fig.7 Support rodⅡstress analysis

由靜力平衡條件，對(duì)O點(diǎn)取矩，即：

ΣM0=0 T1×L×cosθ-P×L/2×sinθ=0

剪叉中間銷軸對(duì)支撐桿2的擠壓力：P=2T1cosθ

由牛頓定律知，銷軸所受的作用力P1＝2T1cotθ

由此可知，托架下降越低銷軸所受的作用力P1就越大。為防止支撐桿2卡死?。?/p>

θmin＝13°

則托架下降至最低點(diǎn)時(shí)，銷軸所受的最大作用力P1＝179545 N，液壓缸活塞桿的推力：

P2＝179545 N

F1＝T1cos13°＝20000N

F2＝Pcos77°＝40000N

F3＝P2sin13°＝40000N

F4＝N2sin77°＝20000 N

F5＝F3－F4＝20000N

（3）支撐桿2的強(qiáng)度校核。根據(jù)上述計(jì)算，彎矩圖如圖8所示。

圖8 支撐桿2彎矩圖Fig.8 Moment diagram of support rodⅡ

圖9 支撐桿2在B點(diǎn)處的截面圖Fig.9 Sectional view of the support rodⅡat B

從彎矩圖8看出，截面B處為彎矩最大。

Mmax＝F1×L/2

＝16000Nm。

最大應(yīng)力 σmax在離中性軸最遠(yuǎn)的截面B處。對(duì)B處進(jìn)行校核。

對(duì)B點(diǎn)截面的彎截面系數(shù)Wb計(jì)算，如圖 9所示。

根據(jù)所設(shè)計(jì)的支撐桿，在B點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)尺寸為：b1＝0.065m，b2＝0.037m，h1＝0.12m，h2＝0.104m，h3＝0.08m，h4＝0.05m。

抗彎截面模量 W＝Iz/

由上可見，B處滿足強(qiáng)度條件。

支撐桿2為小柔度桿受壓，其穩(wěn)定性校核應(yīng)按強(qiáng)度問題計(jì)算。

綜上所述，支撐桿2滿足強(qiáng)度要求。

4 銷軸設(shè)計(jì)

支撐桿2、3用銷軸連接，選用45＃鋼。剪切許用應(yīng)力：[τ]＝155 MPa。其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖10所示。選銷軸直徑d＝50mm，銷軸按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。

如圖10所示，銷所受的剪切為雙剪切：

圖10 銷軸桿組鉸接圖Fig.10 Pin connection diagram

其中：P—主動(dòng)支撐桿1作用在銷軸上的力；d—銷軸的直徑；τ—銷軸所受實(shí)際剪切應(yīng)力。計(jì)算得：

d≥35mm

所以，取d＝50mm，能夠滿足剪切強(qiáng)度要求。

5 液壓缸

由上述計(jì)算，液壓缸活塞桿的推力：P2＝P1＝179545N。根據(jù)類比法，選擇液壓缸的工作壓力 P＝10MPa，液壓缸活塞桿直徑d＝110mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上，繪制三維仿真含浸槽升降機(jī)如圖11所示。

圖11 升降機(jī)仿真圖Fig.11 Simulation figure of lift

6 結(jié)論

升降機(jī)用于濕法超纖皮革生產(chǎn)線涂布機(jī)，解決了含浸槽的升降難題，經(jīng)實(shí)際使用和檢測(cè)效果理想，因此該設(shè)計(jì)方案為合成革生產(chǎn)線上解決含浸槽的升降問題提供一種思路，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和推廣意義，也為同行類似設(shè)計(jì)的升降機(jī)提供了參考。

[1]升降機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.升降機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]朱學(xué)敏.升降機(jī)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]須雷.升降機(jī)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，1996，8.

Design of Dipping Tank Lift Used in Micro-fiber Leather

ZHAI Jian
（Qingdao Binhai University,Qingdao Shangdong 266555,China）

This paper discusses the alteration of micro-fiber leather in Polyurethane slurry by using Dipping Tank and the cleaning of Dipping Tank.Scissor-shaped Dipping Tank lift makes rise and fall possible,overcomes the high intensity and low efficiency of the users.The test has proved the credibility of the design,and the practicality and popularity in producing micro-fiber leather and synthetic leather.

micro-fiber leather；lift；dipping tank

TB47

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.018

1002－6673（2014）03－046－03

2014－03－21

翟建（1963-），男，副教授。現(xiàn)任青島濱海學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院院長助理，從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化研究，在紡織機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)方面，有多項(xiàng)成果。