一種頂升緩沖輸送鏈的開發設計

俞洪杰，岳國富，閆玉平，呂陽陽，劉 康

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.大冶特殊鋼有限公司，湖北 黃石 435001)

0 前言

鋁板包裝是鋁板儲存和運輸的重要保護措施。根據冷軋生產的工藝流程，鋁板包裝線屬于冷軋廠精整車間的最后一道工序，普遍位于鋁板橫切機組之后，其產品將直接發貨或進入成品庫。鋁板包裝不僅直接影響其產品質量，而且關系到其企業形象。我國現階段鋁板包裝線研究起步較晚，國內的大型鋁廠的鋁板包裝機組主要依賴進口。

鋁板包裝線有稱重、覆膜、纏膜、上木托盤、上紙護角、打捆等工序，鋁板需通過輸送鏈輸送到各個工位，進行各道工序的操作。故輸送鏈是鋁板包裝線的最主要的設備，鋁板帶經過橫切機組剪切、堆垛之后，已是成品，在包裝線上，鋁板在輸送過程中不能產生劃傷，故開發設計出一種適合輸送成品鋁板垛的輸送鏈尤為必要。

因為包裝工藝需要，需要將輸送鏈上的板垛頂升起，便于上木托盤，或是將板垛吊運到包裝線外，進行線外包裝，或是把包裝完好的板垛頂起，便于卸料。頂升緩沖輸送鏈就是同時具有輸送成品鋁板垛和頂升功能的輸送鏈。

1 頂升緩沖輸送鏈的設計要求

1.1 主要技術參數

2 000 mm鋁板包裝機組由中國重型機械研究院股份公司為國內某大型鋁廠研制，也是國內首次設計供貨的寬幅面鋁板包裝機組，機組設計參數為

鋁板長度500～6 000 mm

鋁板寬度500～2 000 mm

垛板最大高度(包括木托盤)600 mm

頂升最小板規格700 mm×700 mm

運行速度12 m/min

1.2 木托盤尺寸規格

木托盤是鋁板包裝的重要單元，用于墊在板垛的下方。因市場客戶需要不同規格的鋁板，因而為各種規格的鋁板相配的木托盤有成百上千種。木托盤有二層木托盤，如圖1所示，還有一種是三層木托盤，如圖2所示。

圖1 一種二層木托盤

圖2 一種三層木托盤

2 頂升緩沖輸送鏈的設計

2.1 設備結構設計

兼顧板材的所有規格和木托盤的規格，按最大承載能力設計選型，開發設計出的頂升緩沖輸送鏈如圖3所示，由頂升裝置、調整支座、過渡鏈輪裝置、主動鏈輪、減速電機、主動軸、輸送鏈底座、橡膠鏈條和被動鏈輪等組成。

圖3 頂升輸送鏈結構圖

鋁板包裝線上是將多臺輸送鏈前后相接放置在一起，當鋁板從一臺輸送鏈輸送至下一臺輸送鏈時，通過過渡鏈輪裝置3銜接兩臺輸送鏈的空擋，使最小規格(500 mm×500 mm)的鋁板均可平穩地輸送到下一臺輸送鏈。主動鏈輪和過渡鏈輪裝置的大鏈輪都裝在主動軸上，一臺減速電機即可驅動整臺輸送鏈。選用橡膠鏈條，可有效防止劃傷成品鋁板垛的底面。

頂升裝置在升降過程中不能和輸送鏈干涉，頂升起板垛后，要方便上叉車和放置吊帶。在上木托盤工藝段，頂升裝置要滿足穿過木托盤的橫向和縱向枕木間的空隙，再而頂起板垛。

自主創新設計的頂升裝置的結構如圖4所示，由底座、擺動油缸、活動樁一、升降架、升降油缸、固定樁、活動樁二、連桿、導向座等組成。

圖4 頂升裝置結構圖

四個升降油缸為頂升裝置的動力源，分布在設備的四角，驅動頂升裝置的升降。為了避免頂升裝置升起時劃傷板垛的側面，本文創新性地提出了在升降架上設置固定樁和活動樁，兩列固定樁分布在中間，四列活動樁對稱分布在兩側，根據不同寬度的板垛，自動擺起活動樁。兩列固定樁的間距小于頂升最小板規格(700 mm×700 mm)，故固定樁的側面不會劃傷板垛的側面。擺動油缸驅動活動樁的擺起和落下，活動樁擺起時，間距與固定樁一致。當需要頂升起較小寬度的板垛時，所有活動樁均落下；當需要頂升起中間寬度的板垛時，內側活動樁擺起，外側活動樁處于落下位置；當需要頂升起較大寬度的板垛時，所有活動樁均擺起，故活動樁的側面也不會劃傷板垛的側面。

2.2 連桿機構運動分析

簡化后的活動樁的運動機構如圖5所示。構件1對應活動樁一，構件2、構件2′對應活動樁二，構件3對應連桿。

圖5 活動樁連桿機構圖

n

p

l

p

h

p

F=3n-(2pl+ph-p′ )=1

因此，活動樁的結構是可行的，合理的。當擺動油缸驅動活動樁一擺起和落下時，活動樁二的運動也隨之確定。

2.3 大型結構件受力分析

此設備的輸送鏈底座長約7 m，寬約1.7 m，升降架長約4.6 m，寬約2.6 m，對于新開發設計的大型結構件，十分有必要對其強度和剛度進行驗證。

焊接材料選為Q235A，對輸送鏈底座和升降架施加實際工況中的最大載荷，經過有限元計算，輸送鏈底座的應力分布圖如6所示，整體應力較小，大部分都在56 MPa以下，遠小于Q235A的屈服極限。輸送鏈底座的變形分布圖如7所示，最大變形發生在橫梁的中間，為4.2 mm，能滿足使用要求。故輸送鏈底座的強度和剛度均能滿足要求。

圖6 輸送鏈底座應力分布圖

圖7 輸送鏈底座變形分布圖

升降架的應力分布圖如8所示，整體應力較小，大部分都在68 MPa以下，遠小于Q235A的屈服極限。升降架的變形分布圖如9所示，最大變形發生在中部橫梁的中間，為3.5 mm，能滿足使用要求。故升降架的強度和剛度也均能滿足要求。

圖8 升降架應力分布圖

圖9 升降架變形分布圖

3 工程應用

中國重型機械研究院股份公司為國內某大型鋁廠設計供貨的2 000 mm鋁板包裝機組于2019年9月調試完成，機組中的頂升緩沖輸送鏈如圖10所示，設備結構緊湊，安裝方便，操作簡單，能夠滿足鋁板包裝機組的工藝要求，運行使用情況良好。

圖10 頂升緩沖輸送鏈的工程應用

4 結束語

自主創新設計的頂升緩沖輸送鏈是鋁板包裝機組中的重要設備之一，很好地滿足了鋁板包裝機組功能區域的工藝要求。此設備具有結構緊湊、制造成本低、安裝方便和操作簡單的優點，已成功應用于國內某大型鋁廠，運行穩定可靠，具有進一步推廣應用的價值，對鋁板包裝機組的國產化及其設計開發具有一定幫助。