智能組合式貨柜掛耳銷壽命分析及設計優化

李 偉

（中國電子科技集團公司第二研究所，太原 030024）

智能立體倉儲設備技術在國內經過十幾年的發展，產品種類已經逐步趨于完善，其中智能組合式貨柜在近幾年內已經大量應用于各行各業[1]。掛耳銷結構示意圖如圖1所示。本文分析研究損壞的掛耳銷，測試現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鍵因素。根據每個因素對掛耳銷的影響進行針對性改進和優化，并對優化后的掛耳銷進行壽命極限測試。測試結果證明，改進和優化后的掛耳銷的壽命大幅提升，提高了智能組合式貨柜設備的可靠性和穩定性。

圖1 掛耳銷結構示意

1 掛耳銷損壞原因分析及針對性優化

1.1 損壞現狀

掛耳銷損壞主要分為掛耳銷軸斷裂和細銷軸拔出兩種[2]。掛耳銷工作長時間處于摩擦消耗狀態，會出現銷軸磨損變細的情況。當掛耳銷軸斷裂和拔出時，設備無法運行，應立即更換。當掛耳銷磨損變細時，設備仍然可以運行，但是會影響設備運行精度，因此要做好更換準備。掛耳銷損壞情況如圖2所示。

1.2 現有掛耳銷壽命測試

選取現有設備用的5組全新掛耳銷，每組8個（一臺設備8個），分別進行連續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測試。測試完5組掛耳銷，結果如表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

表1 原掛耳銷測試壽命統計

1.3 損壞原因分析及優化

根據損壞的情況，從材料、結構、工藝以及環境方面進行了全面分析，初步總結出以下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，結構不合理，強度不夠。第三，細銷軸直徑細，銷軸強度低。下面對上述3個原因分別進行確認，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、細圓柱面分別進行硬度檢測，結果如表2所示。粗銷軸和細銷軸示意圖如圖3所示。

表2 掛耳銷硬度檢測結果

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。 實際檢測的結果顯示，粗銷端硬度為HRC25～31，遠低于HRC55；細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，粗銷軸端磨損嚴重。針對硬度低的問題，利用改進熱處理工藝，將粗、細銷軸面的硬度提高到HRC55左右，達到了提高硬度的目的。

1.3.2 結構優化

選取5個掛耳對細銷軸端進行敲擊破壞，然后沿軸向用力拔細銷軸，發現焊點容易開裂，細銷軸也容易拔出，證明現有的細銷軸結構不合理。現有細銷軸為光軸，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，可以防止細銷軸被拔出，如圖4所示。

圖4 細銷軸結構光軸改為臺階軸圖

1.3.3 受力優化

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

圖5 細銷軸與08B-2的鏈條套筒

圖6 4.45mm細銷軸受力分析

圖7 6.2mm細銷軸受力分析

2 掛耳銷優化后檢測驗證效果

針對性優化掛耳銷發生損壞的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，結果如表3所示。可見，優化后掛耳銷的壽命平均壽命為705天，是優化前的5倍，提升顯著。優化減少了因掛耳銷損壞而無法使用設備帶來的損失，節約了質保期內免費為客戶更換掛耳銷的成本（質保期內換一臺設備掛耳銷成本大約5000元）。

表3 優化后掛耳銷壽命測試

3 結語

總結掛耳銷損壞事件和優化經驗可知，產品設計時要全面考慮設計壽命、結構合理性、工藝合理性、裝配精度以及使用環境等。任何一個環節都會影響產品的最終質量和性能。通過合理的產品設計不僅能夠降低客戶和公司的經濟損失，還能提高客戶對產品的信任度和產品在行業內的口碑。