高重心危險(xiǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

丁國(guó)富 曾廣斌

摘 要：針對(duì)高重心危險(xiǎn)品現(xiàn)有轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)人工手搖驅(qū)動(dòng)效率低、安全性差等問(wèn)題對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行了靜力學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)方式采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作效率提高了40%以上。并進(jìn)行防傾翻設(shè)計(jì)，確保了轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)工作安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)盤(pán)；轉(zhuǎn)動(dòng)部件；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；靜力學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.257

1 引言

轉(zhuǎn)運(yùn)支撐在工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用中較為常見(jiàn)[1， 2]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，質(zhì)量大、重心高、易燃、易爆等工業(yè)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)運(yùn)工序?qū)D(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)提出了更高的性能要求。轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的強(qiáng)度和可靠性是決定轉(zhuǎn)運(yùn)工序安全、平穩(wěn)進(jìn)行的保證。

當(dāng)大型工件需要在不同工房之間進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，需借助轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)。一個(gè)主工房常需對(duì)應(yīng)多個(gè)后續(xù)加工工房，故工房之間的轉(zhuǎn)運(yùn)軌道常由主軌道和多個(gè)分支軌道組成。轉(zhuǎn)盤(pán)應(yīng)用如圖1所示。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)采用人工手搖驅(qū)動(dòng)方式推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)前進(jìn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還存在安全隱患[3， 4]。因此，有必要設(shè)計(jì)一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，并使其具備轉(zhuǎn)向能力，從而提高工作效率。

2 轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)的設(shè)計(jì)

根據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)的工作環(huán)境特點(diǎn)，轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）安全性。應(yīng)用對(duì)象為高重心易燃易爆危險(xiǎn)品，在轉(zhuǎn)盤(pán)的強(qiáng)度及剛度上應(yīng)給定較高的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。采用回轉(zhuǎn)支承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，且將整體設(shè)備通過(guò)地腳螺栓等固定在地基上，配合平板車(chē)上特制的防傾翻勾導(dǎo)軌裝置，使得產(chǎn)品產(chǎn)生傾翻動(dòng)作后，不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步傾翻。

（2）整體剛度。平板車(chē)行駛至轉(zhuǎn)盤(pán)上方，使轉(zhuǎn)盤(pán)受載而發(fā)生軸向位移和角位移。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)軌道拼接處受載發(fā)生向下軸向位移后，轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)駛出轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)會(huì)受到較大的阻力，增加轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)所需驅(qū)動(dòng)力。且過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生沖擊和震動(dòng)，增加產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)的不安全因素。

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)技術(shù)特點(diǎn)要求，對(duì)其進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)在軌道上運(yùn)動(dòng)，無(wú)轉(zhuǎn)向能力。轉(zhuǎn)盤(pán)上搭載軌道，可使轉(zhuǎn)盤(pán)上軌道方向改變，與地面上不同方向的軌道拼接，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)的轉(zhuǎn)向。如圖1中所示，轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)現(xiàn)一條主軌道與多條分支軌道間的連接，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，平板車(chē)先由主軌道運(yùn)動(dòng)至轉(zhuǎn)盤(pán)上軌道，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)90度，平板車(chē)運(yùn)動(dòng)至分支軌道。回轉(zhuǎn)支承式轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 加載過(guò)程中回轉(zhuǎn)支承載荷分析

加載過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)所受載荷主要為工件及轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)的重力產(chǎn)生的對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)的軸向力和傾覆力矩。轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)駛?cè)爰榜偝鲛D(zhuǎn)盤(pán)的示意圖如圖3所示。

G為轉(zhuǎn)盤(pán)總載荷，l為轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)輪距，d為轉(zhuǎn)盤(pán)直徑，x為轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)重心點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)圓心的距離，a為轉(zhuǎn)盤(pán)上有效導(dǎo)軌長(zhǎng)度。其中。

圖3（a）為轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)前輪進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)上方示意圖；圖3（b）為轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)車(chē)輪全部進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)上方示意圖；圖3（c）為轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)前輪離開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)上方示意圖；圖3（d）為轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)后輪離開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)上方示意圖。

該過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)所受載荷為：

（1）

（2）

如圖4所示。

轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)際應(yīng)用中，為保證轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)四輪均能進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)上方，則必有：，故

（3）

當(dāng)時(shí)，需驗(yàn)證兩組最大載荷：

及

當(dāng)時(shí)，僅需驗(yàn)證一組最大載荷：

本研究中，l=2400 mm=2.4 m，d=3500 mm=3.5 m，

故，mm，滿(mǎn)足，故需驗(yàn)證兩組

最大載荷：

2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中回轉(zhuǎn)支承載荷分析

加載過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)所受載荷主要為工件及轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)的重力產(chǎn)生的對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)的軸向力和傾覆力矩、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的徑向離心力及離心力產(chǎn)生的傾覆力矩。圖5為轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的尺寸示意圖。圖6轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的載荷示意圖。

產(chǎn)品在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，而離心力作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)滾珠所在平面有一定距離，故離心力會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)產(chǎn)生一定的力矩。

轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)所受載荷為：

（4）

其中：G——轉(zhuǎn)盤(pán)總載荷（N），x——載荷偏載距離（m），ω——轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速（rad/s），a——轉(zhuǎn)盤(pán)上有效導(dǎo)軌長(zhǎng)度（m），l——平板車(chē)輪距（m），h——產(chǎn)品及轉(zhuǎn)運(yùn)平板車(chē)的重力作用點(diǎn)與地面的距離（m）

h1——地面與回轉(zhuǎn)軸承滾珠所在平面的距離（m），結(jié)合相關(guān)尺寸參數(shù)可得，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)所受最大載荷為：

后續(xù)將使用該載荷對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)和回轉(zhuǎn)支承的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

經(jīng)由以上分析計(jì)算，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。制造加工裝配完成的實(shí)物已應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，如圖7（a）、（b）所示。轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)安全、可靠、美觀。相對(duì)于傳統(tǒng)人工手搖驅(qū)動(dòng)主式，工作效率提高了40%以上。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用靜力學(xué)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算方法對(duì)高重心危險(xiǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了改進(jìn)，由傳統(tǒng)的人工手搖驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作效率提高了40%以上。進(jìn)行了防傾翻設(shè)計(jì)，進(jìn)一步確保了轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)工作安全性、可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李清東，林盛強(qiáng)，黃麗嬌.站內(nèi)電氣設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的研制[J]. 電工技術(shù)，2016（02）：24-5.

[2]于新海，李瑋.基于PLC的直角轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的控制程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J]. 現(xiàn)代制造工程，2013（06）：73-7.

[3]董永法. 垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)備移位平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)械工程師， 2010（08）：124-5.

[4]沈超，黨春太，仉傳興.700t箱梁轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的研制與應(yīng)用[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2010（08）：20-3.