桶装沥青链式装卸机的设计及应用*

赵 轲，蔡业彬，黄崇林，陈健添

（广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名 525000）

0 引言

装卸作业是桶装沥青生产运输过程中的重要环节，但是对于很多铁运公司，一直以来桶装沥青装卸环节多以纯人工进行，存在着严重的问题，作业劳动强度高、效率低、危险性大，尤其下雨天很容易手滑出事。但应用大型站场的吊机和仓库内的叉车搬运，又不够经济实用，所以，迫切需要开发一种具有自动起升功能的装卸机，以适应小型场地的桶装沥青装卸要求。本文设计的装卸机自身不带动力，与拖拉机配套使用，其结构简单、价格低、使用成本小，却能省去人工装卸的大部分工作而适于现阶段的货运经济条件，与中等功率拖拉机配套，在实际应用中证实其能满足货运公司的使用要求，提高了效率，减小了装卸工人劳动强度，而且减少了工作的危险性。并且可以推广应用于其他桶装化工产品的装卸中，如桶装硫酸、汽油等等。

1 整机结构与工作过程[1-2]

桶装装卸机主要包括悬挂架、机架、链传动运输机构、滑轮组提升机构以及支持与移动机构，整体结构分布如图1所示。

装卸机的机架和悬挂架固接，可以通过悬挂架上的悬挂销和拖拉机连接。机架由支撑杆和前后轮支撑，其他部件均安装在机架上。因为承重要求，桶装沥青重量大，所以装卸机为左右对称结构。传动运输链上固接的支撑链板放置重物，运输电动机带动大链轮转动，可将桶上下沿机架输送；滑轮组部分通过滑轮电机带动，拉动绕在滑轮组上的绳子，改变两支架夹角，将框架右端升高或降低到所需的高度；整体机构用四个轮子支撑，后轮上两个支撑架与后轮连接为铰接，支撑架7与框架为铰接，支撑架9与框架之间为滑动连接，两支架间夹角变化。通过动力牵引该装卸装置的四轮运动即可移动到所需位置。

图1 桶装沥青装卸机机构图

在将重物从仓库装车时，先启动滑轮电机，通过滑轮组调整装卸机到合适高度；把下托板架向外放下，沥青桶可以沿着托板架滚动到支撑链板上面。启动运输电机，支撑链板转动到合适位置避开挡板14，便可以依次将沥青桶滚动，通过支撑链板向上运送，支撑链板上可以保持有4 个桶。把上托板架也向外放下，可以将沥青桶滚动到车厢内装好。从车卸货到仓库时，同样操作，电机反向运转即可。

图2 运输链传动简图

图3 支撑架分析

2 关键部件设计[3]

2.1 运输链传动系统

运输电机将动力提供给链轮和链条，带动支撑链板运送重物升降。运输电机、链轮和链条对称安装在机架上。链条选用片式牵引链，外链片上带有弯折片。牵引链两条成对使用，弯折片与支撑链板相联。其传动简图如图2。

2.2 整体结构的设计

（1）机架：装卸机的目标提升高度为3.5 m（3 层沥青桶的高度），所以整个机架应有一定长度，为保证支撑链板上同时有4 个桶，输送链链轮的中心距为6 m，加上链轮的直径，整个机架长约6.5 m。

（2）支撑杆[4]：固定支撑架7 和滑动支撑架9的位置确定需考虑到机架的受力变形和防止机架倾覆，机架承受沥青桶的重量，可认为是均匀载荷，简化机架结构，可看作是梁。根据其受力情况，兼顾起升高度3 m 和尽量减小受力变形，有两种方案。一种以最低位置时的受力和变形均匀，在Ansys 软件中进行受力变形分析，如图3（a）所示；另一种以最高位置时的受力和变形最均匀，如图3（b）所示。分析两种方案时的变形，以第二种方案为优。故固定支撑架7 安装在距离前轮2.1 m处，滑动支撑架9在最低位置时处于机架最末端。

（3）滑轮组采用一个定滑轮（和滑轮电机连接）和两个动滑轮的省力结构，动滑轮安装在两支撑杆的顶端。因要起升的重量较大，故动滑轮上有7段绳子，电动机拖动力是总拉力的1/7。

（4）挡板的作用是输送链倾斜时，防止沥青桶从输送链掉下，所以挡板高度要大于沥青桶一半高度，即0.35 m以上。

（5）电机应安装在靠近前轮一端，增加机构运行和行走时候的稳定性，防止倾覆。

3 建立三维模型[5]

根据以上设计计算，设计装卸机整体结构，在Pro/E 中建立各零件的三维模型，并选择约束进行装配干涉检查，装配后整体三维模型如图4。对桶装沥青链式装卸机的虚拟样机设计，为后续实体机器机的试制、生产提供了强有力的帮助。

4 应用

该装卸机在铁运公司应用一年多后，提高了桶装沥青的装卸效率，并且没有出现过任何危险，因此也被推广应用到其他桶装化学品的装卸，如硫酸、烧碱等等，为公司节省了大量的人工和时间，取得了良好的社会效益和经济效益。

图4 装卸机三维模型

［1］朱学彪.液压驱动四足机器人机械结构设计［J］.机械设计与制造，2010（10）：176-178.

［2］胡志超，彭宝良，谢焕雄，等.升运链式花生收获机的设计与试验［J］.农业机械学报，2008（11）：220-222

［3］李云江.喷浆机器人机械结构设计与研究［J］.新技术新工艺，2000（1）：12-13.

［4］薛风先.ANSYS12.0 机械与结构有限元分析从入门到精通［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［5］佟河亭，Pro/ENGINEER Wilkfire 4.0 机构运动仿真与动力分析［M］.北京：人民邮电出版社，2009.