田軍亮 李小姣 李玉龍

摘 要：提升裝置是生產(chǎn)中較為常見的機(jī)械裝備，本文研制一種專用提升裝置應(yīng)用于板型物料裝車使用。該專用提升裝置的獨(dú)特之處在于添加了自動翻轉(zhuǎn)裝置，結(jié)構(gòu)巧妙無需額外提供動力，通過傳送帶與水平地面間夾角的重力分量提供翻轉(zhuǎn)動力，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處設(shè)計(jì)凸輪減速系統(tǒng)，避免被提升物體與機(jī)架間發(fā)生碰撞。

本裝置以電動機(jī)作為主要動力源，電動機(jī)經(jīng)過二級減速系統(tǒng)降速以后通過鏈輪驅(qū)動提升鏈來提升板型物料。板型物料專用提升裝置的具體工作過程為：當(dāng)操作人員將板型物料放置于專用提升裝置的規(guī)定區(qū)域范圍后即可自動啟動專用提升裝置，當(dāng)板型物料被提升至預(yù)定的高度時，板型物料隨翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)至車箱內(nèi)，此刻鏈條上的另一組提升板觸發(fā)行程開關(guān)后繼電器斷開，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，此刻當(dāng)操作人員取下板型物料后，提升裝置進(jìn)入下一輪的循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)專用提升裝置的連續(xù)工作。通過虛擬樣機(jī)試制，證明該專用提升裝置符合預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，經(jīng)過生產(chǎn)樣機(jī)試制表明該裝置不僅能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用需求，而且結(jié)構(gòu)原理簡單、輕便便于移動，具備良好的市場推廣價值。

關(guān)鍵詞：提升裝置 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 凸輪減速

Abstract：Elevator is a common mechanical equipment in production. In this paper， a special lifting device is developed and applied to the loading of plate materials. The special lifting device is unique in that it adds an automatic turnover device， which is ingenious in structure and does not need to provide additional power. The turnover power is provided through the gravity component of the angle between the conveyor belt and the horizontal ground. A cam deceleration system is designed at the turnover mechanism to avoid collision between the lifted object and the frame.

The device takes the motor as the main power source. After the speed reduction of the motor through the secondary reduction system， the lifting chain is driven by the sprocket to lift the plate material. When the material turnover mechanism is turned to the specified height of the plate after the material turnover mechanism is switched off， the personnel can turn the material turnover mechanism to the specified height of the plate after the material turnover mechanism is switched off， and the material turnover mechanism can be switched off with the specific operation of the plate， At this moment， when the operator removes the plate material， the lifting device enters the next round of circulation， so as to realize the continuous operation of the special lifting device. Through the trial production of virtual prototype， it is proved that the special lifting device meets the expected design goal. The trial production of production prototype shows that the device can not only meet the actual production and application needs， but also has simple structure principle， light weight and easy movement， and has good market promotion value.

Key words：Elevator; Turnover mechanism; Cam deceleration

1 前言

板型物料專用提升裝置廣發(fā)應(yīng)用地磚生產(chǎn)銷售產(chǎn)業(yè)。主要用來解決搬運(yùn)過程中，需要人力進(jìn)行搬運(yùn)裝車的情景。以生產(chǎn)環(huán)節(jié)普遍需要搬運(yùn)的800×800（mm）地板磚為例，兩片作為最小裝箱單元，重量約為45KG。在具體搬運(yùn)實(shí)施過程中因地磚質(zhì)硬、面積大、易破損等特點(diǎn)相比于等質(zhì)量其他物體而言搬運(yùn)難度顯著增加，尤其是從地面搬運(yùn)至車廂的過程人員體力消耗巨大，同時保證地板磚不磕碰也相對困難[1]。

專用提升裝置，由支架和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示為專用提升裝置結(jié)構(gòu)示意圖。包括傾斜支架和底部支架兩部分，傾斜支架斜向下設(shè)置，一端與底部支架固定連接；傾斜支架的頂?shù)撞糠謩e設(shè)置上、下兩轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸兩側(cè)安裝鏈輪，布局于傾斜支架內(nèi)側(cè)，鏈輪間通過鏈條實(shí)現(xiàn)傳動[2]。翻轉(zhuǎn)裝置包括凸輪、固定臂、旋轉(zhuǎn)臂和彎板，專用提升裝置減輕了工人勞動強(qiáng)度，大幅度提高搬運(yùn)效率，有效減少板型物料損壞。該專用提升裝置結(jié)構(gòu)簡單、控制簡捷可有效的滿足裝運(yùn)要求。

2 專用提升裝置簡介

本專用提升裝置裝置的核心部件為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。物料在提升過程中傾斜支架與地面間形成約70°的夾角，物料自身重力可分解為垂直提升面的分力和豎直方向下的重力分力，當(dāng)板裝物料的重心超過傾斜支架高點(diǎn)并大于板型物料與提升板間的摩擦力時自動完成翻轉(zhuǎn)動作[3]。為確保翻轉(zhuǎn)過程穩(wěn)定，在支架上設(shè)置減速系統(tǒng)，避免因翻轉(zhuǎn)速度過大而引起物料與專用提升裝置的損壞。

生產(chǎn)應(yīng)用過程：當(dāng)操作人員將板型物料放置于專用提升裝置的規(guī)定區(qū)域范圍后即可自動啟動專用提升裝置，當(dāng)板型物料被提升至預(yù)定的高度時，板型物料隨翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)至車箱內(nèi)，此刻鏈條上的另一組提升板觸發(fā)行程開關(guān)后繼電器斷開，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，此時若操作人員取下板型物料，則提升裝置進(jìn)入新工作循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)板型物料的連續(xù)提升工作。

3 專用提升裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 板型物料專用提升裝置的機(jī)架設(shè)計(jì)原則

板型物料專用提升裝置的機(jī)架設(shè)計(jì)原則如下：

（1）保證機(jī)架上安裝的減速系統(tǒng)和提升系統(tǒng)能夠順利運(yùn)轉(zhuǎn)；機(jī)架的固定部分與運(yùn)動部分間不得存在運(yùn)動干涉；機(jī)架在強(qiáng)度達(dá)到要求的前提下也要滿足相應(yīng)的剛度要求；

（2）對穩(wěn)定性的要求：機(jī)架采用空心管件有可能存在失穩(wěn)問題，尤其是采用細(xì)長薄壁的構(gòu)件，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)失穩(wěn)對機(jī)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的損傷，設(shè)計(jì)過程中須對機(jī)架所選材料進(jìn)行校核；

（3）對固有頻率的要求：機(jī)架設(shè)計(jì)完成后需要通過虛擬樣機(jī)對機(jī)架進(jìn)行模態(tài)分析，避免形成共振。從而預(yù)防機(jī)架的變形、振動及爬行；

（4）對外觀的要求：在保證專用提升裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊外形美觀。

3.2 板型物料專用提升裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

以面積800×800mm，重量約50KG左右的板料進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。考慮翻轉(zhuǎn)過程中沖擊載荷引起的超重問題，設(shè)計(jì)時設(shè)備安全儲備系數(shù)選為2。專用提升裝置設(shè)計(jì)過程中考慮板料與提升板間的摩檫力，提升板的摩檫力內(nèi)側(cè)摩擦系數(shù)大于外側(cè)，保證翻轉(zhuǎn)動作干脆利落，避免未過頂端造成板料滑落。為保證物料不脫落，提高設(shè)備安全使用性能，在設(shè)計(jì)時增加物料重心過頂端的距離并增加旋轉(zhuǎn)臂的長度。

專用提升裝置有安裝輪子的底部以及板型物料上升過程中所需的傾斜支架組成[4]。傾斜支架的頂、底分別設(shè)置轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)軸兩端布置鏈輪，通過鏈條將上下轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動聯(lián)系起來。上轉(zhuǎn)軸端部安裝旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)面位于傾斜支架的外側(cè)，固定臂的端部設(shè)置有軸孔，軸孔內(nèi)布設(shè)滑動軸，在板型物料上升時實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂與傾斜支架平行。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)臂、彎板以及凸輪減速系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)臂沿長度方向設(shè)計(jì)兩個滑槽，滑槽上端的長度小于下端，兩滑槽中心線平行，彎板為“η”形，彎板與旋轉(zhuǎn)臂相配合，當(dāng)板型物料上升到一定高度后，實(shí)現(xiàn)地磚的自鎖固定，避免翻轉(zhuǎn)時發(fā)生物料墜落[5]。提升鏈條上設(shè)置兩組間隔距離相等的提升板，提升板與提升鏈條相垂直，在機(jī)架上提升板運(yùn)動途中安裝行程開關(guān)，傾斜支架下部外面對稱設(shè)置有兩個定位板，其中一定位板上設(shè)有壓力開關(guān)。

旋轉(zhuǎn)臂包括底板和兩塊豎直對稱設(shè)置在底板左、右兩側(cè)的豎板，兩側(cè)豎板高出底板，豎板上沿板長方向設(shè)置滑槽，滑動軸與兩個豎板上的滑槽滑動連接，兩側(cè)的豎板高出底板，沿板長方向設(shè)計(jì)滑槽二，滑動軸的兩端與豎板上的槽二滑動連接。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括固定在固定臂內(nèi)側(cè)，同軸設(shè)置的凸輪減速系統(tǒng)，減速系統(tǒng)包括減速支桿和套設(shè)在減速支桿上的壓力彈簧，支架上安裝支桿座，其上設(shè)計(jì)通孔，減速支桿從中穿過[6]。減速支桿上固定有支桿擋板，壓力彈簧位于支桿擋板和支桿座間，減速支桿的頂端與凸輪的外圓周面頂靠連接。凸輪減速機(jī)構(gòu)的應(yīng)用使板型物料在翻轉(zhuǎn)過程中更加平穩(wěn)避免物料的損壞。

4 專用提升裝置的工作過程

（1）當(dāng)板型物料接觸旋轉(zhuǎn)臂時，旋轉(zhuǎn)臂會繞滑動軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)整至最佳姿態(tài)，避免撞造成物料損傷。如圖2所示。

（2）當(dāng)板型物料提升到上轉(zhuǎn)軸時，旋轉(zhuǎn)臂會自動貼合板型物料，使板型物料進(jìn)入彎板中。

（3）板型物料到達(dá)彎板頂端，彎板的軸孔與旋轉(zhuǎn)臂的滑槽通過滑動軸配合，板型物料上升彎板沿滑槽移動，當(dāng)板型物料帶動彎板到達(dá)另一滑槽頂端時彎板與旋轉(zhuǎn)臂間完成自鎖。

（4）當(dāng)板型物料沿傾斜支架提升一定距離后，將克服板型物料與提升板間的摩擦力完成翻轉(zhuǎn)動。

（5）當(dāng)板型物料與旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)到水平位置時，旋轉(zhuǎn)臂帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪觸碰支桿擋板，壓力彈簧對旋轉(zhuǎn)的凸輪提供緩沖力；

（6）板型物料平穩(wěn)搬運(yùn)至運(yùn)輸車，工人取出板型物料彎板自動解鎖。

5 翻轉(zhuǎn)動作的理論分析

旋轉(zhuǎn)臂隨板型物料上升到達(dá)預(yù)定高度時對它們進(jìn)行受力分析：

設(shè)板型物料長度為L，質(zhì)量為m1，旋轉(zhuǎn)臂質(zhì)量為m2，板型物料與提升板間摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)板型物料沿傾斜支架提升距離x時，將克服板型物料與提升板間的摩擦力完成翻轉(zhuǎn)。以旋轉(zhuǎn)點(diǎn)做受力分析如圖6所示。

cosβ×（m1+m2）=（m1+m2）×cosβ+μ（m1+m2）sinβ×（L.x）cosβ

化簡得：=1+2μsinβ （1-2）

代入已知數(shù)據(jù)L=800mm，μ=0.6，β=70°

求得X=545mm

當(dāng)板型物料沿傾斜支架提升距離x為545mm時，滿足x＜L，將克服板型物料與提升板間的摩擦力完成翻轉(zhuǎn)[7]。

當(dāng)板型物料與旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)到水平位置時，旋轉(zhuǎn)臂帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪碰觸支桿擋板，減速機(jī)構(gòu)的壓力彈簧對旋轉(zhuǎn)的凸輪提供緩沖力，同時壓力彈簧增大凸輪與減速支桿上支桿擋板之間的摩擦力，起到減速目的，避免因旋轉(zhuǎn)速度過大板型物料碰撞支架。壓力彈簧的選擇是根據(jù)板型物料與旋轉(zhuǎn)臂重心下落距離的重力做功確定的。

設(shè)板型物料與旋轉(zhuǎn)臂重心做功為：W1=mgh

h：為板型物料與旋轉(zhuǎn)臂重心下落距離

凸輪與減速支桿間的摩擦力做功為：W2=2Fμs，F(xiàn)=kL

μ：凸輪與減速支桿上方擋板間經(jīng)過接觸面的摩擦因數(shù)取μ=0.8;

F：壓力彈簧的壓力;

s：凸輪與支桿擋板的圓周摩擦距離;

K：壓力彈簧的彈簧系數(shù)，

L：平均壓縮距離

當(dāng)W1=W2時，可以避免因旋轉(zhuǎn)速度過大板型物料碰撞支架，代入仿真測得的數(shù)據(jù)為：

H=568mm，L=50mm， s=300mm，

求得壓力彈簧系數(shù)為：k=1230N/m。因此選用壓力彈簧勁度系數(shù)為1230N/m的彈簧可起到減速作用[8]。

6 結(jié)論

通過理論分析表明該板型物料專用提升裝置的設(shè)計(jì)方案能夠滿足預(yù)期需求，經(jīng)過虛擬樣機(jī)分析及生產(chǎn)樣機(jī)試制表明該專用提升裝置符合預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，不僅能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用需求，而且結(jié)構(gòu)原理簡單易于生產(chǎn)制造，具備良好的市場推廣價值。

項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目23B460019《智能型果蔬分選專家系統(tǒng)訓(xùn)練平臺》。

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