邢玉華， 劉 軍

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

堆垛機(jī)組導(dǎo)向裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

邢玉華， 劉 軍

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

堆垛機(jī)組導(dǎo)向裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置、早期連桿式導(dǎo)向裝置、新型連桿式導(dǎo)向裝置三個(gè)過(guò)程，通過(guò)不斷的技術(shù)改進(jìn)，產(chǎn)品得到逐步完善。本文從優(yōu)化設(shè)計(jì)角度,分析原有結(jié)構(gòu)的不足，推出導(dǎo)向裝置的新型結(jié)構(gòu)形式并提高了堆垛機(jī)組導(dǎo)向裝置的動(dòng)力臂幅度，使機(jī)組動(dòng)作更加靈活、可靠。

堆垛天車； 連桿式； 導(dǎo)向裝置

0 引言

隨著電解鋁行業(yè)的迅速發(fā)展，堆垛機(jī)組夾持炭塊的數(shù)量已由氣動(dòng)式夾持7塊發(fā)展至自重式(機(jī)械式)夾持21塊，提升速度由原來(lái)的6 m/min提高至10 m/min，堆垛機(jī)組的發(fā)展使陽(yáng)極炭塊的單次提取量和運(yùn)輸速度得到不斷提升。在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的要求下，滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和額定壽命的前提下，堆垛機(jī)組導(dǎo)向裝置不斷被改進(jìn)創(chuàng)新，跨距和導(dǎo)向幅度等性能參數(shù)不斷被提升。

現(xiàn)代大型電解鋁廠生產(chǎn)熟炭塊的過(guò)程是從振動(dòng)成型工段生產(chǎn)出生炭塊, 運(yùn)至陽(yáng)極焙燒車間,焙燒后將熟炭塊運(yùn)往陽(yáng)極組裝車間，在電解車間使陰極、陽(yáng)極均為碳質(zhì)，陰極上析出鋁，而陽(yáng)極上析出氣體，析出的鋁水在鑄造車間鑄成成型鋁錠。成型、焙燒、組裝等炭塊加工工段之間設(shè)有炭塊轉(zhuǎn)運(yùn)站，堆垛機(jī)組是轉(zhuǎn)運(yùn)站中關(guān)鍵設(shè)備之一,炭塊在炭塊轉(zhuǎn)運(yùn)站中依靠堆垛機(jī)組進(jìn)行搬運(yùn)[1]。其中，堆垛機(jī)組的導(dǎo)向裝置是為堆垛夾具的升降過(guò)程中起導(dǎo)向作用的部件，在堆垛機(jī)組啟動(dòng)、制動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中負(fù)責(zé)平衡因慣性力而引起的夾具晃動(dòng)，完成機(jī)構(gòu)直立上下運(yùn)動(dòng)的目的。

1 導(dǎo)向裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程

導(dǎo)向裝置的發(fā)展歷經(jīng)三個(gè)過(guò)程，導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置、早期連桿式導(dǎo)向裝置(帶聯(lián)接桿)、連桿式導(dǎo)向裝置(僅鉸支座和拉桿)，現(xiàn)做出如下分析。

1.1 導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置

1.1.1 導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式

早期，堆垛機(jī)組導(dǎo)向裝置采用導(dǎo)柱式結(jié)構(gòu)，由伸縮桿、固定架、導(dǎo)向架、防塵罩等主要部件組成。其中：伸縮桿(件4)法蘭和夾具架(件7)上部相聯(lián)接，起引導(dǎo)夾具運(yùn)動(dòng)的作用；固定架(件5)和大梁橋架(件1)底部相聯(lián)接；導(dǎo)向架(件6)上部和固定架下部相聯(lián)接，導(dǎo)向架下部安裝法蘭并懸垂；防塵罩(件3)和大梁橋架上部相聯(lián)接。當(dāng)夾具裝置在卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)(件2)經(jīng)滑輪組驅(qū)動(dòng)升降過(guò)程中，伸縮桿在導(dǎo)向架和固定架內(nèi)上下滑動(dòng),以此發(fā)揮夾具裝置導(dǎo)向作用，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

1.大梁橋架 2.卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu) 3.防塵罩 4.伸縮桿 5.固定架 6.導(dǎo)向架 7.夾具架圖1 導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式

1.1.2 導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置存在的不足

導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置在運(yùn)行過(guò)程中存在一定的不足，如系統(tǒng)要求堆垛機(jī)組整體跨距較小，且垂直方向所占空間較大，導(dǎo)致對(duì)廠房高度的要求較高，伸縮桿伸縮高度受限，導(dǎo)向幅度較小。由于導(dǎo)向裝置、大梁橋架、夾具架均是剛性聯(lián)接，若堆垛機(jī)組整體跨距加大，需調(diào)整兩組導(dǎo)向裝置之間距離，避免因兩部件受力不均而產(chǎn)生動(dòng)作不同步和運(yùn)行卡阻現(xiàn)象，最終導(dǎo)致卷?yè)P(yáng)電機(jī)因負(fù)載過(guò)大而引發(fā)故障。此外，由于導(dǎo)向裝置伸縮桿總長(zhǎng)約5655 mm，垂直方向要求具有活動(dòng)足夠空間，致縱向排列的炭塊最高只能堆放6層，工作量和工作效率均降低。同時(shí)，由于伸縮桿和導(dǎo)向架在安裝時(shí)平行度要求在2 mm以內(nèi)[2],故而給安裝、調(diào)試帶來(lái)不便，需做進(jìn)一步改進(jìn)。

1.2 早期連桿式導(dǎo)向裝置

堆垛機(jī)組做進(jìn)一步改進(jìn)，推出早期連桿式導(dǎo)向裝置。即由聯(lián)接桿、上下鉸支座、拉桿等主要部件組成。其中：上部聯(lián)接桿(件2)和大梁橋架(件1)底部相聯(lián)接；下部聯(lián)接桿(件2)和夾具架(件5)上部相聯(lián)接；鉸支座(件3)和聯(lián)接桿相聯(lián)接，固定拉桿的位置；兩拉桿(件4)通過(guò)銷軸相聯(lián)接。當(dāng)夾具在卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)滑輪組驅(qū)動(dòng)升降過(guò)程中，通過(guò)聯(lián)接桿和鉸支座的聯(lián)接實(shí)現(xiàn)拉桿的拉開(kāi)、折疊, 以此發(fā)揮夾具導(dǎo)向作用，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2。

導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置采用氣缸控制夾具的開(kāi)閉，氣缸供氣的膠管和夾具上的電纜需在橋架上配置膠管卷筒和電纜卷筒, 當(dāng)夾具升降過(guò)程中需防止膠管和電纜隨機(jī)構(gòu)動(dòng)作收放，使工作器件的扭簧性能降低，造成工作器件頻繁更換。

1.大梁橋架 2.聯(lián)接桿 3.鉸支座 4.拉桿 5.夾具架圖2 早期連桿式導(dǎo)向裝置

改用導(dǎo)桿式導(dǎo)向裝置后, 空氣膠管和電纜均沿聯(lián)接桿引至橋架，改進(jìn)效果顯著并降低成本。炭塊搬運(yùn)的層數(shù)和單次夾持的數(shù)量均大幅提升，工作能力和工作效率得以改善，但性能上也存在不足。如拉桿的折臂彎曲角度、夾具提升高度受限，需進(jìn)一步改進(jìn)。

1.3 新型連桿式導(dǎo)向裝置

堆垛機(jī)組采用新型連桿式導(dǎo)向裝置，取消了聯(lián)接桿而僅由上下鉸支座和拉桿部件組成。其中：上鉸支座(件2)和大梁橋架(件1)底部相聯(lián)接；下鉸支座和夾具架(件5)上部相聯(lián)接；兩拉桿(件3)通過(guò)銷軸相聯(lián)接。當(dāng)夾具在卷?yè)P(yáng)裝置(件4)滑輪組驅(qū)動(dòng)升降過(guò)程中，通過(guò)鉸支座的聯(lián)接帶動(dòng)拉桿實(shí)現(xiàn)拉開(kāi)、折疊, 以此發(fā)揮夾具導(dǎo)向作用，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖3。

1.大梁橋架 2.鉸支座 3.拉桿 4.卷?yè)P(yáng)裝置 5.夾具架圖3 新型連桿式導(dǎo)向裝置

此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是拉桿的動(dòng)力臂幅度較大，使機(jī)組的浮動(dòng)空間加大，整體導(dǎo)向裝置所占空間減小且動(dòng)作靈活。規(guī)避了導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置運(yùn)動(dòng)中的不均勻磨損。早期連桿式導(dǎo)向裝置中拉桿的運(yùn)動(dòng)幅度較小，端部拐頭的運(yùn)動(dòng)存在局限性。新型連桿式導(dǎo)向裝置使鉸接處的轉(zhuǎn)動(dòng)副磨合狀態(tài)得到改善。

2 結(jié)論

本文通過(guò)分析堆垛機(jī)組導(dǎo)向裝置的發(fā)展歷程提出更為優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案——新型連桿式導(dǎo)向裝置，它吸收導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置和早期連桿式導(dǎo)向裝置的優(yōu)點(diǎn),克服拉桿動(dòng)力臂幅度小，所占空間較大、動(dòng)作不靈活等缺點(diǎn)。同時(shí)，規(guī)避了導(dǎo)柱式導(dǎo)向裝置運(yùn)動(dòng)中的不均勻磨損, 早期連桿式導(dǎo)向裝置中拉桿的運(yùn)動(dòng)幅度較小，端部拐頭的運(yùn)動(dòng)局限性。

新型連桿式導(dǎo)向裝置已在多家鋁廠應(yīng)用,大幅度提高了導(dǎo)向裝置的功效,得到用戶廣泛認(rèn)可。

[1] 張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1997.

[2] GB/T 3811—2008，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Optimized Design of Guiding Mechanism of Stacking Unit

XING Yu-hua， LIU Jun

(NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

There are three stages in optimized design of guiding mechanism of stacking unit, guide column guiding mechanism, link lever guiding mechanism, new type link lever guiding mechanism, the mechanism is gradually improved through continuous technological improvements. The paper analyses the shortcoming of existing structure, in sigh of optimized design, puts forward new structure of guiding mechanism, increases amplitude of power arm, makes the action of unit more flexibly and reliably.

stacking crane；link lever type；guiding mechanism

2014-06-26

邢玉華(1973-)，女，山東黃縣人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。

TF351

B

1003-8884(2014)05-0037-03