趙偉哲王京偉

    紐科倫（新鄉(xiāng)）起重機(jī)有限公司長垣453400

    摘要：文中研制了專用于單梁起重機(jī)端梁U形槽的成型設(shè)備，該設(shè)備操作簡單，自動(dòng)化程度高，滿足了U形槽的批量化生產(chǎn)。通過卷揚(yáng)式牽引小車實(shí)現(xiàn)了零件的自動(dòng)上下料，將零件存料、輸送、壓彎、碼垛四個(gè)工位緊密銜接，形成流水作業(yè)。具有自動(dòng)復(fù)位功能的可移動(dòng)成型下模使零件自動(dòng)對中，保證成型的一致性，便于實(shí)現(xiàn)端梁的互換性生產(chǎn)。該設(shè)備的研制及投入使用大幅度提高了U形槽端梁的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較高的推廣價(jià)值。

    關(guān)鍵詞：單梁起重機(jī)；U形槽；成型；自動(dòng)上下料；復(fù)位；批量化

    中圖分類號：TH211+.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001-0785（2020）23-0076-04

    0引言

    隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，單梁起重機(jī)作為一種輕小型的起重機(jī)械，配和電動(dòng)葫蘆越來越廣泛的應(yīng)用于工廠、倉庫、料倉等不同場合吊裝貨物，大幅度提升了生產(chǎn)效率和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，因此單梁起重機(jī)的需求量日益增大。

    端梁是單梁起重機(jī)重要的組成部分，端梁的設(shè)計(jì)多采用U形槽結(jié)構(gòu)，由U形槽、下蓋板、筋板組成箱型梁。目前，U形槽的生產(chǎn)方式主要采用壓力機(jī)冷壓成型，各生產(chǎn)廠家壓力機(jī)形式不一，多為單件生產(chǎn)模式，自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)不連續(xù)，效率較低，且U形槽質(zhì)量一致性難以保證，產(chǎn)能無法滿足國內(nèi)外市場日益增長的需求。為此，研發(fā)單梁起重機(jī)端梁U形槽成型的專用設(shè)備很有必要。文中針對U形槽生產(chǎn)現(xiàn)狀，以提升自動(dòng)化程度、保證產(chǎn)品質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，研制了U形槽專用成型設(shè)備。

    1設(shè)備整體方案概述

    1.1U形槽截面

    為滿足強(qiáng)度的需要，不同跨度、噸位的起重機(jī)，U形槽的高度H、寬度B有所不同。U型槽兩側(cè)高度的高低差也是影響端梁互換性的重要因素，如圖1所示。

    圖1U形槽截面

    1.2方案概述

    U形槽成型設(shè)備主要由主體鋼架、壓彎動(dòng)力系統(tǒng)、成型上下模、自動(dòng)上下料牽引小車等分組成。如圖2所示。

    1.后碼垛架2.成型下模3.主體鋼架4.升降導(dǎo)柱5.前輸送架6.存料架7.自動(dòng)上下料牽引小車8.壓彎動(dòng)力系統(tǒng)9.成型上模

    圖2U形槽成型設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖

    該設(shè)備以主體鋼架為載體，連接前輸送架和后碼垛架，存料架又和前輸送架連接，依次設(shè)置存料、輸送、壓彎、碼垛等4個(gè)工位。壓彎動(dòng)力系統(tǒng)安裝在主體鋼架上，成型上模和動(dòng)力系統(tǒng)的液壓缸鉸接，上模和主體鋼架之間設(shè)置兩根升降導(dǎo)柱，下模在動(dòng)力系統(tǒng)的作用下，以導(dǎo)柱為導(dǎo)向，向下運(yùn)動(dòng)，配合成型下模完成U形槽的精準(zhǔn)壓彎成型。存料架用于U形槽壓彎前的存料，一次可存放數(shù)十個(gè)，滿足批量連續(xù)生產(chǎn)的需要。從存料到碼垛整個(gè)過程中零件的移位依靠牽引小車自動(dòng)操作，形成了存料-輸送-壓彎-碼垛的自動(dòng)化流水生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。

    具體工作過程：啟動(dòng)牽引小車運(yùn)行至存料架，牽引小車帶動(dòng)工件運(yùn)行至成型上下模之間，兩側(cè)下模向內(nèi)移動(dòng)，自動(dòng)對中零件壓彎動(dòng)力系統(tǒng)啟動(dòng)，上模下移進(jìn)行壓彎成型。成型后上模上移至原位，兩側(cè)下模向外移動(dòng)至原位，脫離工件，牽引小車帶動(dòng)下一工件至上下模之間，同時(shí)將成型后的上一U形槽推至后碼垛架進(jìn)行碼垛。重復(fù)上述動(dòng)作，即可完成U形槽的連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)。

    2關(guān)鍵問題研究與分析

    2.1滿足壓彎力的需求

    U形槽成型上、下模壓彎吻合過程是一個(gè)自由彎曲的過程，所需自由彎曲力

    式中：U形板厚t=6mm，長度L=5000mm，圓角半徑r=12mm，U形槽材料多為Q235B，其抗拉強(qiáng)度σb=375～500MPa，取安全系數(shù)K=1.3，所需最大自由彎曲力F=455kN。

    該設(shè)備壓彎動(dòng)力系統(tǒng)以液壓為動(dòng)力，液壓缸為元件，選擇液壓缸直徑為320mm，在公稱壓力為16MPa時(shí)，推力為128kN，該設(shè)備設(shè)置4個(gè)液壓缸，同步動(dòng)作推力可達(dá)512MPa，滿足壓彎力的需求。

    2.2基于SolidWorks的仿真分析

    主體鋼架是整個(gè)成型設(shè)備的載體，起到連接其余各部件的作用，故在設(shè)計(jì)中滿足鋼架強(qiáng)度和剛度要求至關(guān)重要。主體鋼架為橋式結(jié)構(gòu)，主要分為立柱、上橫梁兩部分。利用SolidWorks中的Simulation模塊可以精確模擬鋼架的受力情況。以立柱截面、上橫梁寬度和高度為參數(shù)變量，反復(fù)計(jì)算，在滿足使用要求的前提下，達(dá)到結(jié)構(gòu)最優(yōu)、消耗鋼材最少的目的。優(yōu)化后鋼架最大應(yīng)力為198MPa，小于材料的許用應(yīng)力230MPa，最大變形為1.75mm，小于跨度2000mm（兩側(cè)立柱的中心距）的1/1000，從而滿足剛度和強(qiáng)度的要求。如圖3所示。

    圖3主體鋼架受力計(jì)算結(jié)果

    2.3具有自動(dòng)復(fù)位功能的可移動(dòng)下模設(shè)計(jì)

    常見的壓彎模具均為固定式結(jié)構(gòu)，若該設(shè)備采用固定下模，僅可以適應(yīng)同一寬度U形槽的制作，在成型后，零件和下模在摩擦力的作用下有些許的膠合，再加上U形槽本身的回彈作用，使U形槽和壓輥之間產(chǎn)生一定的擠壓力，卸料困難。因此，設(shè)計(jì)一套具有自動(dòng)復(fù)位功能的可移動(dòng)下模。如圖4、圖5所示。

    該下模主要由液壓缸、導(dǎo)向板、導(dǎo)向輥、導(dǎo)向輥安裝座、復(fù)位裝置、壓輥、頂桿裝置各部分組成。導(dǎo)向板外形為階梯斜坡形，左側(cè)安裝液壓缸，垂直側(cè)與頂桿裝置接觸，頂桿裝置中頂桿以滑鍵為導(dǎo)向，在滑座中可進(jìn)行移動(dòng)。復(fù)位裝置由拉伸彈簧、彈簧安裝座、螺母座、調(diào)整螺桿各零部件組成，螺母座固定不動(dòng)，安裝座利用螺栓安裝在壓輥上。

    1.液壓缸2.導(dǎo)向板3.導(dǎo)向輥安裝座4.復(fù)位裝置5.頂桿裝置6.導(dǎo)向輥7.U形槽展開狀態(tài)8.壓輥裝配

    圖4可移動(dòng)下模結(jié)構(gòu)示意圖

    1.螺母座2.調(diào)整螺桿3.拉伸彈簧4.彈簧安裝座

    圖5復(fù)位裝置示意圖

    當(dāng)液壓缸活塞桿收回時(shí)，拉動(dòng)導(dǎo)向板向左移動(dòng)，導(dǎo)向板上的階梯將向左方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為沿頂桿方向的運(yùn)動(dòng)，頂桿推動(dòng)壓輥向內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)壓輥拉動(dòng)復(fù)位裝置使彈簧處于拉伸狀態(tài)，產(chǎn)生一定的拉力。兩側(cè)液壓缸的同步動(dòng)作使兩側(cè)壓輥同時(shí)向內(nèi)移動(dòng)，安裝在壓輥上的導(dǎo)向輥使零件自動(dòng)居中，滿足壓彎要求。

    當(dāng)壓槽機(jī)上模向下運(yùn)動(dòng)完成壓彎后，液壓缸活塞桿做伸出動(dòng)作，壓輥在拉伸彈簧拉力的作用下回到原位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位功能，便于U形槽成型后的卸料操作。復(fù)位裝置上設(shè)置調(diào)整螺桿，旋轉(zhuǎn)螺桿可調(diào)整拉伸彈簧的初始拉力，便于調(diào)整下模復(fù)位所需要的拉力大小。

    2.4自動(dòng)上下料牽引小車的設(shè)計(jì)

    牽引小車由運(yùn)行跑車裝置、運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置、連接架、升降驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向裝置和電磁吸盤各部分組成。安裝在主體鋼架上，以鋼架上的工字鋼為運(yùn)行軌道做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)U形槽從存料、輸送、成型到碼垛整個(gè)過程的自動(dòng)化。如圖6所示。

    1.運(yùn)行跑車裝置2.運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置3.連接架4.升降驅(qū)動(dòng)裝置5.導(dǎo)向裝置6.電磁吸盤

    圖6牽引小車結(jié)構(gòu)示意圖

    運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置上設(shè)置一套運(yùn)行電機(jī)和兩個(gè)卷筒，卷筒上纏繞鋼絲繩，鋼絲繩出繩端分別固定在主體鋼架的兩側(cè)。電機(jī)齒輪輸出軸嚙合卷筒上的齒輪，使兩個(gè)卷筒同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鋼絲繩一松一緊的目的。升降驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置一套升降電機(jī)和一個(gè)卷筒，電機(jī)輸出軸帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)電磁吸盤沿著導(dǎo)向裝置上下移動(dòng)。當(dāng)牽引小車處于存料區(qū)時(shí)，電磁吸盤下降，接觸工件后吸盤通電，吸附工件，自動(dòng)上料。驅(qū)動(dòng)裝置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右側(cè)卷筒鋼絲繩松開，左側(cè)卷筒收緊，在左側(cè)鋼絲繩的反作用力下，牽引小車向左運(yùn)動(dòng)至上下模中間，電磁吸盤斷電，自動(dòng)落料，同時(shí)連接架上的推板將上一成型后的U形槽送至碼垛工位。然后驅(qū)動(dòng)裝置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右側(cè)卷筒鋼絲繩收緊，左側(cè)卷筒松開，牽引小車移動(dòng)至存料處，等待下一循環(huán)動(dòng)作。整個(gè)過程采用PLC控制，牽引小車自動(dòng)進(jìn)行上下料，不需人工干預(yù)，生產(chǎn)效率高，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

    3結(jié)束語

    該U形槽成型設(shè)備將零件的上料、壓彎成型、下料形成了流水作業(yè)，自動(dòng)化程度高，適用品種多，實(shí)現(xiàn)了適合單梁起重機(jī)端梁U形槽的批量化生產(chǎn)，大幅度提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)的U形槽成型一致，為整個(gè)單梁產(chǎn)品的互換奠定了基礎(chǔ)，值得大力推廣。

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