劉培興

【摘 ?要】針對(duì)當(dāng)前煙草行業(yè)生產(chǎn)線中的香精香料儲(chǔ)罐提升的基本現(xiàn)狀，進(jìn)行了分析與評(píng)估，提出了新的提升機(jī)設(shè)計(jì)思路和方法，并且對(duì)一種用于儲(chǔ)罐提升的新型提升機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)表了闡述。

【關(guān)鍵詞】機(jī)架;上限位機(jī)構(gòu);絲桿裝置;提升架;輥道輸送機(jī);轉(zhuǎn)向器;減速電機(jī)

1.引言

現(xiàn)煙草行業(yè)生產(chǎn)線中，一般需要將噸位重量級(jí)的香精香料儲(chǔ)罐提升到一定高度后才能與灌裝設(shè)備連接實(shí)現(xiàn)對(duì)香精香料的灌裝工序。目前對(duì)于香精香料儲(chǔ)罐的提升設(shè)備普遍采用的是鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，這類設(shè)備的工作原理是采用電機(jī)為動(dòng)力與傳動(dòng)軸和鏈輪的連接后實(shí)現(xiàn)鏈條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐的上下提升的目的，在對(duì)儲(chǔ)罐提升的過(guò)程中如果制動(dòng)控制失靈，儲(chǔ)罐就會(huì)從高處墜落造成儲(chǔ)罐損壞、香精香料撒潑、人員傷亡等重大人身事故和經(jīng)濟(jì)損失。

結(jié)合上述對(duì)傳統(tǒng)鏈條提升機(jī)的缺陷，研發(fā)設(shè)計(jì)出一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自帶機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)防止儲(chǔ)罐下墜的新型提升機(jī)。其主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、上限位機(jī)構(gòu)、絲桿裝置、提升架、輥道輸送機(jī)、轉(zhuǎn)向器等組成。其主要優(yōu)點(diǎn)為：運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高、承載力大。

2.工作原理

該新型提升機(jī)的各動(dòng)作部組由機(jī)架整體固定和支撐，其動(dòng)力采用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其工作原理為：設(shè)備初始為提升框架自由下落在機(jī)架下端的輥道輸送機(jī)底下，當(dāng)儲(chǔ)罐由前面工位的輥道輸送機(jī)送至機(jī)架下端時(shí)，設(shè)有的感應(yīng)開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)到信號(hào)這時(shí)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿裝置向上運(yùn)行將提升框架提起動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐被向上提升的動(dòng)作。

儲(chǔ)罐是自由狀態(tài)落在支撐盤上，由絲桿裝置中的絲桿旋轉(zhuǎn)與軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合動(dòng)作，將支撐盤提升的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐被向上提升的動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)正是提升動(dòng)作的核心，其優(yōu)點(diǎn)是：能按照控制準(zhǔn)確和平穩(wěn)的提升高度、承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊;同時(shí)該機(jī)構(gòu)最大的特點(diǎn)是：儲(chǔ)罐被提升過(guò)程中是由絲桿旋轉(zhuǎn)與軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的，即使在提升過(guò)程中動(dòng)力或控制出現(xiàn)問(wèn)題，儲(chǔ)罐只會(huì)被絲桿和軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合作用力下鎖住，停止提升動(dòng)作，儲(chǔ)罐也不會(huì)出現(xiàn)下墜的現(xiàn)象，起到機(jī)械自鎖的防墜落作用。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該新型提升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架（序號(hào)1）、上限位機(jī)構(gòu)（序號(hào)2）、絲桿裝置（序號(hào)3）、提升架（序號(hào)4）、輥道輸送機(jī)（序號(hào)5）、轉(zhuǎn)向器（序號(hào)6）、減速電機(jī)（序號(hào)7）等組成。機(jī)型可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況設(shè)計(jì)成單聯(lián)機(jī)或者雙聯(lián)機(jī)以及多聯(lián)機(jī)的模式，本文以雙聯(lián)機(jī)的機(jī)型做論述。其總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示：

1.機(jī)架 2.上限位機(jī)構(gòu) 3.絲桿裝置 4.提升架 5.輥道輸送機(jī) 6.轉(zhuǎn)向器 7.減速機(jī)

機(jī)架（序號(hào)1）：主要由上機(jī)架、下機(jī)架、樓梯、檢修平臺(tái)部分組成，其作用是起到對(duì)各部組的連接和支撐。上機(jī)架是由鋼材制作而成的一個(gè)方框，起到絲桿傳動(dòng)的動(dòng)力部分的安裝和固定;下機(jī)架同時(shí)起到提升架和輥道輸送機(jī)的安裝;同時(shí)下機(jī)架上設(shè)計(jì)有導(dǎo)向部件，以保證提升架的垂直上下運(yùn)動(dòng)。

上限位機(jī)構(gòu)（序號(hào)2）：主要由驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、伸縮桿、導(dǎo)向部件組成。其作用是起到儲(chǔ)罐上升到上限位置后，該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)伸縮桿插入儲(chǔ)罐底下的支撐盤，同時(shí)在伸縮桿動(dòng)作時(shí)均有導(dǎo)向部件的配合作用更好的保證了伸縮桿準(zhǔn)確無(wú)誤的插入支撐盤，使得儲(chǔ)罐被抬起，起到儲(chǔ)罐二次防墜的機(jī)械鎖定功能。

絲桿裝置（序號(hào)3）：主要由絲桿、軸向旋轉(zhuǎn)部件、過(guò)渡連接件等組成。其作用是由絲桿的徑向旋轉(zhuǎn)與軸向旋轉(zhuǎn)部件的配合動(dòng)作而產(chǎn)生的力來(lái)實(shí)現(xiàn)提升架（序號(hào)4）被提升的過(guò)程，因?yàn)閮?chǔ)罐是落在提升架（序號(hào)4）上的，所以最終也就實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐被向上提升的目的。

提升架（序號(hào)4）：主要由底框架、底座、導(dǎo)向部組組成。其主要作用是承接和提升儲(chǔ)罐。提升架的導(dǎo)向部組，起到上下運(yùn)行時(shí)的直線導(dǎo)向作用，為平穩(wěn)運(yùn)行提供了重要保障;同時(shí)為了更好承接和提升儲(chǔ)罐，提升架與輥道輸送機(jī)（序號(hào)5）的輥筒之間，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了空隙，保障提升架能夠自由的落在輥道輸送機(jī)（序號(hào)5）的底部。

輥道輸送機(jī)（序號(hào)5）：主要由機(jī)架、輥筒、減速電機(jī)、傳動(dòng)鏈條、鏈輪組成。機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成切口式，滿足提升架（序號(hào)4）能夠順暢從切口處落入輥道底部的要求。輥道輸送機(jī)主要作用是起到對(duì)儲(chǔ)罐的承接和輸送，是利用輥筒與儲(chǔ)罐的摩擦力帶動(dòng)儲(chǔ)罐運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將儲(chǔ)罐輸送的目的。

轉(zhuǎn)向器（序號(hào)6）：主要由機(jī)殼、螺旋傘齒輪、軸承、傳動(dòng)軸等組成。其結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，能夠方便及靈活的與各傳動(dòng)件配合，其主要作用是起到傳動(dòng)件的橫向或縱向的聯(lián)接。

減速電機(jī)（序號(hào)7）：該減速電機(jī)為整個(gè)絲桿裝置的動(dòng)力源，動(dòng)力由轉(zhuǎn)向器（序號(hào)6）分配到各個(gè)絲桿上實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。

4.速度設(shè)計(jì)

通常提升機(jī)的升降速度基本上有快速和慢速兩種速度，這是由絲桿裝置（序號(hào)3）中的蝸輪蝸桿傳動(dòng)比決定的，所以在速度的設(shè)計(jì)中：

擬定以SWL2.5為例：

快速用P表示，速比為 6：1;慢速用M表示，速比24：1

同時(shí)絲桿的螺紋尺寸（包括螺距）是固定的。而計(jì)算升降速度的重要參數(shù)就是螺距。

SWL2.5的螺距為6mm，那么我們以4P普通電機(jī)來(lái)計(jì)算（4極輸出轉(zhuǎn)速：1450 r/min），

那么提升機(jī)：

快速時(shí)升降速度：1450（輸入轉(zhuǎn)速）÷6（速比）×6mm（螺距）= 1450 mm/min

慢速時(shí)升降速度：1450（輸入轉(zhuǎn)速）÷24（速比）×6mm（螺距）= 362 mm/min

再進(jìn)一步：

假定的提升機(jī)行程為500mm.那么走完全程所需要時(shí)間為：

快速時(shí)升降速度：500mm÷（1450 mm÷60s）=20.7s（秒）

慢速時(shí)升降速度：500mm÷（362 mm÷60s）=83s（秒）

5.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本機(jī)的控制通過(guò)電氣控制方式實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，其控制原理如圖2所示：

控制系統(tǒng)的動(dòng)力分為3部分：動(dòng)力M1控制“上限位機(jī)構(gòu)（序號(hào)2）”中伸縮桿的伸進(jìn)和退出的動(dòng)作;動(dòng)力M2：控制“輥道輸送機(jī)（序號(hào)5）”中電機(jī)的啟動(dòng)和停止動(dòng)作;動(dòng)力M3：控制“絲桿裝置（序號(hào)3）”的上下動(dòng)作。絲桿裝置（序號(hào)3）的上端設(shè)計(jì)有限位感應(yīng)件，當(dāng)運(yùn)行到上限位時(shí)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)且將信號(hào)傳送到PLC，控制停止動(dòng)作;“絲桿裝置（序號(hào)3）”的下端設(shè)計(jì)也同時(shí)設(shè)計(jì)有限位感應(yīng)件，當(dāng)運(yùn)行到下限位時(shí)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)且將信號(hào)傳送到PLC，控制停止動(dòng)作;因此實(shí)現(xiàn)絲桿裝置的上下運(yùn)行的動(dòng)作。

本機(jī)在運(yùn)行時(shí)為了防止對(duì)儲(chǔ)罐的墜落，除設(shè)計(jì)了機(jī)械上自帶的鎖緊功能外，在控制上也增加了全電路制動(dòng)BBW系統(tǒng)。全電路制動(dòng)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)槠鋫鬟f的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。本全電路制動(dòng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括：

1）電制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)和液壓制動(dòng)器基本類似，有盤式和鼓式兩種，供能裝置是電機(jī)來(lái)提供;

2）電制動(dòng)控制單元（（ECU）。接收制動(dòng)板發(fā)出的信號(hào)，控制制動(dòng)器制動(dòng);接收駐輪制動(dòng)信號(hào)，控制駐輪制動(dòng);接收傳動(dòng)輪傳感器信號(hào)，識(shí)別傳動(dòng)輪是否抱死、打滑等，控制傳動(dòng)輪制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑。

本控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)油箱、制動(dòng)主缸、助力裝置、液壓閥、復(fù)雜的管路系統(tǒng)等部件，使整車質(zhì)量降低。

2）制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間短，制動(dòng)性能提高。

3）無(wú)制動(dòng)液，維護(hù)簡(jiǎn)單。

4）系統(tǒng)總成制造、裝配、測(cè)試簡(jiǎn)單快捷，易于實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)。

5）采用電線連接，系統(tǒng)耐久性能良好。

6）易于改進(jìn)，稍加改進(jìn)就可以增加各種電控制功能。

6.應(yīng)用

結(jié)合本機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，該新型提升機(jī)除了可在煙草行業(yè)生產(chǎn)線中的香精香料儲(chǔ)罐的提升用外，還可廣泛應(yīng)用于食品、飲料、制藥、生物及化工等眾多行業(yè)。結(jié)合具體行業(yè)和工況可對(duì)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)后，能夠按照一定程序準(zhǔn)確地控制提升或推進(jìn)所需要的高度。

7.結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)罐提升機(jī)是保障儲(chǔ)罐提升工序中的生產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)設(shè)備之一，特別是對(duì)重量重的儲(chǔ)罐提升工況，其設(shè)計(jì)的可靠性與合理性是生產(chǎn)線安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。本文對(duì)提升機(jī)的整體及主要各部組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都進(jìn)行了介紹，此設(shè)計(jì)方法可以推廣用于煙草、食品、飲料、制藥、生物及化工等眾多行業(yè)，有較好的借鑒價(jià)值和實(shí)際參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]JB/ZQ4391-86 QWL蝸輪絲杠升降機(jī)動(dòng)性型式

[3]王紅 全電路制動(dòng)系統(tǒng) 《科技風(fēng)》2014年22期

（作者單位：昆明風(fēng)動(dòng)新技術(shù)集團(tuán)發(fā)展有限公司技術(shù)研發(fā)中心）