一種鍍鋅行業用電動葫蘆

趙 鑫 王若飛 秦 晉 劉鴻翔

紐科倫（新鄉）起重機有限公司 長垣 453400

0 引言

起重機廣泛應用于鍍鋅行業，現階段鍍鋅線人工手動操作，對鍍鋅件鈍化時間等無法精確計算，無法保證鍍鋅產品表面質量的統一性。宋利剛等[1]指出鍍鋅產品表面質量的好壞至關重要，在一定程度上直接影響企業在用戶中的口碑；韓翠英等[2]淺談起重機自動化技術的發展，指出智能化與自動化相結合是當代起重機技術發展的一大趨勢。因此，設計一款可以適用于自動、半自動生產線的鍍鋅葫蘆尤其重要且順應起重機技術的發展趨勢。

鍍鋅產品生產線是一個復雜的閉環系統，過程中涉及到多個工藝流程，由于各個流程之間特點不同且運行線路存在彎道，因此，鍍鋅線用電動葫蘆的設計要涉及轉彎、垂直升降（防搖）、變頻調速等各個方面[3]。

須雷[4]指出起重機的更新和發展跟隨工業生產方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要發揮出最佳的效用。目前，市場上的鍍鋅電動葫蘆雖然可以用于鍍鋅線使用，但由于其起升裝置為柔性鋼絲繩，搖擺幅度較大無法定位。本文根據用戶使用情況反饋需求研發一款成本較低且可應用于鍍鋅行業的半自動、自動生產的鍍鋅電動葫蘆。

目前，鍍鋅線用起重設備主要面臨以下困難：空間低矮、工作區域小、鍍鋅工藝槽小和運行精度低等。本文研發了一種鍍鋅行業用電動葫蘆，用來滿足鍍鋅行業的工況需要。該電動葫蘆在彎道處隨意旋轉且鍍鋅件在升降過程中能保證鍍鋅件擺幅最小，可以控制在自動化需要的范圍內，且運行變頻調速能很好地滿足自動化要求，各個工藝流程之間的自由轉換最大限度地滿足自動化生產線對鋼絲繩電動葫蘆的需求。

1 鍍鋅電動葫蘆的整體布置

鍍鋅電動葫蘆具有運行精度高、起吊平穩與適應性強的特點，滿足對鍍鋅線的工作需要，整體布置如圖1所示。

圖1 鍍鋅工藝平面示意圖

鍍鋅工藝槽置于軌道正下方，電動葫蘆負責起吊清洗鍍鋅件，依次經冷水、熱水、鈍化、噴淋等工藝槽清洗，在熱水槽一般需停留42 s，保證鈍化質量，鈍化完成后吊運至空中停滯18 s，保證鍍鋅件全部老化，出槽后空老化后繼續進入噴淋槽，鍍鋅件經噴淋后返回卸料處烘干。

由圖1 可知，為減少廠房長度方向距離，軌道一般是環形布置，此類布置便于減少廠房設計成本，觀察鍍鋅件鍍鋅質量和生產狀況。

2 鍍鋅電動葫蘆的結構設計

2.1 鍍鋅電動葫蘆整體

鍍鋅電動葫蘆[5]采用新型剛性結構克服傳統電動葫蘆起吊搖擺無法定位的劣勢，結構如圖2 所示。該電動葫蘆主要由電動小車、葫蘆架、連接架裝置、起升裝置及起吊裝置等部件組成。

圖2 鍍鋅電動葫蘆結構圖

電動小車采用連接件將4 個輪子分別安裝在軌道上，安裝時根據工字鋼型號的不同，通過調整跑車車輪間距以配套軌道。電動小車通過連接架裝置（含旋轉機構）與下方的葫蘆架及電動葫蘆連接在一起[6]。機械結構方面采用拉拔成型的型材矩形管，減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能，葫蘆架端部采用矩形型材鋼管焊接，底部采用螺桿緊固，具有一定的軌道間距可調節性。考慮到鍍鋅線使用工作環境惡劣，葫蘆架矩形型材管端部均增加封板，避免出現內部無防腐措施導致出現腐蝕，降低葫蘆架使用壽命的情況。起吊裝置總成由橫梁上焊接的12 件導向輪、動滑輪組和吊具連接梁等組成，通過鋼絲繩從卷筒下繩至起吊裝置總成滑輪組，隨著鋼絲繩的卷出、卷入帶動吊具垂直升降，導向輪沿葫蘆架表面矩形管行走限制除垂直方向外其余方向運動趨勢。

2.1.1 連接架裝置（旋轉機構）

由圖1 可知，鍍鋅線均存在轉彎位置卸料，為滿足使用需求設計可旋轉連接架裝置，結構類似于吊鉤裝置中鉤頭與滑輪之間的連接方式（見圖3），底座與臺階軸安裝推力球軸承，轉彎結構簡單且能保證電動葫蘆在經過彎道時不會出現卡軌現象，水平輪安裝在軌道兩側，保證電動葫蘆運行時不出現大幅度搖擺。連接架裝置結構圖如圖3 所示。

圖3 連接架裝置結構圖

2.1.2 起吊裝置總成

起吊裝置總成如圖4 所示。吊具連接接口處采用臺階面設計，吊具與連接口之間采用螺栓加減載凸緣的連接結構，螺栓不受剪力僅起緊固作用，吊具連接板凸緣處受剪力，避免螺栓疲勞被剪斷從而造成安全事故的發生。

圖4 起吊裝置總成

由圖4 可知，動滑輪裝置與導輪、吊具連接架采用螺栓連接，避免因滑輪磨損造成整個起吊裝置總成都需更換而浪費資源，可實現單獨更換動滑輪裝置。

2.1.3 葫蘆架總成

另一種方法就是采用子空間跟蹤技術[13]。在強干擾環境下，由于接收機接收的GPS有效信號能量很弱，干擾和白噪聲占據了接收數據的主能量子空間。而有效信號的檢測主要依靠擴頻增益，它對消除白噪聲的影響很有效，但對強干擾卻未必有效，所以接收信號處理的關鍵是抑制強干擾。基于子空間投影的干擾抑制是一種有效方法，其基本過程是首先找出干擾子空間，再將接收信號投影到干擾子空間的正交子空間當中，投影后的信號即為去除干擾后所求信號，如圖2所示。

葫蘆架總成如圖5 所示。起升裝置通過葫蘆架及起吊裝置與下方的吊具連接在一起，吊具通過剛性的葫蘆架與吊具連接梁連在一起，吊具與鋼絲繩并未直接接觸。

圖5 葫蘆架總成

由圖4 可知，起吊裝置上焊接了12 件導輪裝置（卷筒軸向位置4件導輪裝置，卷筒徑向位置8件導輪裝置），導向輪裝置以葫蘆架4 條矩形管為軌道，實現了對除垂直方向之外的其他2 個方向相對運行的制約，保證吊具及被起吊件在可控的范圍內出現小幅度晃動，特別有助于鍍鋅行業中鍍鋅、酸洗的工藝流程，再加上成熟的自動化電氣控制，能極大地提升該行業的工作效率。

3 與傳統鍍鋅葫蘆的對比

3.1 旋轉機構的對比

傳統的旋轉行裝置如圖6 所示。由圖3 與圖6 對比可知，傳統旋轉機構葫蘆架板連接口采用鉸接連接，葫蘆在運行和停止由于自身慣性和冷啟動原因導致前后搖擺不平穩。本文介紹的鍍鋅電動葫蘆其新型旋轉機構采用回轉支承結構，屬于剛性連接，葫蘆在運行過程中不會出現上述情況導致無法實現精準定位且跑車軌道兩側增加水平輪裝置，避免運行過程中發生啃軌、跑車上墻等現象。

圖6 旋轉機構（傳統）

3.2 起升裝置的對比

傳統的電動葫蘆如圖7 所示，其起升裝置由吊鉤裝置、起升減速器、起升電動機、卷筒裝置、左旋導繩器、右旋導繩器、固定式葫蘆外罩等組成。其中卷筒為雙旋向，卷筒兩端壓繩，鋼絲繩從一端壓繩后纏入卷筒通過導繩器、吊鉤滑輪、定滑輪、后進入另一旋向卷筒纏繞完成后通過壓繩板固定；起升減速器、起升卷筒組、起升電動機一字型串聯布置，卷筒內部增設二節軸通過剛性聯軸器與減速器連接，通過彈性聯軸器與電動機連接。

圖7 傳統電動葫蘆

由圖4 與圖7 對比可知傳統電動葫蘆起升裝置通過卷筒卷入、卷出鋼絲繩帶動吊鉤升降運動，而本文介紹的剛性鍍鋅葫蘆鋼絲繩與起吊裝置總成剛性運動橫梁滑輪連接，不與吊物直接連接，避免了因鋼絲繩為柔性造成的吊物來回晃動不平。傳統鍍鋅電動葫蘆起升采用重錘限位、斷火限位雙重防護，而本文介紹鍍鋅線上使用的剛性鍍鋅電動葫蘆在設計時通過自身尺寸結構的設計，使導向輪在運行至軌道盡頭時，起吊裝置總成與卷筒裝置仍留有安全空間，可以保證在上限位失效后，通過其機械結構仍可防止起升沖頂，避免了安全事故發生的可能。

3.3 電動葫蘆結構的對比

由圖2 與圖7 對比可知，傳統鍍鋅線電動葫蘆與本文介紹新型鍍鋅葫蘆的區別主要有以下幾點：

1）傳統電動葫蘆采用吊鉤裝置負責起吊、清洗鍍鋅件，由于鋼絲繩為柔性，電動葫蘆在水平方向運行不斷啟停，掛鉤由于慣性在起吊過程中，吊鉤特別容易前后擺動，無法定位，撞擊槽壁，影響生產的正常進行，所以需等待吊鉤二次垂直，浪費時間。本文介紹鍍鋅葫蘆采用剛性葫蘆架，無吊鉤裝置，為起吊裝置與下方吊具連接，吊具與鋼絲繩并未直接接觸，不會出現因鋼絲繩為柔性導致左右搖擺而出現大幅度搖擺。

2）傳統電動葫蘆為保證重心在主動跨、從動跨車輪內，葫蘆架需加寬設計，在起升裝置對側需增配重以保證重心位置。本文鍍鋅葫蘆起升機構位于跑車正下方，保證出繩位置在葫蘆正下方，無需增加配重裝置，且葫蘆架自身為剛性，可以限制除垂直方向外其余方向的行走，壓縮了葫蘆本體側向空間，進一步降低廠房建設和鍍鋅工藝槽建設成本。

3）傳統電動葫蘆采用導繩器在兩端定滑輪在中間布置，為保證上極限位置時鋼絲繩與卷筒夾角＜3.5°，卷筒中間預留光段較大，加大葫蘆外形尺寸，減少了葫蘆軌道方向運行極限且由于采用定滑輪結構，故起升裝置為1 根繩布置，若出現鋼絲繩拉斷，葫蘆將無法保持住重物，進而出現吊重物直接墜落存在安全隱患。本新型鍍鋅葫蘆起升機構結構采用兩端下繩與起升橫梁滑輪組配合，滑輪組內為關節軸承，可以補償一定夾角，進而減少鋼絲繩磨損，卷筒兩端繞繩采用2 根獨立鋼絲繩，可避免因一端鋼絲繩拉斷，吊重物墜落發生安全事故，導繩器從兩端向內下繩無需增加光段，可以縮短卷筒長度增加軌道方向運行極限。

4）相較傳統葫蘆起升裝置可不設置重錘限位。由圖2 可知，起吊裝置總成上的水平輪裝置在葫蘆架矩形管導軌上運行，當徑向水平輪裝置運行至葫蘆支座下矩形管處時，導向輪與葫蘆架矩形管底面接觸停止，防止沖頂，有效提高了起升上極限約200 mm。

5）傳動電動葫蘆卷筒為預留光段，造成卷筒較長，而葫蘆式起重機卷筒為固定繩槽壁厚，所以卷筒內部需在減速器端焊接中間支撐保證卷筒平穩運行，但是卷筒為密閉無縫鋼管，所以在一定程度上不利于生產加工，降低生產效率。本結構葫蘆無需預留光段，所以不需要在卷筒內部焊接中間支撐，間接提高生產效率。

6）相較于傳統鍍鋅葫蘆采用上座板與葫蘆架通過螺栓連接，本文介紹新型鍍鋅電動葫蘆，可直接采用運行式葫蘆架板與葫蘆架通過螺桿連接，架板孔僅起連接固定作用，不需要對架板孔精加工，而傳統上固定座式葫蘆需對座板上面和葫蘆架下面加工保證平面度，本結構葫蘆減少了精加工步驟，間接提高生產效率。

7）傳統旋轉機構葫蘆架板連接口采用鉸接連接，葫蘆在運行和停止由于自身慣性和冷啟動原因導致前后搖擺不平穩，本文介紹的鍍鋅線使用電動葫蘆其新型旋轉機構采用回轉支承結構，屬于剛性連接，葫蘆在運行過程中不會出現上述情況導致無法實現精準定位且跑車軌道兩側增加水平輪裝置，避免運行過程中發生啃軌、跑車上墻等現象。

鍍鋅電動葫蘆可以滿足鍍鋅線上各種工況使用需求，尤其利于自動、半自動鍍鋅線，如有特殊生產需要，可在軌道上布置多臺鍍鋅葫蘆聯動使用。為了電動葫蘆設備的運行安全，單臺葫蘆使用時，采用撥桿限位降低一定成本，多臺聯動使用時，增加機械防碰撞裝置和激光限位冗余設計保證設備運行安全。

4 結論

本鍍鋅行業用電動葫蘆的設計完成，滿足了鍍鋅線生產的半自動、自動工況，具有運行精度高、起吊平穩與適應性強等特點，對鍍鋅行業具有很強的實用性，且已投入市場，進入客戶車間，不同于以往的鍍鋅車間用葫蘆，該電動葫蘆極大推進鍍鋅行業自動化作業的進程，節約原本1/3 的生產時間，提高了鍍鋅線的生產效率，取得了客戶的一致好評，并且其采用均為普通二合一電機，僅增加部分鋼結構，取消了吊鉤等不必要裝置，與傳統鍍鋅葫蘆成本相差無幾，市場反應較為良好。