一種新型圓桶提升翻轉機構

石航，呂萬會

（北京強度環境研究所，北京 100076）

0 引言

提升機構用來實現物料垂直升降，目前提升機構主要采用鏈條提升和鋼絲繩提升兩種方式［1］。兼具提升和翻轉功能的提升翻轉機構主要是各類機械手，能承擔較重負載的機械手多采用液壓驅動，同時價格也非常昂貴，維修不便。為此，本文提出一種新的設計方案，研制一種能兼具提升和翻轉兩種功能，同時經濟實惠的提升翻轉機構，一種采用鏈傳動設計的提升翻轉機構，實現提升質量為200 kg的圓桶翻轉180°。

1 提升翻轉機構組成及工作原理

提升翻轉機構主要實現提升一桶200 kg物料翻轉180°進入預定的熱水槽中，等待物料熔化后電動機反轉，傳動鏈帶動空桶回到初始位置。

1.1 提升翻轉機構的組成

提升翻轉機構組成如圖1所示，提升系統由機架、提升夾具、傳送鏈，傳動軸、傳動鏈輪、張緊鏈輪、減速電動機、限位開關等組成。其中，機架由提升夾具滾輪行走的導向槽及方鋼焊接而成;導向槽轉彎半徑由傳動鏈輪決定，可以根據實際需要更改不同直徑的傳動鏈輪;提升翻轉機構的主要受力部件為提升夾具，也是重點分析的部件。

1.2 提升翻轉機構的工作原理

圖1 提升翻轉機構結構圖

由減速電動機帶動掛接提升夾具的傳動鏈條正向提升輸送一桶200 kg的固體物料，實現圓桶翻轉180°倒置進入熱水槽中，觸動限位開關后電動機停止，等待桶中固態物料熔化流盡后，減速電動機反轉，帶動圓桶反轉，經過一段時間控水后，帶動圓桶回到原位。

2 提升翻轉機構設計與計算

2.1 提升翻轉機構工作狀態分析

由于提升翻轉機構在工作時，是一個動態過程，在翻轉過程中提升夾具受力不斷變化，所以選擇兩種極限狀態分析，第一種狀態是豎直提升時進行分析，第二種狀態是翻轉90°時提升夾具受力最大時。

2.2 提升翻轉機構設計

由于提升物品質量較大，提升翻轉機構提升速度要求為0.05 m/s，減速電動機功率為0.25 kW，由B系列滾子鏈功率曲線選擇傳動鏈型號為 16B［2］，節距p=25.4 mm，主傳動鏈輪的齒數Z1=95，主傳動鏈輪的節圓直徑d=p/sin（180/z）=25.4/sin（180/95）=768.22 mm，即為提升翻轉機構的轉彎直徑。

圓桶提升翻轉機構的核心部件是提升夾具，提升夾具簡圖如圖2所示，提升夾具兩側滾輪支撐板上4個滾輪在導向槽中滾動行走，每側滾輪支撐板連接2個滾輪（2點組成一線）確保了在翻轉過程中提升夾具始終同步而不會自行翻轉，提升夾具在翻轉過程中滾輪行走的導向槽轉彎半徑與傳動鏈輪同心，傳動鏈條與提升夾具的連接方式如圖2中A－A剖視所示，通過長鏈節與提示夾具連接。在轉彎翻轉過程中存在的突出問題是由兩個滾輪在導向槽中行走（兩點確定一線）確定的弦與鏈條長鏈節上兩銷軸旋轉確定的弦存在一定的角度差，在翻轉的過程中相互間會互相較勁從而使鏈條在鏈輪轉動時出現跳齒現象，同時加速鏈條與提升夾具相互連接的長鏈節得磨損，影響使用壽命，同時影響翻轉過程的平穩性。為解決這個問題，在鏈條長鏈節與提升夾具連接處采用軸承連接，在翻轉過程中連接提升夾具的長鏈節可在提升夾具中自由轉動，確保翻轉過程中兩者保持同步［34］。

3 提升翻轉機構受力分析

如圖2所示，豎直提升狀態下主要是桶及提升夾具的重力G（3 000 N）與鏈條拉力F，由于勻速提升處于平衡狀態下G=2F，鏈條拉力F約為1 500 N;豎直提升時，提升夾具所受拉力即為鏈條拉力1 500 N，鏈條完全滿足設計需求。

圖2 豎直提升狀態受力圖

當提升翻轉機構翻轉90°時，提升夾具處于水平狀態，此時提升夾具根部由于200 kg桶的重力所承受的彎矩是主要破壞力，為此對提升夾具處于水平狀態進行有限元分析。在翻轉90°提升夾具處于水平狀態時，整個機構受力可以簡化為圖3所示，提升夾具中間兩個護板受到桶重力2 000 N，此時提升夾具受力最大處位于提升夾具中間根部，最大應力為145 MPa，小于不銹鋼的屈服極限172 MPa，滿足設計要求［5］。

圖3 提升夾具水平狀態受力分析圖

4 結語

目前，該提升翻轉機構已經應用于實際中，對200 kg圓桶物料提升翻轉180°1 000次試驗沒有出現任何問題，實踐證明此種提升翻轉機構可靠。

本文提出的此種新穎的提升翻轉機構為提升翻轉較重物品提供了一種思路，目前該機構已經申請專利。

［1］盧宗慧，徐星蕾，盧泓翰，等.堆垛機提升機構設計［J］.制造業自動化，2011，33（5）:129 ～130.

［2］徐灝等.機械設計手冊［K］.北京:機械工業出版社，2000.6（4）:33-83.

［3］張海銀，陸桂賢.自動灌裝稱量設備提升機構的新穎設計［J］.包裝與食品機械，2010，28（2）:68～69.

［4］哈爾濱工業大學理論力學教研組.理論力學［M］.北京:高等教育出版社，1997.42-50.

［5］單輝祖.材料力學［M］.北京:高等教育出版社，1999.117-157.