智能組合式貨柜掛耳銷壽命分析及設(shè)計優(yōu)化

李 偉

（中國電子科技集團公司第二研究所，太原 030024）

智能立體倉儲設(shè)備技術(shù)在國內(nèi)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，產(chǎn)品種類已經(jīng)逐步趨于完善，其中智能組合式貨柜在近幾年內(nèi)已經(jīng)大量應(yīng)用于各行各業(yè)[1]。掛耳銷結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。本文分析研究損壞的掛耳銷，測試現(xiàn)有掛耳銷的壽命極限，分析得到了影響掛耳銷壽命的幾個關(guān)鍵因素。根據(jù)每個因素對掛耳銷的影響進行針對性改進和優(yōu)化，并對優(yōu)化后的掛耳銷進行壽命極限測試。測試結(jié)果證明，改進和優(yōu)化后的掛耳銷的壽命大幅提升，提高了智能組合式貨柜設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

圖1 掛耳銷結(jié)構(gòu)示意

1 掛耳銷損壞原因分析及針對性優(yōu)化

1.1 損壞現(xiàn)狀

掛耳銷損壞主要分為掛耳銷軸斷裂和細(xì)銷軸拔出兩種[2]。掛耳銷工作長時間處于摩擦消耗狀態(tài)，會出現(xiàn)銷軸磨損變細(xì)的情況。當(dāng)掛耳銷軸斷裂和拔出時，設(shè)備無法運行，應(yīng)立即更換。當(dāng)掛耳銷磨損變細(xì)時，設(shè)備仍然可以運行，但是會影響設(shè)備運行精度，因此要做好更換準(zhǔn)備。掛耳銷損壞情況如圖2所示。

1.2 現(xiàn)有掛耳銷壽命測試

選取現(xiàn)有設(shè)備用的5組全新掛耳銷，每組8個（一臺設(shè)備8個），分別進行連續(xù)不間斷額定滿載的運行測試，直到有掛耳銷損壞為止，然后換下一組掛耳銷繼續(xù)測試。測試完5組掛耳銷，結(jié)果如表1所示，得出掛耳銷的平均壽命約為138天。

圖2 掛耳銷斷裂、拔出、變細(xì)

表1 原掛耳銷測試壽命統(tǒng)計

1.3 損壞原因分析及優(yōu)化

根據(jù)損壞的情況，從材料、結(jié)構(gòu)、工藝以及環(huán)境方面進行了全面分析，初步總結(jié)出以下3條原因[3]。第一，熱處理工藝不合適，表面硬度低，耐磨性低。第二，結(jié)構(gòu)不合理，強度不夠。第三，細(xì)銷軸直徑細(xì)，銷軸強度低。下面對上述3個原因分別進行確認(rèn)，確定其是否為主要原因。

1.3.1 硬度檢測

選取5個掛耳銷，對銷軸粗、細(xì)圓柱面分別進行硬度檢測，結(jié)果如表2所示。粗銷軸和細(xì)銷軸示意圖如圖3所示。

表2 掛耳銷硬度檢測結(jié)果

圖3 銷軸示意圖

掛耳銷與鏈條配合使用，與之配合的鏈條硬度為HRC55。 實際檢測的結(jié)果顯示，粗銷端硬度為HRC25～31，遠(yuǎn)低于HRC55；細(xì)銷軸端硬度接近略低于HRC55。銷軸硬度低，耐磨性不夠，尤其是粗銷軸端。從損壞的照片可以看出，粗銷軸端磨損嚴(yán)重。針對硬度低的問題，利用改進熱處理工藝，將粗、細(xì)銷軸面的硬度提高到HRC55左右，達(dá)到了提高硬度的目的。

1.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

選取5個掛耳對細(xì)銷軸端進行敲擊破壞，然后沿軸向用力拔細(xì)銷軸，發(fā)現(xiàn)焊點容易開裂，細(xì)銷軸也容易拔出，證明現(xiàn)有的細(xì)銷軸結(jié)構(gòu)不合理。現(xiàn)有細(xì)銷軸為光軸，全靠熱裝和焊點保證強度。將光軸改為臺階軸，軸向有臺階限位，可以防止細(xì)銷軸被拔出，如圖4所示。

圖4 細(xì)銷軸結(jié)構(gòu)光軸改為臺階軸圖

1.3.3 受力優(yōu)化

現(xiàn)有掛耳銷細(xì)銷軸的直徑為4.45mm，細(xì)銷軸與08B-2的鏈條套筒（內(nèi)徑4.6mm）配合使用，如圖5所示。分析現(xiàn)有4.45mm掛耳銷受力，將鏈條套筒去掉，細(xì)銷軸與滾子（內(nèi)徑6.3mm）配合，直徑增加到6.2mm。分析受力，4.45mm和6.2mm的分析結(jié)果如圖6和圖7所示。分析結(jié)果證明，加粗后應(yīng)力減少了3倍，而且銷軸絕大部分受力區(qū)域在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，掛耳銷發(fā)生斷裂的可能性大大降低。

圖5 細(xì)銷軸與08B-2的鏈條套筒

圖6 4.45mm細(xì)銷軸受力分析

圖7 6.2mm細(xì)銷軸受力分析

2 掛耳銷優(yōu)化后檢測驗證效果

針對性優(yōu)化掛耳銷發(fā)生損壞的3個主要原因后，做了5套掛耳銷，然后進行滿載極限壽命測試，結(jié)果如表3所示。可見，優(yōu)化后掛耳銷的壽命平均壽命為705天，是優(yōu)化前的5倍，提升顯著。優(yōu)化減少了因掛耳銷損壞而無法使用設(shè)備帶來的損失，節(jié)約了質(zhì)保期內(nèi)免費為客戶更換掛耳銷的成本（質(zhì)保期內(nèi)換一臺設(shè)備掛耳銷成本大約5000元）。

表3 優(yōu)化后掛耳銷壽命測試

3 結(jié)語

總結(jié)掛耳銷損壞事件和優(yōu)化經(jīng)驗可知，產(chǎn)品設(shè)計時要全面考慮設(shè)計壽命、結(jié)構(gòu)合理性、工藝合理性、裝配精度以及使用環(huán)境等。任何一個環(huán)節(jié)都會影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量和性能。通過合理的產(chǎn)品設(shè)計不僅能夠降低客戶和公司的經(jīng)濟損失，還能提高客戶對產(chǎn)品的信任度和產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)的口碑。