一種升降旋轉(zhuǎn)物流設(shè)備的設(shè)計(jì)

文/ 程長(zhǎng)坤

由于生產(chǎn)工藝的需要，許多產(chǎn)品需在有爆炸性危險(xiǎn)的環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)（如噴漆室），或者產(chǎn)品（火工品等）本身會(huì)具有爆炸性危險(xiǎn)。在這種環(huán)境下，機(jī)械化輸送產(chǎn)品時(shí)必定有改變輸送方向或路徑的過程，要所使用的設(shè)備需符合防爆要求，通常制造成本高；在設(shè)備維護(hù)時(shí)也要注意防爆，對(duì)參與設(shè)備維護(hù)的工作人員要求極高，一般不能動(dòng)火作業(yè)，除非停產(chǎn)停線，清除爆炸源到安全線，或者將設(shè)備從防爆環(huán)境中拆下來移動(dòng)到非防爆環(huán)境下維護(hù)，這樣往往導(dǎo)致維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、效率低。有時(shí)維護(hù)的作業(yè)環(huán)境很差，如噴漆室設(shè)備維護(hù)，導(dǎo)致人員流動(dòng)性極大，維護(hù)保養(yǎng)成本升高。因此，降低防爆環(huán)境下?lián)Q向設(shè)備的制造成本、維護(hù)成本，以及改善維護(hù)環(huán)境，勢(shì)在必行。

一、改進(jìn)輸送路徑布局

在一般的工藝輸送過程中，輸送貨物方向通常是固定（始終頭朝前），拐彎輸送路徑大多如圖1所示。輸送線路為：直線輸送機(jī)1→旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)1→直線輸送機(jī)2→旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)2→直線輸送機(jī)3，貨物頭部始終朝前。

不過，在防爆環(huán)境下，直線輸送機(jī)的電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)均要采用防爆電機(jī)，而且這些電機(jī)都有一定的停位精度，一般都要使用變頻和帶制動(dòng)器。國(guó)產(chǎn)防爆電機(jī)目前仍很難滿足要求，通常采用進(jìn)口防爆電機(jī)，價(jià)格都十分昂貴。

通過改進(jìn)布局，可以變防爆電機(jī)為普通電機(jī)，不僅使成本大大降低，維護(hù)也更加方便，改進(jìn)布局如圖2。

改進(jìn)后的輸送線路為：直線輸送機(jī)1→頂升移載機(jī)1→直線輸送機(jī)2→升降旋轉(zhuǎn)機(jī)→直線輸送機(jī)2→頂升移載機(jī)2→直線輸送機(jī)3。通過升降旋轉(zhuǎn)機(jī)貨物旋轉(zhuǎn)180°，貨物頭部始終朝前。

從圖1和圖2的布局來看，圖1中共有5臺(tái)設(shè)備，其中有2臺(tái)旋轉(zhuǎn)輸送設(shè)備，這2臺(tái)旋轉(zhuǎn)設(shè)備電機(jī)無法外置，只能使用防爆電機(jī)。

圖1 旋轉(zhuǎn)掉頭輸送路徑布置圖

圖2中共有6臺(tái)設(shè)備，其中有2臺(tái)頂升移載機(jī)和1臺(tái)升降旋轉(zhuǎn)機(jī)。這3臺(tái)設(shè)備合計(jì)6臺(tái)電機(jī)均可外置，安裝在非爆炸環(huán)境。頂升移載機(jī)都是常規(guī)設(shè)備，關(guān)鍵在于升降旋轉(zhuǎn)機(jī)。

圖2 頂升移載掉頭輸送路徑布置圖

二、升降旋轉(zhuǎn)機(jī)的系統(tǒng)組成

升降旋轉(zhuǎn)機(jī)有兩個(gè)功能，一是升降，二是旋轉(zhuǎn)功能。如圖3所示，通過帶萬向節(jié)的外伸軸將驅(qū)動(dòng)電機(jī)外置。

圖3 升降旋轉(zhuǎn)機(jī)主視圖

升降系統(tǒng)如圖4，主要由底座、升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸（主、從）、傳動(dòng)鏈條等組成，其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)通過帶萬向節(jié)的外伸將驅(qū)動(dòng)電機(jī)外置。

圖4 升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)如圖5，主要由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、換向器、回轉(zhuǎn)支撐、旋轉(zhuǎn)框架、升降導(dǎo)向柱（4組）組成。回轉(zhuǎn)支撐的外圈帶有齒輪，與換向器智能嚙合，回轉(zhuǎn)支撐的內(nèi)圈采用螺栓固定在旋轉(zhuǎn)框架上。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)放置在升降系統(tǒng)的上面，通過升降系統(tǒng)導(dǎo)向輪和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的導(dǎo)向柱之間的配合，來定位旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

圖5 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

托盤托架是用來限位托盤的，通常有前、后、左、右4個(gè)帶導(dǎo)向的限位，具體結(jié)構(gòu)根據(jù)托盤樣式確定。托盤托架采用螺栓固定在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的換轉(zhuǎn)支撐的外圈。

三、動(dòng)作流程

托盤通過直線輸送機(jī)2被輸送到旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)正上方停止后，升降旋轉(zhuǎn)機(jī)的升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過鏈條或皮帶帶動(dòng)升降軸旋轉(zhuǎn)，升降軸上的凸輪托舉旋轉(zhuǎn)框架系統(tǒng)上的旋轉(zhuǎn)支撐和托盤托架等上升，托盤就此離開直線輸送機(jī)2。上升到位后，旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)換向器旋轉(zhuǎn)，通過嚙合的齒輪，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐的外圈旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)托盤托架和托盤一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后，升降系統(tǒng)啟動(dòng)下降功能，托盤跟隨升降旋轉(zhuǎn)機(jī)下降一定高度后，托盤脫離托架，停放在直線輸送機(jī)2。托盤托架繼續(xù)下降到最低位，此時(shí)托盤可以沿直線輸送機(jī)2繼續(xù)向前輸送。

四、應(yīng)用前景

該升降旋轉(zhuǎn)機(jī)采用外伸軸的方式，可以將電機(jī)外置到非爆炸環(huán)境，變防爆電機(jī)為普通電機(jī)，極大降低設(shè)備制造成本，同時(shí)也方便維護(hù)保養(yǎng)。例如，1.1kw進(jìn)口防爆電機(jī)的價(jià)格大約5萬多元，而如果采用普通國(guó)產(chǎn)電機(jī)，價(jià)格不到0.4萬元，一個(gè)彎道就可以節(jié)省15萬元以上，并且電機(jī)功率越大，節(jié)省的費(fèi)用越多。該升降旋轉(zhuǎn)裝置機(jī)械+電控總成本不到2萬元，再加上2臺(tái)頂升移載機(jī)，彎道的成本不到6萬元，相比采用2個(gè)旋轉(zhuǎn)輸送拐彎，可使成本大幅度降低。表1中為兩種拐彎方案的成本對(duì)比。

表1 兩種拐彎方案的成本對(duì)比

值得一提的是，該設(shè)備的升降采用凸輪升降，技術(shù)非常成熟，頂升移載設(shè)備多數(shù)采用這種結(jié)構(gòu)，安全可靠。旋轉(zhuǎn)采用齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)，工程機(jī)械如汽車吊、塔吊均采用該結(jié)構(gòu)。我們只是將兩種成熟的機(jī)構(gòu)組合起來首創(chuàng)應(yīng)用到物流輸送設(shè)備上。目前已在國(guó)防項(xiàng)目上成功應(yīng)用，取得了良好的效果。

此外，該升降旋轉(zhuǎn)機(jī)變進(jìn)口電機(jī)為國(guó)產(chǎn)電機(jī)也符合當(dāng)前國(guó)家提倡國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)業(yè)政策，尤其是在軍工項(xiàng)目之中。

對(duì)項(xiàng)目建設(shè)方而言，采用該設(shè)備可以降低投入，方便后期維護(hù)保養(yǎng)；對(duì)于投標(biāo)方，則可以提供競(jìng)爭(zhēng)力，為贏得項(xiàng)目提供幫助。因此，預(yù)計(jì)這種升降旋轉(zhuǎn)設(shè)備未來將有廣闊的應(yīng)用前景。