同步提升機構設計中同步裝置的幾種應用

季漢琴

（南通四方冷鏈裝備股份有限公司，江蘇 南通 226371）

1 鋁平板焊接裝置同步提升機構

該裝置用于兩塊鋁平板的拼縫自動焊接。兩塊鋁平板豎直放置在夾具中，焊縫位置為立焊，正反兩面共有兩條焊縫需要焊接。為了減少焊縫變形，兩條焊縫需要同時焊接。為保證焊縫質量，兩側焊槍行走速度需穩定、一致。焊接行程較長，達到2 600 mm。該裝置要求的同步運動屬于速度同步形式，因此決定采用鏈傳動同步提升機構來實現同步提升運動，其結構形式如圖1所示。

鋁平板2和鋁平板4豎直裝夾在夾具1中間，Ⅰ側焊槍6安裝在機架7上，機架與鏈條3連接；Ⅱ側焊槍9安裝在機架10上，機架與鏈條5連接；Ⅰ側主動軸14上同軸裝有過渡鏈輪13和主動鏈輪15；Ⅱ側主動軸17上同軸裝有過渡鏈輪18和主動鏈輪19；兩側主動軸由兩個過渡鏈輪和鏈條16連接在一起；驅動減速電機12驅動Ⅰ側主動軸14，由鏈條16同步驅動Ⅱ側主動軸17；Ⅰ側主動鏈輪15與從動鏈輪8通過鏈條3帶動機架7上下運動，帶動焊槍6上下運動；Ⅱ側主動鏈輪19與從動鏈輪11通過鏈條5帶動機架10上下運動，帶動焊槍9上下運動，以此完成同步提升運動，該同步方式屬于機械同步。

實際使用時該同步裝置基本能達到設計要求，僅在換向時鏈條有抖動現象，由于預留焊接空行程較長，故對焊接質量沒有影響。

圖1 鋁平板焊接裝置同步提升機構

2 罐式集裝箱剛性試驗站同步提升機構

罐式集裝箱剛性試驗站用于給我公司罐箱車間生產的罐式集裝箱做剛性試驗，其結構完全按照英國船級社勞氏認證的試驗要求設計的。在其中的一項堆碼試驗中要用到同步提升機構，堆碼試驗模擬罐式集裝箱在堆場堆疊時的受力狀況，檢驗罐式集裝箱框架的剛度，試驗的要求如下：

1）將罐箱注滿水，罐箱自重3.7 t，容積24 m3，此時，總體質量=3.7+24=27.7 t；

2）在4個頂角件處裝上模擬件定位裝置，模擬件在定位裝置中橫向位移25.4 mm，縱向位移38 mm，4個模擬件位移方向一致；

3）底角件下方4個油缸（HSGL-250/160-85）向上推動頂桿，在同步機構作用下使罐箱平穩向上升起至模擬件靠上頂座，開啟高壓油泵，加載，此時油缸行程約65 mm；

4）改變模擬件位置，四個方向依次進行試驗；

5）試驗載荷：其為108 t時，油缸推力F=27.7/4+108=115 t，油壓p=234.4 kg/cm2；其為97.2 t時，油缸推力F=27.7/4+97.2=104 t，油壓 p=212 kg/cm2。

其端面結構如圖2所示：

圖2 罐式集裝箱堆碼試驗端面結構示意圖

從堆碼試驗的試驗要求中可以看出，該裝置既要保證罐箱平穩向上提升，還要對4個角件處施加壓力，而且壓力高達108 t，因此確定采用液壓缸來提供提升及施壓的動力源，4個角上共有4只液壓缸。由于加載時要保證4個角件處于同一水平面上，而且提升行程只有80 mm，因此確定了用齒輪齒條及螺旋錐齒輪轉向箱的機械同步方式來保證4只齒條頂桿同步升降，其結構如圖3所示。

圖3 罐式集裝箱堆碼試驗4只液壓缸同步結構示意圖

齒輪5與齒條頂桿6嚙合，齒輪7與齒條頂桿8嚙合，齒輪5和齒輪7安裝在橫軸4上；齒輪10與齒條頂桿11嚙合，齒輪12與齒條頂桿13嚙合，齒輪10和齒輪12安裝在橫軸9上；螺旋錐齒輪轉向箱1和橫軸9連接；螺旋錐齒輪轉向箱3和橫軸4連接；螺旋錐齒輪轉向箱1和螺旋錐齒輪轉向箱3通過縱軸2連接，使橫軸9和橫軸4同步轉動，從而保證與4只齒輪嚙合的4只齒條頂桿同步升降。該同步屬于機械同步+簡單液壓回路的同步方式。

3 端框焊接提升翻轉裝置同步提升機構

該裝置用在端框的焊接工位，端框為罐式集裝箱重要承重部件，為了保證焊接質量，要求端框的所有焊接位置只能為平焊和立焊，因此端框一側焊縫焊接完畢后，需翻轉180°，進行另一側焊縫的焊接。由于端框尺寸較大，所以必須先提升后翻轉。提升高度約為1 000 mm，由于不受空間尺寸限制，因此采用液壓缸做提升動力源，同軸鏈傳動機構保證同步來完成同步提升動作，其結構如下頁圖4所示。

端框2用夾具3固定在翻轉架4上，軸8固定在機架上方，兩端同軸裝有鏈輪7和鏈輪9，鏈條6和鏈條10分別與翻轉架兩端連接，鏈輪5、鏈條6與鏈輪7組成一副鏈傳動，鏈輪11、鏈條10與鏈輪9組成另一副鏈傳動，液壓缸12缸底固定在機架上，桿端與翻轉架鉸接。液壓缸活塞桿升降使翻轉架提升或下降，通過兩幅鏈傳動保證翻轉架兩端同時提升或下降，從而在端框一側焊縫焊接結束后將端框提升至一定高度，翻轉180°后下降至焊接工位繼續另一側焊縫的焊接。該同步屬于機械同步+簡單液壓回路的同步方式。

圖4 端框焊接提升翻轉裝置同步提升機構

4 立式平板凍結器同步提升機構

立式平板凍結器是我廠主打產品之一，主要用于水產品的凍結。該設備屬于食品加工設備，結構設計要求簡潔且符合食品衛生要求，所以機構設計力求簡單。它的設計目標是將零散凍品在凍結腔內凍結成約520 mm×520 mm×100 mm的方塊狀，之后提升出凍結腔，以便包裝運輸。提升出腔行程540 mm。因此采用占地范圍小的液壓同步+剛性連接的同步方式，其結構如圖5所示。

圖5 立式平板凍結器結構

n件蒸發平板1與n-1個提升叉6共同組成擁有n-1個凍結腔的凍結主體，凍結時，水平液壓缸5向右運動將蒸發平板與提升叉縱向壓緊，使凍結腔周邊及底部封閉不泄漏，新鮮凍品被裝入n-1個凍結腔中，經過一段時間后凍結成塊狀凍品。左液壓缸3與右液壓缸6分別安裝在框架2左右兩側，缸筒固定在框架上，桿端分別與左導向桿4和右導向桿7鉸接。提升橫梁5兩端分別與左、右導向桿通過螺栓連接。n-1個提升叉通過掛耳掛在提升橫梁上。凍結成塊狀的凍品擱在提升叉上。需要出貨時，水平液壓缸向左運動將蒸發平板拉開，兩只立式液壓缸活塞桿上行帶動導向桿、提升橫梁、提升叉上行，從而帶出凍品，凍品提升如圖6所示。

圖6 立式平板凍結器凍品提升示意

該同步提升機構采用液壓同步+剛性連接的方式，即在液壓回路中使用液壓同步元件來保證同步要求。這樣在液壓系統設計時會復雜一些，需要考慮系統流量與液壓同步元件流量的匹配，但機械結構方面就相對簡單些，只要考慮好在剛性連接上留有同步緩沖空間，不會把連接螺栓拉斷即可。而且通過在液壓系統中設置行程閥，能一鍵全自動完成提升、下降操作。

5 結語

從以上幾個實例可以看出，大行程的同步提升只可采用機械同步，機械同步+簡單的液壓回路和液壓同步+剛性連接的同步方式的使用均受液壓缸行程限制。機械同步與機械同步+簡單的液壓回路這2種同步方式設計較復雜而且占地范圍大，但同步精度性價比較高；而液壓同步+剛性連接設計較簡單，占地小，但同步精度性價比較低，同步精度要求越高，成本越大。1臺設備，有時以上幾種方式均可采用，因此在設計工作中，應從設備的使用要求、同步提升的行程、設備可使用空間的大小、同步精度的要求、液壓系統的匹配等方面綜合考慮確定經濟、合理、實用的設計方案。