超纖皮革用含浸槽升降機的設計

翟建

（青島濱海學院，山東 青島 266555）

超纖皮革用含浸槽升降機的設計

翟建

（青島濱海學院，山東 青島 266555）

針對現有超纖皮革用含浸槽在聚氨酯漿料更換、含浸槽清理中存在的問題，根據剪叉原理設計的含浸槽升降機，實現了含浸槽的升降及可移動性，克服了使用者勞動強度大、生產效率低的問題。現場試驗及試運行證實該設計方案可靠，對超纖皮革及合成革生產具有實用性和推廣價值。

超纖皮革；升降機；含浸槽

0 引言

超纖皮革基布被引入涂布機含浸槽浸入聚氨酯漿料中，經過反復 “浸漬—壓榨—浸漬”預處理后，進入水洗槽進行水洗預凝固，最后通過燙平、拉幅、烘干、貼膜形成真皮感極強的超纖皮革。含浸槽盛有聚氨酯漿料固定于涂布機上，由于含浸槽中聚氨酯漿料需要根據所生產的超纖皮革的顏色及時更換，每次清理、更換需要24小時左右，給更換聚氨酯漿料和清理帶來極大的不便，增加了勞動強度，極大地降低了生產效率，成為制約超纖皮革生產效率的瓶頸。作者根據剪叉原理設計了高效的超纖皮革用含浸槽升降機。

1 含浸槽升降機方案設計

1.1 技術參數

根據超纖皮革廠家提供設計參數及計算：

舉升高度范圍：H=300～1000m

含浸槽質量：M1=850～880kg

聚氨酯漿料質量：M2=7150～7200Kg

1.2 結構及工作原理

含浸槽升降機設計方案采用水平推鉸接式，如圖1所示。含浸槽升降機主要有四部分組成，其包括托架、機架、 支撐桿、 液壓缸等。液壓缸固定于下機架下端水平放置，活塞桿與兩支撐桿鉸接。按剪叉運動原理，通過活塞桿水平推拉支撐桿，使支撐桿收放，實現上機架的垂直升降。如圖2所示。

圖1 水平推鉸接式升降機Fig.1 Horizontal push articulating lift

圖2 含浸槽升降機Fig.2 Dipping tank lift

2 主要構件設計

2.1 托架設計

托架主要用來支撐含浸槽及聚氨酯漿料的重量，對支撐桿進行固定和導向。其導軌主要用來限定支撐桿上面滾輪沿軌道的運動，如圖3所示。依據含浸槽底座尺寸設定托架總體尺寸為：托架總體尺寸（3800×3400）mm。

在托架上設有兩條用于滾輪滾動的軌道，左端設有固定鉸鏈座用于連接支撐桿的。整個托架主要由槽鋼（Q235A 140×58）架體構成。

2.2 下機架

機座用來支撐托架、含浸槽、聚氨酯漿料及4根支撐桿的重量，同時用于固定油缸和支撐桿一端。其上導軌主要用來保證支撐桿滾輪沿軌道的運動，如圖3所示。機座總體尺寸設定為：機座總體尺寸（4285×3400）mm。

機座四周設有固定升降機的預裝螺栓孔，并設有兩條用于滾輪滾動的軌道及限位器，左端設有固定鉸鏈座用于連接支撐桿，設有液壓缸支座。整個機座主要由槽鋼（Q235A 140×58）架體構成。

2.3 支撐桿

支撐桿主要結構有：支撐桿鉸接孔、銷釘孔等，支撐桿共有4根支撐桿組成，均選擇采用 Q235A槽鋼120×53焊接成型。結構及尺寸如圖3所示。

圖3 支撐桿Fig.3 Support rods

3 載荷計算

3.1 總載荷計算

總載荷M由含浸槽質M1量、漿料質量M2、托架M3和支撐桿質量M4組成。根據廠家提供設計參數及計算：

含浸槽質量：M1=850～880kg

聚氨酯漿料質量：M2=7100～7170kg

含浸槽托架質量：M3

含浸槽的托架主要用于支撐含浸槽。由槽鋼焊接而成，如圖4所示。槽鋼規格有兩種：Q235A槽鋼100× 4，其質量比為10.007kg/m，Q235A槽鋼63×40，其質量比為6.634kg/m。

圖4 含浸槽托架Fig.4 Dipping tank bracket

M3=[2.550×2+（1.180-2×0.048）×4+0.68×2+（0.4-2× 0.048）×4]×10.007kg/m（1.017+1.084）×6.634 kg/m=134kg

含浸槽托架質量：取M3=135kg

支撐桿質量M4=1.6×4×10.007kg/m=64kg

總載荷M=M1+M2+M3+M4=880+7135+135+64=8215 kg。

3.2 升降機機構自由度計算

升降機機構運動簡圖如圖5所示。

圖5 機構簡圖Fig.5 Mechanism schematic diagram

原動件數Q=1（活塞桿），低副的數P1=5，高副的數Ph=1，活動構件的數N=4。

自由度：F=3N-（2P1+Ph）=3×4-（2×5+1）=1

由計算知：機構自由度F=原動件數Q，故該機構具有確定的運動。

3.3 支撐桿強度校核

（1）支撐桿件組受力分析。以支撐桿2和支撐桿3組成的支撐桿件組作為研究對象，進行受力分析（另一側支撐桿效果相同，如圖6所示。

圖6 支撐桿件組受力分析Fig.6 Support rods group stress analysis

由計算知總載荷M=8215kg

如圖支撐桿件組承受的托架壓力有 4個等效力：T1、T2、T3、T4（其中 T3、T4為另一側支撐桿所受的壓力），所以支撐桿2所受托架的壓力為：

T1=Mg/4=20537N

根據受力平衡條件：

N1=N2=T1=T2=20537 N

P1=P2

其中，N1—底座對支撐桿3的支反力；N2—底座對支撐桿2的支反力；P1—底座對對支撐桿3的水平支反力；P2—液壓油缸對支撐桿2的主動推力。

（2）支撐桿2受力分析。支撐桿2受力分析（如圖7）。

圖7 支撐桿2受力分析Fig.7 Support rodⅡstress analysis

由靜力平衡條件，對O點取矩，即：

ΣM0=0 T1×L×cosθ-P×L/2×sinθ=0

剪叉中間銷軸對支撐桿2的擠壓力：P=2T1cosθ

由牛頓定律知，銷軸所受的作用力P1＝2T1cotθ

由此可知，托架下降越低銷軸所受的作用力P1就越大。為防止支撐桿2卡死取：

θmin＝13°

則托架下降至最低點時，銷軸所受的最大作用力P1＝179545 N，液壓缸活塞桿的推力：

P2＝179545 N

F1＝T1cos13°＝20000N

F2＝Pcos77°＝40000N

F3＝P2sin13°＝40000N

F4＝N2sin77°＝20000 N

F5＝F3－F4＝20000N

（3）支撐桿2的強度校核。根據上述計算，彎矩圖如圖8所示。

圖8 支撐桿2彎矩圖Fig.8 Moment diagram of support rodⅡ

圖9 支撐桿2在B點處的截面圖Fig.9 Sectional view of the support rodⅡat B

從彎矩圖8看出，截面B處為彎矩最大。

Mmax＝F1×L/2

＝16000Nm。

最大應力 σmax在離中性軸最遠的截面B處。對B處進行校核。

對B點截面的彎截面系數Wb計算，如圖 9所示。

根據所設計的支撐桿，在B點處的結構尺寸為：b1＝0.065m，b2＝0.037m，h1＝0.12m，h2＝0.104m，h3＝0.08m，h4＝0.05m。

抗彎截面模量 W＝Iz/

由上可見，B處滿足強度條件。

支撐桿2為小柔度桿受壓，其穩定性校核應按強度問題計算。

綜上所述，支撐桿2滿足強度要求。

4 銷軸設計

支撐桿2、3用銷軸連接，選用45＃鋼。剪切許用應力：[τ]＝155 MPa。其結構結構如圖10所示。選銷軸直徑d＝50mm，銷軸按剪切強度進行校核。

如圖10所示，銷所受的剪切為雙剪切：

圖10 銷軸桿組鉸接圖Fig.10 Pin connection diagram

其中：P—主動支撐桿1作用在銷軸上的力；d—銷軸的直徑；τ—銷軸所受實際剪切應力。計算得：

d≥35mm

所以，取d＝50mm，能夠滿足剪切強度要求。

5 液壓缸

由上述計算，液壓缸活塞桿的推力：P2＝P1＝179545N。根據類比法，選擇液壓缸的工作壓力 P＝10MPa，液壓缸活塞桿直徑d＝110mm，滿足設計要求。

綜上，繪制三維仿真含浸槽升降機如圖11所示。

圖11 升降機仿真圖Fig.11 Simulation figure of lift

6 結論

升降機用于濕法超纖皮革生產線涂布機，解決了含浸槽的升降難題，經實際使用和檢測效果理想，因此該設計方案為合成革生產線上解決含浸槽的升降問題提供一種思路，具有實際應用價值和推廣意義，也為同行類似設計的升降機提供了參考。

[1]升降機設計手冊編寫組.升降機設計手冊[M].北京:機械工業出版社，1998.

[2]朱學敏.升降機[M].北京:機械工業出版社，2003.

[3]須雷.升降機的現代設計方法[J].起重運輸機械，1996，8.

Design of Dipping Tank Lift Used in Micro-fiber Leather

ZHAI Jian
（Qingdao Binhai University,Qingdao Shangdong 266555,China）

This paper discusses the alteration of micro-fiber leather in Polyurethane slurry by using Dipping Tank and the cleaning of Dipping Tank.Scissor-shaped Dipping Tank lift makes rise and fall possible,overcomes the high intensity and low efficiency of the users.The test has proved the credibility of the design,and the practicality and popularity in producing micro-fiber leather and synthetic leather.

micro-fiber leather；lift；dipping tank

TB47

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.018

1002－6673（2014）03－046－03

2014－03－21

翟建（1963-），男，副教授。現任青島濱海學院機電工程學院院長助理，從事機械設計制造及其自動化研究，在紡織機械設備設計方面，有多項成果。