王冬良

(三江學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210012)

配重式曳引裝置在堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用

王冬良

(三江學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210012)

主要介紹了堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)的種類(lèi)、特點(diǎn)，結(jié)合曳引輪提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，提出了選用鋼絲繩曳引提升機(jī)構(gòu)的方法。通過(guò)對(duì)鋼絲繩曳引裝置的分析計(jì)算，依據(jù)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)減速電機(jī)、鋼絲繩、鋼絲繩纏繞方法、曳引輪及滑輪等進(jìn)行了分析計(jì)算并得出了該提升機(jī)構(gòu)的一系列數(shù)值，為堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)部件選型和研制提供了依據(jù)。通過(guò)曳引條件的核算，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的合理性及可靠性。

堆垛機(jī)；提升機(jī)構(gòu)；曳引裝置

巷道堆垛機(jī)的主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來(lái)回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口[1]。其主要由載貨臺(tái)、行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)及安全裝置等機(jī)構(gòu)組成。其中，起升機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)載貨臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，是堆垛機(jī)最基礎(chǔ)也是最主要的機(jī)構(gòu)。目前，國(guó)內(nèi)堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)有鏈條提升、鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升3種[2]，其中鏈?zhǔn)胶弯摻z繩卷筒式的起升機(jī)構(gòu)較多。但根據(jù)研究分析，鋼絲繩曳引式起升機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)體積小，傳動(dòng)電機(jī)體積小、功率小，提升高度不受限制等優(yōu)點(diǎn)，因此本文提出堆垛機(jī)選用配重式曳引輪的提升方式。

1 堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)工作原理

如圖1所示,堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)是由減速電機(jī)、曳引輪、制動(dòng)器、滑動(dòng)組、鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪、柔性件等組成，本文所述起升機(jī)構(gòu)主要用于載貨臺(tái)的升降。

當(dāng)需要存取高位托盤(pán)貨物時(shí)，起升減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪上的鋼絲繩，載貨臺(tái)上升，同時(shí)配重裝置下降；反之，則載貨臺(tái)下降，配重裝置上升。常閉式制動(dòng)器在通電時(shí)松閘，使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)載貨臺(tái)升降動(dòng)作；在失電情況下，制動(dòng)器能使載貨臺(tái)連同貨物停止升降，并在指定位置上保持靜止?fàn)顟B(tài)[3]。

當(dāng)載貨臺(tái)升到最高極限位置時(shí)，觸碰極限位置限制器使載貨臺(tái)停止上升。當(dāng)載貨臺(tái)所載貨物接近額定載荷時(shí)，起重量限制器發(fā)出警示信號(hào)并通過(guò)顯示裝置顯示超載信息，一旦超過(guò)額定載荷立即切斷電源，使起升機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，以保證安全。

1—上橫梁；2—配重裝置；3—立柱；4—鋼絲繩；5—減速電機(jī)；6—曳引輪；7—載貨臺(tái)；8—下橫梁

2 配重式曳引裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1曳引裝置結(jié)構(gòu)

為降低堆垛機(jī)載貨臺(tái)起升重物時(shí)的功耗，縮小驅(qū)動(dòng)裝置體積，在起升機(jī)構(gòu)中常采用配重式的曳引裝置，如圖2所示。曳引式起升機(jī)構(gòu)在升降電梯行業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要由曳引輪、鋼絲繩、導(dǎo)向輪和減速電機(jī)等部件組成。導(dǎo)向輪(滑輪組)、鋼絲繩的固定裝置安裝在上橫梁上，如圖3所示。

1,19—曳引輪；2,4—載貨臺(tái)動(dòng)滑輪；3—載貨臺(tái)；5,7—配重裝置；6,8—配重裝置動(dòng)滑輪；9,10,11,12,13—定滑輪；14—鋼絲繩1；15—鋼絲繩2；16—鋼絲繩3；17—鋼絲繩4；18—減速電機(jī)

2.2曳引裝置工作原理

如圖2所示，減速電機(jī)18驅(qū)動(dòng)曳引輪1,19旋轉(zhuǎn)，依靠鋼絲繩14,15,16,17與曳引輪繩槽之間的摩擦力(稱(chēng)為曳引力或驅(qū)動(dòng)力)，使曳引輪通過(guò)鋼絲繩、定滑輪組9,10,11,12及動(dòng)滑輪組2,4,6,8提升載貨臺(tái)3及重物。為使載貨臺(tái)3與配重裝置5,7各自沿導(dǎo)軌運(yùn)行而不相蹭，上橫梁上均放置導(dǎo)向輪使二者分開(kāi)。

載貨臺(tái)及荷載的重力之和需與提升機(jī)構(gòu)配重裝置5,7的重力對(duì)等，依靠曳引力，減速電機(jī)僅需較小驅(qū)動(dòng)力即可使額定載重內(nèi)的貨物升降，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的裝卸功能。當(dāng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曳引輪也順時(shí)針(面對(duì)曳引輪方向)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩，拖動(dòng)載貨臺(tái)上升，而配重裝置作相對(duì)運(yùn)動(dòng)即下降。反之則載貨臺(tái)下降，配重裝置上升。于是，載貨臺(tái)在堆垛機(jī)中沿導(dǎo)軌上、下往復(fù)運(yùn)行，執(zhí)行垂直運(yùn)送任務(wù)，運(yùn)行中載貨臺(tái)的貨物質(zhì)量、位置以及提升機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向都在變化，使起升裝置在各種情況下都有足夠的曳引力。

1,3,4—單輪定滑輪；2,5—鋼絲繩端接裝置；6,7—雙輪定滑輪

3 配重式曳引裝置設(shè)計(jì)

某立體倉(cāng)庫(kù)為10巷道20排32列10層。堆垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)為：堆垛機(jī)總長(zhǎng)×總寬×總高=4.14m×1.22m×18.17m，載貨臺(tái)質(zhì)量為482kg，堆垛機(jī)額定載荷1 000kg，行走最大速度125m/min，升降速度0～35m/min，伸縮貨叉質(zhì)量為348kg，貨叉空載速度40m/min，貨叉滿(mǎn)載速度30m/min，托盤(pán)(含貨物)長(zhǎng)×寬×高=1m×1.2m×1.45m，載貨寬度1.2m，巷道凈寬1.45m，貨叉叉取貨物方向?yàn)檠囟讯鈾C(jī)寬度方向。

3.1平衡系數(shù)及配重的選擇

配重是曳引繩與曳引輪繩槽產(chǎn)生摩擦力的必要條件，它與載貨臺(tái)質(zhì)量及有效載荷的質(zhì)量保持平衡，在起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，能夠降低傳動(dòng)裝置功率消耗。

同時(shí)，配重匹配又直接影響到曳引力和傳動(dòng)功率。當(dāng)載貨臺(tái)的質(zhì)量與配重質(zhì)量相等時(shí)，若不考慮鋼絲繩質(zhì)量的變化，曳引裝置只需克服各種摩擦阻力就能輕松地運(yùn)行。但是實(shí)際情況卻是載貨臺(tái)的質(zhì)量隨著貨物的變化而變化，固定的配重不可能在各種載荷下都完全平衡載貨臺(tái)上的質(zhì)量。為使起升機(jī)構(gòu)在滿(mǎn)載和空載情況下，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的絕對(duì)值基本保持不變，國(guó)標(biāo)規(guī)定平衡系數(shù)[4]K=0.4～0.5，即配重為額定載荷的40%～50%。

本文根據(jù)堆垛機(jī)使用環(huán)境，選擇K=0.4，在0.4倍額定載荷時(shí)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，載貨臺(tái)與配重完全平衡，起升機(jī)構(gòu)處于最佳工作狀態(tài)。

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，堆垛機(jī)額定載荷1 000kg，伸縮貨叉質(zhì)量348kg，載貨臺(tái)質(zhì)量482kg，經(jīng)計(jì)算后選擇配重總計(jì)為732kg，兩邊配重各為366kg，并將配重布置在兩個(gè)立柱內(nèi)。

3.2電機(jī)的選擇

電動(dòng)機(jī)所需輸出功率為：

(1)

式中：Pn為工作裝置所需要的輸入功率，kW；F為牽引力，kN；v為曳引繩線(xiàn)速度，m/s；η為傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率，一般取0.8。

若不計(jì)曳引繩質(zhì)量，根據(jù)式(1)得

Pn=(366×9.8÷1 000)×35÷60÷80=2.62(kW)

綜合考慮堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)，選擇電機(jī)型號(hào)為SK9042.1LX-100L/40 Bre40，電動(dòng)機(jī)額定功率為3kW，輸出轉(zhuǎn)速n2為35r/min，減速比i為40.54。

3.3鋼絲繩的選擇

曳引鋼絲繩，又稱(chēng)曳引繩，承載著載貨臺(tái)、配重、額定載重貨物的質(zhì)量等，依靠摩擦力通過(guò)曳引輪、導(dǎo)向輪(定滑輪)、動(dòng)滑輪提升載貨臺(tái)，鋼絲繩兩端通過(guò)繩夾固結(jié)在端接裝置上，鋼絲繩的結(jié)構(gòu)為圓形股狀結(jié)構(gòu)。

鋼絲繩直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算：

(2)

式中：P最大為單根鋼絲繩的最大拉力；P破為鋼絲繩最小破斷拉力；S為鋼絲繩安全系數(shù)。

根據(jù)額定載荷、貨叉質(zhì)量、載貨臺(tái)質(zhì)量求得總質(zhì)量為1 830kg，總質(zhì)量由4根鋼絲繩分擔(dān)，得到：

(3)

式中：G為載荷總質(zhì)量，kN；η為滑輪組工作效率，取η=0.93。則

P最大=1 830×9.8×0.93/4=4.17(kN)

查《機(jī)械工程手冊(cè)》(機(jī)械工業(yè)出版社，第2版)可知，鋼絲繩安全系數(shù)不小于5，本文取8，得

P破≥P最大·S=4.17×8=33.36(kN)。

根據(jù)求得的鋼絲繩的最小破斷拉力，查《機(jī)械工程手冊(cè)》得鋼絲繩型號(hào)：電梯鋼絲繩 8×19S+NF-10-1500(雙) 右,GB8903-88。

3.4鋼絲繩纏繞方式

4根鋼絲繩的纏繞方法相同。圖2 所示，鋼絲繩一端固結(jié)在鋼絲繩端接裝置(圖3中2所示)上，另一端經(jīng)配重裝置動(dòng)滑輪8后，向上繞經(jīng)定滑輪9，再經(jīng)過(guò)雙定滑輪12內(nèi)側(cè)的滑輪后向下至曳引輪19，繞過(guò)該曳引輪后向上至定滑輪13內(nèi)側(cè)滑輪后到定滑輪4，繞過(guò)定滑輪4后向下延伸至載貨臺(tái)右側(cè)動(dòng)滑輪2，繞過(guò)動(dòng)滑輪2后向上,最終到上橫梁的端接裝置固結(jié)(圖3中5所示)。

3.5曳引輪和滑輪的選取

曳引輪是裝在減速電機(jī)側(cè)的繩輪，是起升機(jī)構(gòu)曳引動(dòng)力裝置，利用曳引鋼絲繩與曳引輪緣上繩槽的摩擦力傳遞動(dòng)力。查《機(jī)械工程手冊(cè)》后，曳引輪的材料選用QT60-2球墨鑄鐵。

結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的要求：曳引輪直徑要大于鋼絲繩直徑40倍，一般取45～55倍。因此，本文取直徑為450mm的標(biāo)準(zhǔn)曳引輪，繩槽為半圓型。

結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算滑輪直徑：

(4)

式中：D為滑輪的名義直徑，即槽底直徑；d為鋼絲繩直徑；e為輪繩直徑比，由鋼絲繩用途和工作類(lèi)型決定。

本文選擇的鋼絲繩直徑為φ10mm，查《機(jī)械工程手冊(cè)》得e=25，因而D≥250mm。取輪槽底測(cè)量直徑為280mm的標(biāo)準(zhǔn)滑輪。

4 曳引條件校核

目前，關(guān)于堆垛機(jī)安全規(guī)范的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布，本文根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的規(guī)定以及機(jī)械設(shè)備經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行曳引力計(jì)算。

曳引條件必須滿(mǎn)足：

求得：

efα=e0.197×3.141 5=1.86

5 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)的配重式曳引裝置能夠滿(mǎn)足起升機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作場(chǎng)合的使用需求，同時(shí)起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率較同樣設(shè)計(jì)參數(shù)下其他類(lèi)型起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)功率有了明顯降低，體積也相應(yīng)地減小。本文對(duì)配重式曳引裝置的鋼絲繩纏繞工藝做了詳細(xì)介紹，通過(guò)曳引條件校核了曳引裝置的可靠性，能為其他物流機(jī)械設(shè)計(jì)提供一定的參考，但對(duì)鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦特性有待進(jìn)一步深入研究。

[1] 胡開(kāi)元,劉克武.巷道式堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析[J].大眾科技，2012 (8)：142-146 .

[2] 王棟生,郝隆譽(yù),馬笑.堆探機(jī)彈性能曳引裝置及其特點(diǎn)[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2004 (10)：85.

[3] 盧宗慧,徐星蕾,盧泓翰,等.堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011 (5)：129-130 .

Theapplicationofbalancingtractiondeviceinliftingmechanismofthestacker

WANG Dongliang

(Sanjiang Institute, Jiangsu Nanjing, 210012, China)

It introduces the types, characteristics of the stacker lifting mechanism. Combining the advantages of traction lifting mechanism, it presents the steel rope traction lifting gear, calculates the steel rope device. Based on the parameters of lifting mechanism, it analyzes the motor, steel rope and winding method, tractive sheave and pulleys, determines the design paremeters. This provides the base of stacker design and parts selection, ensures that the design is reasonable.

stacker; lifting mechanism; traction devece

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.10.019

2014-09-18

王冬良(1980—)，男，江蘇常州人，三江學(xué)院講師，主要研究方向?yàn)槲锪鳈C(jī)械自動(dòng)化、汽車(chē)電子控制技術(shù)。

TH122

A

2095-509X(2014)10-0081-04