鋼坯鏈?zhǔn)酱怪碧嵘龣C(jī)的研究與設(shè)計(jì)

費(fèi)明利

（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421001）

0 引言

軋鋼廠(chǎng)所用的鋼坯提升機(jī)是將地面輸送輥道上的鋼坯提升到二樓平臺(tái)加熱爐的入口附近，在提升過(guò)程中需要將鋼坯平穩(wěn)快速地將鋼坯提升到加熱爐的高度，在提升過(guò)程中盡量避免出現(xiàn)停機(jī)等現(xiàn)象，以免影響加熱爐的生產(chǎn)。

目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的提升機(jī)結(jié)構(gòu)有斗式提升機(jī)、螺旋提升機(jī)、鏈輪鏈板式提升機(jī)和泵送提升裝置等。斗式提升機(jī)通過(guò)料斗裝載砂石等物料，再通過(guò)聯(lián)接料斗的鏈條向上運(yùn)動(dòng)而運(yùn)輸物料，常應(yīng)用于礦山等行業(yè)。螺旋提升機(jī)常運(yùn)輸粉塵狀的物品，目前新型螺旋提升機(jī)通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，已可用于運(yùn)輸快遞包裹，且可通過(guò)控制轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)進(jìn)行雙向運(yùn)輸。鏈輪鏈板式提升機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，既有用于礦石輸送的，也有用于長(zhǎng)物料提升的。泵送提升機(jī)構(gòu)又稱(chēng)為泵送機(jī)，主要用于水泥和混凝土的提升運(yùn)輸[1]。

當(dāng)前歐洲、特別是德國(guó)，在特大型提升機(jī)技術(shù)方面依然占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位，尤其是內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)式、多繩纏繞式（布萊爾）、應(yīng)急救援式及帶輔助拖動(dòng)裝置的提升機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)依然明顯[2]。

為提升圓鋼鋼坯，本次需設(shè)計(jì)一種鋼坯鏈?zhǔn)酱怪碧嵘龣C(jī)。其傳動(dòng)方式一般采用機(jī)械鏈傳動(dòng)，工作過(guò)程為電機(jī)帶動(dòng)鏈輪，鏈條向上提升，同時(shí)鏈條上的提升鉤子帶動(dòng)鋼坯向上提升。采用多根滾子鏈共同提升鋼坯。提升機(jī)設(shè)計(jì)有導(dǎo)軌，鏈條和提升鉤子在導(dǎo)軌里面運(yùn)行。為了保證每根鏈條的受力均勻，提升鉤子必須布置在多根鏈條的同一水平上。

1 鋼坯提升機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

合格的鋼坯鏈?zhǔn)酱怪碧嵘龣C(jī)需滿(mǎn)足條件：能夠?qū)崿F(xiàn)上料、提升、下料等基本工作動(dòng)作；能滿(mǎn)足運(yùn)輸圓鋼的最大直徑、最長(zhǎng)長(zhǎng)度、最大質(zhì)量要求；同時(shí)提升運(yùn)輸效率高，能夠滿(mǎn)足鋼廠(chǎng)生產(chǎn)要求，不易出現(xiàn)故障；操作簡(jiǎn)單，便于安裝維修。

綜上所述，本次設(shè)計(jì)的鋼坯鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)由傳統(tǒng)的斗式提升機(jī)改進(jìn)而來(lái)。以鏈傳動(dòng)為主體，電機(jī)為動(dòng)力。當(dāng)下?lián)芰蠙C(jī)構(gòu)將圓鋼撥至鏈條上的托架掛鉤時(shí)，托架掛鉤再隨著鏈條的運(yùn)動(dòng)將大質(zhì)量的圓鋼上抬運(yùn)輸，在到達(dá)最高點(diǎn)后，鏈條托架掛鉤帶動(dòng)圓鋼做圓周運(yùn)動(dòng)，由于重力作用，圓鋼自動(dòng)脫落到上撥料機(jī)構(gòu)，并由上撥料機(jī)構(gòu)將圓鋼撥至上運(yùn)輸平臺(tái)。至此提升輸送裝置的一次工作完成。其工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 圓鋼提升輸送裝置工作示意圖

上下料機(jī)構(gòu)分別位于提升機(jī)的下端和上端，其作用是將圓鋼撥上和撥下提升機(jī)。本次設(shè)計(jì)的上下料機(jī)構(gòu)是采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械撥叉旋轉(zhuǎn)上下料機(jī)構(gòu)。其工作特點(diǎn)是通過(guò)將圓鋼架放在旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂上，帶動(dòng)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)，將圓鋼運(yùn)輸?shù)较嗯涮椎逆湕l托架掛鉤上，之后上升的掛鉤將圓鋼提起，實(shí)現(xiàn)上下料。

相較于傳動(dòng)的液壓式圓鋼上下料機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械撥叉旋轉(zhuǎn)上下料機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)整圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，且電機(jī)由電腦進(jìn)行編程控制，更加智能。同時(shí)該裝置能防止機(jī)械臂未完全回退時(shí)圓鋼已下落，從而導(dǎo)致機(jī)械卡死的情況出現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)外形見(jiàn)圖2。

圖2 電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械撥叉旋轉(zhuǎn)上下料機(jī)構(gòu)

鋼坯鏈?zhǔn)酱怪碧嵘龣C(jī)的主體結(jié)構(gòu)由提升機(jī)鏈條及張緊裝置、鏈條提升托架鉤、撥叉上下料裝置、提升鏈條導(dǎo)軌等組成。

2 鋼坯提升機(jī)鏈條張緊方案設(shè)計(jì)

提升機(jī)張緊裝置是提升機(jī)的重要組成部分，張緊裝置的性能直接影響到提升機(jī)整機(jī)的工作性能[3]。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是為了避免在鏈條的垂度過(guò)大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條震動(dòng)現(xiàn)象。設(shè)置張緊裝置的目的在于，保證了鏈條和鏈輪之間良好的嚙合，避免產(chǎn)生嚙合不良和鏈條震動(dòng)現(xiàn)象。提升機(jī)張緊裝置多數(shù)設(shè)計(jì)在了下半部分。

張緊裝置有螺旋式張緊裝置和墜重式張緊裝置之分。

螺旋式張緊裝置是把軸承固定在了螺旋拉緊裝置的滑板之上，滑板則安裝在下部區(qū)段的導(dǎo)軌之內(nèi)?；逯饕窃赨 型鋼板里裝上了調(diào)整用的螺母，在下部區(qū)段上的調(diào)整螺桿的作用之下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而拉緊下部提升機(jī)的下部分區(qū)段進(jìn)而來(lái)調(diào)整張距。螺旋張緊裝置的特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝簡(jiǎn)單，占地面積也小。但由于張緊力和張緊行程比較小，不能夠自動(dòng)調(diào)整張緊裝置。由于螺旋張緊裝置的行程收到結(jié)構(gòu)的限制，所以不能夠自動(dòng)的保證恒定的張力大小[4]。所以，此類(lèi)張緊裝置都是用在長(zhǎng)度短功率小的輸送機(jī)上。通常行程選取總機(jī)長(zhǎng)度的百分之一。

墜重張緊裝置是依靠自身的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定張緊力的，因?yàn)槠渥陨碇亓渴呛愣ǖ模识?，可以保證足夠的恒定張力。此類(lèi)張緊裝置多數(shù)用在輸送功率大，輸送長(zhǎng)度大的大型輸送機(jī)上。

考慮本次設(shè)計(jì)的鏈條張緊裝置，采用螺旋式張緊，如圖3 所示。鏈輪的軸承固定在了螺旋拉緊裝置的滑板之上，滑板則安裝在下部區(qū)段的導(dǎo)軌之內(nèi)?；蹇梢栽赨 型鋼板里滑動(dòng)調(diào)節(jié)，在下部區(qū)段上的調(diào)整螺桿的作用之下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。從而拉緊提升機(jī)的下部進(jìn)而來(lái)張緊鏈條。為了保證每一根鏈條的張緊效果，分別在每一條鏈條都安裝螺旋式張緊裝置，用以達(dá)到張緊效果，螺旋張緊裝置布置如圖4 所示。張緊裝置的行程一般在20 ～30 cm。

圖3 螺旋張緊裝置

圖4 螺旋張緊裝置整體布置

3 鋼坯提升托架鉤子設(shè)計(jì)計(jì)算

托架鉤子的零部件是由兩塊鋼板組合裝配而成，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是強(qiáng)度非?？煽?，完全適合鋼廠(chǎng)鋼坯的提升工作。鋼板厚度15 mm，加工方案用銑刀一次性加工。托架零部件部分和鏈條用螺栓連接起來(lái)，連接方式見(jiàn)圖5。托架鉤子的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖5 鏈條托架掛鉤連接結(jié)構(gòu)圖

圖6 托架鉤子結(jié)構(gòu)圖

4 鋼坯提升機(jī)撥叉上料方案設(shè)計(jì)

撥叉上料機(jī)構(gòu)通過(guò)自動(dòng)上料來(lái)取代原來(lái)的人工操作，提高了鋼廠(chǎng)的生產(chǎn)效率[5]。其本身的自動(dòng)化的上料模式，有效的實(shí)行了物料運(yùn)輸搬運(yùn)自動(dòng)化。

撥叉上料的作用是按照工藝要求把鋼坯從臺(tái)架的一端搬運(yùn)到另一端的滾到上，以便與設(shè)備的加工。目前我國(guó)的軋鋼廠(chǎng)設(shè)計(jì)的鋼坯上料裝置結(jié)構(gòu)根據(jù)工藝布置有多種設(shè)計(jì)，常用的有齒輪齒條式、鏈條鏈輪式、液壓式、撥叉往復(fù)式。不同的上料裝置在實(shí)際的運(yùn)行中效果不同。具體的選型應(yīng)根據(jù)輸送條件、煉鋼連鑄與加熱爐平面布置及其產(chǎn)能節(jié)奏等因素來(lái)確定，其中，經(jīng)典的上料臺(tái)架的工作原理是一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄的旋轉(zhuǎn)，從而把物料從一端搬運(yùn)到另外的一端[6]。作為經(jīng)典的上料機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的分析研究，對(duì)本次設(shè)計(jì)有很大的幫助。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如圖7，鋼坯通過(guò)提升在靜臺(tái)面上。當(dāng)曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，中間的桿子會(huì)被曲柄抬高，進(jìn)而托起中間的動(dòng)桿，當(dāng)中間的動(dòng)桿高于靜臺(tái)面的時(shí)候，放在靜止臺(tái)面上的坯料會(huì)被動(dòng)桿頂起，曲柄旋轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)的時(shí)候，中間的動(dòng)桿最高，之后，當(dāng)動(dòng)桿低于靜臺(tái)梁面的時(shí)候，鋼坯就被放置在靜臺(tái)面梁面上。

圖7 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

目前的鋼管工業(yè)中用到的撥叉裝置，是在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，它的基本作用是將管坯或鋼管平行的從前一個(gè)工位轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工位[7]。撥叉預(yù)先在前一個(gè)工位處待料，鋼管進(jìn)入到撥叉后，撥叉選擇，之后將鋼管送入到下一個(gè)工位。當(dāng)鋼管完全的移送走之后，撥叉復(fù)位，在執(zhí)行下一次動(dòng)作。

上述分析中可以看到，撥叉上料的動(dòng)作是一個(gè)定角往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通常是采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。因此本次設(shè)計(jì)也采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)上料動(dòng)作動(dòng)力。

5 鋼坯提升鏈條導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

因?yàn)殇撆鲗?duì)托架鉤子有一定的傾翻力，所以需設(shè)計(jì)導(dǎo)軌，鏈條導(dǎo)軌部裝圖見(jiàn)圖8，目的是為了鋼坯能夠順利提升上去，同時(shí)鏈條在固定的軌道運(yùn)行，在很大程度上保證的機(jī)械提升過(guò)程的安全。本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌長(zhǎng)度約5.2 m 左右，沒(méi)有采用專(zhuān)用設(shè)計(jì)的軌道，而是用C 形結(jié)構(gòu)鋼焊接組合而成鏈條軌道，用15 mm的鋼板安裝在導(dǎo)軌上面，導(dǎo)軌安裝固定在水泥立柱上面，軌道和掛鉤之間預(yù)留有裝配間隙，進(jìn)而避免鉤子和軌道發(fā)生碰撞發(fā)生安全事故。

圖8 鏈條導(dǎo)軌部裝圖

6 撥叉上料裝置設(shè)計(jì)

撥叉上料裝置如圖9。撥叉上料裝置的作用是把管坯平行的從一個(gè)工位轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工位。撥叉上料裝置的動(dòng)作屬于定角往復(fù)動(dòng)作，采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。動(dòng)作程序?yàn)椋簱懿骖A(yù)先在前一個(gè)工位待料，鋼坯進(jìn)入撥叉，撥叉平行轉(zhuǎn)移鋼坯到下一個(gè)工位，撥叉復(fù)位到帶料工位。然后往復(fù)以上動(dòng)作。

7 鋼坯鏈?zhǔn)酱怪碧嵘龣C(jī)的總裝效果

鋼坯鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)選用鏈傳動(dòng)，其張緊裝置選用螺旋張緊方式，采用撥叉上料。其總裝效果如圖10 所示。

圖9 撥叉上料裝置

圖10 總體結(jié)構(gòu)圖

8 結(jié)語(yǔ)

鋼坯提升機(jī)是鋼鐵企業(yè)的常用機(jī)械，在軋鋼生產(chǎn)線(xiàn)上有著至關(guān)重要的地位。鋼坯提升機(jī)比一般的行車(chē)、吊車(chē)等提升效率高出至少一倍，極大地提高了整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率。

本次設(shè)計(jì)的鋼坯鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)具有以下特點(diǎn)：采用機(jī)械鏈傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置為電動(dòng)機(jī)，利用提升鉤提升鋼坯。工作過(guò)程為電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈輪帶動(dòng)鏈條向上提升，同時(shí)鏈條上的提升鉤帶動(dòng)鋼坯向上提升。采用滾子鏈，提升鉤安裝在鏈條上，提升鉤布置在鏈條的同一水平上，多根鏈條共同提升鋼坯。提升機(jī)設(shè)計(jì)有導(dǎo)軌，鏈條和鉤子在導(dǎo)軌里面運(yùn)行。其作用是防止發(fā)生鋼坯側(cè)翻，以及為了減緩上料卸料的沖擊。鉤子安裝了滾輪，以到達(dá)減緩沖擊的目的，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命，減少維修頻率。