片簧在单轨吊起吊梁棘轮减速机中的应用.pdf

设备管理与维修2023 翼8（下）0引言自 2000 年以来，国内各煤业集团开始大规模引进使用单轨吊辅助运输系统，单轨吊辅助运输系统的运输设备主要为单轨起吊梁。国家煤炭工业局于 2000 年发布 MT/T 8882000 单轨吊车起吊梁 标准并开始执行，对单轨起吊梁的液压葫芦（即减速机）提出了自锁性能要求：使用起吊梁将重物提升至某一高度，4 h 后自行滑落误差臆100 mm，首次将单轨起吊梁的自锁性能纳入标准文件。1现状分析市场上现有的单轨吊车起吊梁自锁结构有两种，棘轮逆止和液压锁止。液压锁止的方式通过在液压马达上增加摩擦片结构，利用压力达到自锁，其缺点是马达体积大，需要压力才能锁止。棘轮逆止的方式是通过棘爪自重落入棘轮齿槽内（图 1），两者配合实现反向锁止。正向起吊时，棘轮顺时针旋转，棘爪随之上下摆动；起吊停止时，重物反向带动棘轮逆时针转动，此时棘爪落入棘轮齿槽内，实现了自锁。2存在的问题针对单轨吊车起吊梁的自锁要求，生产厂家通过增加棘轮、棘爪结构来实现。在起吊重物较轻时没有问题，当重载起吊或坡道上起吊导致棘爪下落速度不足时，会造成棘轮旋转速度大于棘爪的下落速度，导致起吊梁小范围自落，存在重大安全隐患。3解决方案针对现有棘轮逆止结构，只要给棘爪一个压力，保证其快速下落自锁，即可解决自落问题。鉴于减速机箱体空间狭小等原因，此处引入了片簧结构（图 2）。通过在棘爪上端增加片簧，经过高度计算，保证片簧始终压紧棘爪，并产生一定的压力，使得棘爪可以快速逆止棘轮，经实验验证可以解决自锁问题。棘轮机构安装在减速机壳体内，可旋转；棘爪转轴装入减速机壳体内，棘爪套入棘爪转轴，可绕转轴转动；片簧安装在棘爪上端的端面上，通过螺钉固定。棘爪在完全与棘轮齿啮合的状态下，片簧对棘爪具有一定的预紧弹力，这保证了棘爪在随棘轮摆动的范围内始终有预紧弹力，可以实现棘爪快速动作，及时自锁。4片簧设计与验证4.1结构设计由于减速机的结构特性，棘爪绕棘爪转轴在减速机壳体槽内转动，空间紧凑，棘爪上端箱体有一个平面可以安装。鉴于此，将片簧外形设计为 T 形结构，通过螺钉固定再平面上，片簧为悬臂结构。由于棘爪外形为圆弧形，片簧截面也设计为圆弧形，保证贴合。高度尺寸设计为棘爪在完全与棘轮齿啮合的状态下，保证片簧对棘爪具有约 1520 N 的预紧弹力。为防止片簧与棘爪贴合面卡滞，将片簧接触处设计为圆弧结构，保证配合面光滑过摘要：单轨起吊梁作为配套单轨吊辅助运输的主要起吊设备，起吊减速机采用棘轮、棘爪反向锁止结构，防止重物自落。由于重物下落速度大于棘爪自重下落速度，造成棘轮旋转速度大于棘爪下落速度，导致小范围自落，存在安全隐患。在棘爪处设计应用片簧，通过弹力保证棘爪的回弹速度，解决自落问题。关键词：片簧；棘爪；额定变形量；疲劳寿命中图分类号：TH135文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.61片簧在单轨吊起吊梁棘轮减速机中的应用赵姣红，王金良（太原矿机电气股份有限公司，山西太原030032）图 1棘轮逆止原理图 2增加片簧原理骳髈體设备管理与维修2023 翼8（下）渡。为防止应力集中导致的质量问题，将过渡部分设计为圆弧平滑过渡，减小应力集中（图 3）。4.2材料与热处理（1）材料：片簧常用材料为铜合金和弹簧钢，铜合金的使用场合为接触器、仪表及自动装置等，弹簧钢的使用场合为机械设备。单轨吊车起吊梁减速机属于机械设备，因此选用弹簧钢。根据市场材料供应，选用弹簧钢板材 65Mn。（2）热处理：弹簧钢经淬火加中温回火热处理，具有较高的弹性强度、强度极限、疲劳性能，并具有一定的硬度与韧性，具备弹簧的特性。根据片簧的使用工况，将热处理设计为淬火加中温回火，热处理后硬度为 4050 HRC，并保证所需的弹力、变形量与疲劳强度。（3）表面处理：单轨吊车起吊梁减速机的使用工况为煤矿井下，所处环境恶劣，阴暗潮湿、粉尘量大，片簧存在腐蚀生锈的可能，影响使用寿命。选用表面发黑处理，达到防锈的目的，延长使用寿命。4.3片簧的尺寸与参数设计悬臂片簧的设计需要确定以下参数：悬臂长度 L、厚度 h、宽度 b、弹力 P与额定变形量 F（图 4）。根据片簧安装位置与空间，可以先确定一些参数，再根据片簧标准进行对应计算，最终确定各参数。（1）宽度 b：由于减速机壳体上的棘爪槽宽为 16 mm，根据经验并保证一定的间隙，将片簧宽度 b 设计为 10 mm。（2）厚度 h：根据机械结构使用所需预紧力及热处理经验，将片簧厚度 h 设计为 1 mm。（3）悬臂长度 L：根据棘爪槽长度及安装空间尺寸，将悬臂长度 L 设计为 41 mm，外形为圆弧结构。（4）弹力 P：片簧材料为 65Mn，弹性模量 E=196 500 MPa，许用应力 滓=570 MPa。根据片簧标准计算公式：P=bh2滓/（6L）=10伊1伊570/（6伊41）=23 N可知，弹力 P比设计要求的 1520 N 略大。（5）额定变形量 F：根据片簧标准计算公式：F=2L2滓/（3Eh）=2伊412伊570/（3伊196 500伊1）=3.25 mm片簧随棘爪摆动的实际变形量为 5 mm，设计后额定变形量不足。通过以上分析计算，片簧各参数已确定，待使用验证。（6）实验验证：按上述参数生产制作片簧，安装在减速机进行疲劳寿命计算，持续试验 3 件样品，平均 9 h 片簧根部断裂。经转速、棘轮齿数等参数计算循环次数 n 为 81 万次。实际煤矿井下使用需达到 200 万次，因此需改进。且弹力 P略大，片簧与棘爪磨损较严重，弹力需设计在 1215 N 较符合实际情况。经分析，片簧实际变形量超过额定变形量后，寿命会严重下降，因此片簧尺寸需重新设计保证使用的寿命，上述实验验证了这一点。4.4片簧的优化设计（1）悬臂长度 L：为保证片簧的使用寿命循环次数，将额定变形量 F设计为片簧使用中的实际变形量，厚度 h 保持不变，可得 F=5 mm。由公式 F=2L2滓/（3Eh），可得 5=2伊L2伊570/（3伊196 500伊1），则 L=51 mm。（2）宽度 b：弹力 P设计为 1215 N，取 13 N 进行设计。由公式 P=bh2滓/（6L），可得 13=b伊1伊570/（6伊51），则 b=7 mm。经过优化设计后，悬臂长度 L=51 mm、厚度 h=1 mm、宽度b=7 mm、弹力 P=13 N、额定变形量 F=5 mm（图 5）。优化后的弹力 P 适中，在满足使用要求的前提下大幅降低磨损；额定变形量 F满足了实际变形量，大大提高了使用寿命。（3）实验验证：按改进后的参数生产制作新片簧，安装在减速机进行疲劳寿命计算，持续试验 3 件样品，平均 80 h 片簧根部断裂。经转速、棘轮齿数等参数计算循环次数 n 为 720 万次，循环寿命大大提升，满足了实际需求。且弹力 P适中，片簧与棘爪磨损不明显。（4）结果分析：实验验证了优化方向是正确的，在厚度不变的情况下，悬臂长度越长额定变形量越大，宽度越窄弹力越小。优化设计通过调整宽度保证了弹力适中，通过改变结构加大悬臂长度保证了变形量，提升了使用寿命。5结论通过以上对片簧的设计、优化与验证，结合实际工况，可得出片簧的设计应用的理论及经验：片簧的关键参数包括悬臂长度、厚度、宽度、弹力与额定变形量。其中，弹力可根据工况要求按经验暂定一个值；厚度根据弹力需求与加工工艺确定，一般按经验给出；额定变形量直接影响片簧的使用寿命，因此额定变形量设计时应不小于实际工作变形量，以提高使用寿命；由额定变形量可推算出悬臂长度；再由悬臂长度与弹力可推算出宽度。设计片簧时，应尽可能加大悬臂长度，同时需要考虑安装空间是否足够，空间小的可通过更改机械结构加大悬臂长度，以保图 3片簧设计图 4悬臂片簧设计图 5改进后的片簧设计骳髈髕设备管理与维修2023 翼8（下）证足够的使用寿命，满足工作时间的需求。弹力可通过更改调整宽度，保证弹力的设计要求，宽度约小弹力越小；弹力设计应适中，以保证片簧的磨损性能与一定的使用寿命。片簧材料应选用屈服强度高的弹簧钢，经淬火热处理和表面防腐处理，保证使用的弹力与寿命。参考文献1MT/T 888-2000，单轨吊车起吊梁 S.2成大先.机械设计手册 M.北京：化学工业出版社，2017.3曾正明.实用钢铁材料手册 M.北京：机械工业出版社，2005.4中国机械工程学会热处理学会.热处理手册 M.北京：机械工业出版社，2001.5李小平，刘海兰.继电器片簧系列相似设计的研究 J.机械制造，2008（1）：41-42.编辑张韵0引言装盒机纸盒下盒、开盒机构是装盒机的重要组成部分，其工作原理是当检测装置检测到料仓内的药托后，由吸盒杆将折叠平整的纸盒从纸盒架中吸取出来，并通过侧吸杆旋转打开纸盒后将纸盒放入走盒链条中，后续由推手机构将药托准确地推入纸盒中，完成装盒。为满足市场的供货需求，车间对设备进行了改造，实现了多规格产品的生产。由于 CM220 型龙腾装盒机在开盒过程中会出现纸盒开盒不良的情况，导致设备运行效率较低，产量无法得到保证。长时间运行后，容易导致已灯检半成品积压、缺少不锈钢盆等问题，甚至影响车间产品的供货。为保证 CM220 型龙腾装盒机的连续稳定运行，解决其纸盒开盒不良的问题至关重要。1原因分析CM220 型龙腾装盒机通过旋转的真空吸盘从供盒架位置吸住纸盒表面将纸盒取出，并通过侧面的真空吸盘将纸盒稍微打开，旋转到固定位置后，纸盒落到输送链条挡齿中间完全打开。如果真空压力不足，就会导致纸盒开盒不良。车间前期对纸盒包装形式进行了优化，纸盒侧边改为撕拉口形式，而纸盒成型采用侧吸方式，机械旋转展开纸盒，因侧吸作用于撕拉口处，会不同程度的存在漏气情况，造成纸盒无法开盒，导致纸盒开盒不良。2问题攻关针对 CM220 型龙腾装盒机纸盒开盒存在的问题进行研究攻关，优化改进开盒装置，从而达到更好的开盒效果，提高设备运行效率。2.1设备原理CM220 型龙腾装盒机是一种全自动水平式装盒机，主要工位可分为纸盒吸取开盒工位、药托入盒推手工位、产品信息压印工位、折盒封口工位和剔废工位。其工作原理如下：药托通过输送带输送至 CM220 型龙腾装盒机，由药托下料装置将药托放进料仓内，通过输送链条带动运行。当检测装置检测到料仓内药托时，由吸管切割机切割一组吸管，通过吸管下料装置将吸管放入药托上方，并经过吸管检测装置检测有无吸管。吸开盒装置适时从储盒架吸下一个纸盒，并旋转打开，由纸盒输送链运送到相应的带有药托和吸管的料仓前面，同时推杆装置在导轨的作用下，将药托和吸管推进相应的纸盒里。纸盒经过压印装置和封盒装置完全封好后，进入下一道工序。CM220 型龙腾装盒机的纸盒下盒、开盒机构由储盒架、旋转机构、吸盘、吸盒杆、侧吸杆和走盒链条组成。工作原理是：当检测装置检测到料仓内的药托后，由吸盒杆将折叠平整的纸盒从纸盒库中吸取出来，并通过侧吸杆旋转打开纸盒，然后将纸盒放入走盒链条中，由推手机构将药托准确推入纸盒内，完成装盒。2.2研发攻关（1）经过研究分析，针对纸盒撕拉口导致纸盒开盒不良的原因，优化侧吸杆结构，定制加工新的侧吸杆，将弯柄改为直柄、圆形吸盘改为方形吸盘、外挂式改为直插式，以达到增加真空压力大小和尽量避让撕拉口位置的目的。改进后的侧吸杆结构，可以起到避让纸盒的撕拉口位置的作用，降低因漏气导致纸盒开盒不良的概率，但仍未消除纸盒开盒不良的情况（图 1）。（2）对于第一次改进后仍然存在的纸盒开盒不良情况，经过现场观察分析，发现由于供盒架内纸盒的固定有必要的间隙，在取盒时吸盘吸取位置会有偏移（不可改变），导致侧吸杆作用于纸盒侧边的位置不固定，真空不能满足一些临界值位置纸盒的摘要：设计一种装盒机的辅助开盒装置取代原有侧吸杆，将原真空吸盘开盒改为机械式物理开盒。辅助开盒装置由支撑机构及碰撞机构组成，安装于装盒机原有不锈钢支架上，从储盒架上吸取纸盒，在旋转过程中通过碰撞机构，使纸盒侧边受到挤压作用而处于半打开状态，下放到卡槽后完全打开。改造后，纸盒开盒不良的问题得以解决，产线运行效率得到提升。关键词：装盒机；辅助开盒装置；改造中图分类号：TS09文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.62装盒机辅助开盒装置设计吴海健，杨开兵，常宝全，潘金峰，徐金森（扬子江药业集团有限公司，江苏泰州225321）骳髈髖