王孝海 孫維陽(yáng)

摘 要：現(xiàn)如今，各大冶煉企業(yè)都通過(guò)使用自動(dòng)上料臺(tái)來(lái)提高生產(chǎn)效率，如何通過(guò)對(duì)上料臺(tái)進(jìn)行分析做好上料臺(tái)的設(shè)計(jì)工作是在進(jìn)行上料臺(tái)設(shè)計(jì)工作中需要注意的問(wèn)題，文章通過(guò)對(duì)上料臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，并介紹了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在冶金行業(yè)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡和參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇進(jìn)行了系統(tǒng)的分析概括。從而對(duì)上料臺(tái)架各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)，提出了一定的設(shè)計(jì)理論。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)式；上料臺(tái)架；運(yùn)動(dòng)分析

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于各種有色金屬的需求逐年上升，而上料臺(tái)通過(guò)自動(dòng)上料來(lái)取代原來(lái)的人工操作，大大提高了冶煉企業(yè)的工作效率，因此在冶金企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中有非常重要的位置，其自動(dòng)化的上料模式，有效的把物料的搬運(yùn)自動(dòng)化，從而推進(jìn)了行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。如果單單靠人工上料將會(huì)極大地增加企業(yè)的成本，并且冶金行業(yè)因?yàn)槲锪系木薮?，所以必須依靠機(jī)械搬運(yùn)，上料臺(tái)架的作用是按照工藝要求把鋼坯從臺(tái)架的一段輸送到另一端的爐輥道上，以便于設(shè)備的加工。上料臺(tái)架的工作原理是，由一個(gè)曲柄四連桿機(jī)構(gòu)，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在取料出抬起物料，在放料出放下物料，隨著曲柄的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，便把物料從一端搬運(yùn)到另一端，如果動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)與基面的死區(qū)過(guò)大，會(huì)使抓取放下之間的距離減少，從而影響其工作效率，造成不必要的損失。作為經(jīng)典的步進(jìn)式上料機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，曲柄四連桿機(jī)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效率影響最大，所以研究其運(yùn)動(dòng)軌跡，各個(gè)部件參數(shù)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的具體選擇，對(duì)行業(yè)有及其良好的經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)。

1 上料臺(tái)架四連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作分析

四連桿機(jī)構(gòu)，按照運(yùn)動(dòng)形式分為，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)上料工作的自動(dòng)化完成，國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的上料機(jī)構(gòu)一般都是鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)，其中最為常用的是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了上料工作的自動(dòng)化，極大地節(jié)約了人力成本，推進(jìn)著整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

下文將以最常見(jiàn)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析：如下圖1所示，坯料放在靜臺(tái)梁面上，當(dāng)曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，中間的動(dòng)桿會(huì)被曲柄抬高，從而托起了中間動(dòng)桿（動(dòng)臺(tái)梁面），當(dāng)中間的動(dòng)桿高于靜臺(tái)梁面的時(shí)候，放在靜臺(tái)梁面上的坯料將會(huì)被動(dòng)桿頂起，曲柄旋轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)的時(shí)候，中間動(dòng)桿（動(dòng)臺(tái)梁面）最高，隨后，當(dāng)動(dòng)桿低于靜臺(tái)梁面的時(shí)候，坯料將會(huì)被放置在靜臺(tái)梁面上。

圖1 上料臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

如圖1所示，當(dāng)右邊的曲柄圍繞支點(diǎn)做360°旋轉(zhuǎn)時(shí)，左側(cè)的搖桿在小角度的擺動(dòng)，左側(cè)動(dòng)桿僅僅上升了一點(diǎn)，所以造成了左側(cè)工作臺(tái)面的死區(qū)過(guò)大，只有右側(cè)的動(dòng)桿傳送坯料，所以只有左側(cè)動(dòng)桿和右側(cè)動(dòng)桿都盡可能多的高于靜臺(tái)梁面的時(shí)候，其傳輸坯料的效能最大，因?yàn)樵谇鷵u桿機(jī)構(gòu)中，左側(cè)搖桿擺動(dòng)到最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的差值比較小，為了讓坯料在左側(cè)搖桿端就能進(jìn)行步進(jìn)送料，就要使左側(cè)搖桿工作在搖擺到最高點(diǎn)的時(shí)候高于靜臺(tái)梁面，而左側(cè)搖桿擺到最低時(shí)要低于靜臺(tái)梁面，只有這樣才能使得中間步進(jìn)梁的死區(qū)最小，所以在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)之中要充分發(fā)揮最優(yōu)化設(shè)計(jì)，努力提升整體的效率，在具體的設(shè)計(jì)中要考慮靜臺(tái)梁面和動(dòng)臺(tái)梁之間的距離及位置，從而有效的保證搖桿端到曲柄端都可以形成步進(jìn)式上料，綜上所述，現(xiàn)就對(duì)動(dòng)臺(tái)梁面與靜臺(tái)梁面之間的相對(duì)位置和上料臺(tái)部件建立運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下：中間的動(dòng)桿（動(dòng)臺(tái)梁）上的每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是不一樣的，最右側(cè)的點(diǎn)曲柄鉸鏈處的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，半徑是曲柄的長(zhǎng)度，而左側(cè)偏心輪軸線末端處的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半徑為偏心距e的圓，整個(gè)動(dòng)臺(tái)梁上其余各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡都是以長(zhǎng)軸為2e的橢圓，隨著曲柄的不斷旋轉(zhuǎn)，在整個(gè)臺(tái)面上的各點(diǎn)都是按照橢圓長(zhǎng)軸的長(zhǎng)短2e進(jìn)行向右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了坯料在動(dòng)臺(tái)梁上都可以按照2e的進(jìn)行往右移動(dòng)，具體分析，建立數(shù)學(xué)模型如下：

工作人員規(guī)定在靜臺(tái)梁面以上部分的橢圓形軌跡水平方向上的長(zhǎng)軸近似為2e。為曲柄的長(zhǎng)度，L2為連桿的長(zhǎng)度， L3為搖桿的長(zhǎng)度， L4 為固定支架的長(zhǎng)度，其中L1=e

確定此實(shí)驗(yàn)條件的先決條件

（1）軌跡不進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。

（2）L2左側(cè)梁面上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似認(rèn)為是橢圓，靜臺(tái)梁面以下的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)際上不在工況考慮范疇，故文章不做分析。

2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄參數(shù)選擇分析

在具體的工程設(shè)計(jì)中，各個(gè)機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇嚴(yán)重影響著設(shè)備的性能，每個(gè)桿的長(zhǎng)度的選擇對(duì)實(shí)際工程有非常重要的意義。偏心輪因?yàn)榭梢赃_(dá)到最小的步距運(yùn)動(dòng)，所以在實(shí)際的工作中常常用偏心輪來(lái)當(dāng)做曲柄使用，從而滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。因?yàn)椴骄嗍怯汕拈L(zhǎng)度決定的，步距的長(zhǎng)短決定了曲柄每旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)料的間距，所以首先要對(duì)步距（曲柄）的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，而其他3個(gè)桿的長(zhǎng)度的選擇也影響著系統(tǒng)的性能，也要進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，一起分析。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，把坯料在連桿上托起，右移，落下的過(guò)程中，坯料落在靜臺(tái)梁面上勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪聲。因此在設(shè)計(jì)曲柄L1的參數(shù)的時(shí)候，要充分考慮，為提高步距，提高每次運(yùn)料速度，要增大曲柄長(zhǎng)度，為減少?zèng)_擊和噪音和機(jī)械的磨損消耗，要減小曲柄，兩者是矛盾的，所以要在滿足工藝運(yùn)料速度的情況下盡可能地減小曲柄長(zhǎng)度。

3 搖桿參數(shù)參數(shù)選擇分析

3.1 搖桿左右運(yùn)動(dòng)極限距離大約為a≈2e，當(dāng)a確定以后，搖桿長(zhǎng)度L3選取不同長(zhǎng)度時(shí)，上面的弧線最高高度不一樣，工程上決定了動(dòng)梁臺(tái)面和靜梁臺(tái)面之間高度差，當(dāng)a一定的時(shí)候，L3越短，弧線高越高，動(dòng)梁和靜梁臺(tái)面之間的距離越大，坯料也就被抬升的越高。坯料也就越安穩(wěn)的放下，為了方便機(jī)械調(diào)整和后期維護(hù)，在滿足工藝的情況下，要取最小值。

3.2 動(dòng)臺(tái)梁面L2和靜臺(tái)梁面L4的參數(shù)確定

在曲柄和搖桿的長(zhǎng)度確定下來(lái)之后，動(dòng)臺(tái)梁面L2和靜臺(tái)梁面L4 的參數(shù)要根據(jù)，具體需要輸送坯料的長(zhǎng)短，坯料的運(yùn)輸速度來(lái)綜合考慮，但是要滿足如下條件：曲柄在4個(gè)桿里是最短的，曲柄和最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)小于其余2桿的長(zhǎng)度和。只有這樣，才能滿足曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為四連桿機(jī)構(gòu)里最基本的形式，在工程上應(yīng)用及其廣泛，如牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)等等方面都有應(yīng)用，在以上的坯料傳輸上應(yīng)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)分析中，詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)際應(yīng)用中曲柄和搖桿的參數(shù)的選擇和系統(tǒng)的整體優(yōu)化，解決了目前國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)對(duì)步進(jìn)式送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，并且給出了實(shí)際工程數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，為今后相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)提供了理論支持和依據(jù)，在實(shí)際使用收到了良好的效果，節(jié)能，并且降噪，優(yōu)化了機(jī)械的使用壽命和可維護(hù)性，從而降低了吊車的使用，使送料邁向了機(jī)械化，自動(dòng)化，極大地節(jié)約了能源和人力成本，提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)比較可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

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