生產線上料臺架的運動分析

王孝海 孫維陽

摘 要：現如今，各大冶煉企業都通過使用自動上料臺來提高生產效率，如何通過對上料臺進行分析做好上料臺的設計工作是在進行上料臺設計工作中需要注意的問題，文章通過對上料臺運動軌跡進行分析，并介紹了曲柄搖桿機構在冶金行業自動上料機構上的應用，同時對其運動軌跡和參數的設計和選擇進行了系統的分析概括。從而對上料臺架各個部分的設計，運動軌跡的設計，提出了一定的設計理論。

關鍵詞：步進式；上料臺架；運動分析

前言

隨著我國經濟的發展，對于各種有色金屬的需求逐年上升，而上料臺通過自動上料來取代原來的人工操作，大大提高了冶煉企業的工作效率，因此在冶金企業的實際生產中有非常重要的位置，其自動化的上料模式，有效的把物料的搬運自動化，從而推進了行業的進步和發展。如果單單靠人工上料將會極大地增加企業的成本，并且冶金行業因為物料的巨大，所以必須依靠機械搬運，上料臺架的作用是按照工藝要求把鋼坯從臺架的一段輸送到另一端的爐輥道上，以便于設備的加工。上料臺架的工作原理是，由一個曲柄四連桿機構，曲柄轉動，從而在取料出抬起物料，在放料出放下物料，隨著曲柄的不斷轉動，便把物料從一端搬運到另一端，如果動桿的運動與基面的死區過大，會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。作為經典的步進式上料機構的應用，曲柄四連桿機構，對系統的性能和經濟效率影響最大，所以研究其運動軌跡，各個部件參數的設計和數據的具體選擇，對行業有及其良好的經濟效益體現。

1 上料臺架四連桿機構的動作分析

四連桿機構，按照運動形式分為，曲柄搖桿機構，雙曲柄機構，雙搖桿機構。為了實現上料工作的自動化完成，國內比較常見的上料機構一般都是鉸鏈四連桿機構，其中最為常用的是曲柄搖桿機構，曲柄搖桿機構實現了上料工作的自動化，極大地節約了人力成本，推進著整個行業的發展。

下文將以最常見的曲柄搖桿機構進行運動分析：如下圖1所示，坯料放在靜臺梁面上，當曲柄順時針旋轉的時候，中間的動桿會被曲柄抬高，從而托起了中間動桿（動臺梁面），當中間的動桿高于靜臺梁面的時候，放在靜臺梁面上的坯料將會被動桿頂起，曲柄旋轉到最高點的時候，中間動桿（動臺梁面）最高，隨后，當動桿低于靜臺梁面的時候，坯料將會被放置在靜臺梁面上。

圖1 上料臺架結構簡圖

如圖1所示，當右邊的曲柄圍繞支點做360°旋轉時，左側的搖桿在小角度的擺動，左側動桿僅僅上升了一點，所以造成了左側工作臺面的死區過大，只有右側的動桿傳送坯料，所以只有左側動桿和右側動桿都盡可能多的高于靜臺梁面的時候，其傳輸坯料的效能最大，因為在曲柄搖桿機構中，左側搖桿擺動到最高點和最低點的差值比較小，為了讓坯料在左側搖桿端就能進行步進送料，就要使左側搖桿工作在搖擺到最高點的時候高于靜臺梁面，而左側搖桿擺到最低時要低于靜臺梁面，只有這樣才能使得中間步進梁的死區最小，所以在實際的工程設計之中要充分發揮最優化設計，努力提升整體的效率，在具體的設計中要考慮靜臺梁面和動臺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式上料，綜上所述，現就對動臺梁面與靜臺梁面之間的相對位置和上料臺部件建立運動過程如下：中間的動桿（動臺梁）上的每一點的運動軌跡是不一樣的，最右側的點曲柄鉸鏈處的點的運動軌跡是一個圓，半徑是曲柄的長度，而左側偏心輪軸線末端處的點的運動軌跡是一個半徑為偏心距e的圓，整個動臺梁上其余各點運動軌跡都是以長軸為2e的橢圓，隨著曲柄的不斷旋轉，在整個臺面上的各點都是按照橢圓長軸的長短2e進行向右移動，從而實現了坯料在動臺梁上都可以按照2e的進行往右移動，具體分析，建立數學模型如下：

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

確定此實驗條件的先決條件

（1）軌跡不進行詳細的計算。

（2）L2左側梁面上點的運動軌跡近似認為是橢圓，靜臺梁面以下的點的運動軌跡，實際上不在工況考慮范疇，故文章不做分析。

2 曲柄搖桿機構曲柄參數選擇分析

在具體的工程設計中，各個機構的參數選擇嚴重影響著設備的性能，每個桿的長度的選擇對實際工程有非常重要的意義。偏心輪因為可以達到最小的步距運動，所以在實際的工作中常常用偏心輪來當做曲柄使用，從而滿足實際生產的需要。因為步距是由曲柄的長度決定的，步距的長短決定了曲柄每旋轉一周進料的間距，所以首先要對步距（曲柄）的長度進行設計，而其他3個桿的長度的選擇也影響著系統的性能，也要進行具體設計，一起分析。當曲柄轉動，把坯料在連桿上托起，右移，落下的過程中，坯料落在靜臺梁面上勢必會產生沖擊和噪聲。因此在設計曲柄L1的參數的時候，要充分考慮，為提高步距，提高每次運料速度，要增大曲柄長度，為減少沖擊和噪音和機械的磨損消耗，要減小曲柄，兩者是矛盾的，所以要在滿足工藝運料速度的情況下盡可能地減小曲柄長度。

3 搖桿參數參數選擇分析

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

3.2 動臺梁面L2和靜臺梁面L4的參數確定

在曲柄和搖桿的長度確定下來之后，動臺梁面L2和靜臺梁面L4 的參數要根據，具體需要輸送坯料的長短，坯料的運輸速度來綜合考慮，但是要滿足如下條件：曲柄在4個桿里是最短的，曲柄和最長桿的長度之和應小于其余2桿的長度和。只有這樣，才能滿足曲柄搖桿機構存在的要求。

4 結束語

曲柄搖桿機構作為四連桿機構里最基本的形式，在工程上應用及其廣泛，如牛頭刨床的進給機構，雷達調整機構等等方面都有應用，在以上的坯料傳輸上應用曲柄搖桿機構分析中，詳細說明了實際應用中曲柄和搖桿的參數的選擇和系統的整體優化，解決了目前國內冶金行業對步進式送料機構設計不合理的問題，并且給出了實際工程數據和分析結果，為今后相關設備的生產提供了理論支持和依據，在實際使用收到了良好的效果，節能，并且降噪，優化了機械的使用壽命和可維護性，從而降低了吊車的使用，使送料邁向了機械化，自動化，極大地節約了能源和人力成本，提高了生產效率，為企業帶來比較可觀的經濟收益。

參考文獻

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