一种用于储罐提升的新型提升机的设计

刘培兴

【摘  要】针对当前烟草行业生产线中的香精香料储罐提升的基本现状，进行了分析与评估，提出了新的提升机设计思路和方法，并且对一种用于储罐提升的新型提升机的设计应用发表了阐述。

【关键词】机架;上限位机构;丝杆装置;提升架;辊道输送机;转向器;减速电机

1.引言

现烟草行业生产线中，一般需要将吨位重量级的香精香料储罐提升到一定高度后才能与灌装设备连接实现对香精香料的灌装工序。目前对于香精香料储罐的提升设备普遍采用的是链式提升机，这类设备的工作原理是采用电机为动力与传动轴和链轮的连接后实现链条的往复运动从而实现对储罐的上下提升的目的，在对储罐提升的过程中如果制动控制失灵，储罐就会从高处坠落造成储罐损坏、香精香料撒泼、人员伤亡等重大人身事故和经济损失。

结合上述对传统链条提升机的缺陷，研发设计出一种具有自主知识产权的自带机械传动和机械锁定机构防止储罐下坠的新型提升机。其主要结构由机架、上限位机构、丝杆装置、提升架、辊道输送机、转向器等组成。其主要优点为：运行平稳、安全可靠、结构紧凑、定位精度高、承载力大。

2.工作原理

该新型提升机的各动作部组由机架整体固定和支撑，其动力采用减速电机驱动。其工作原理为：设备初始为提升框架自由下落在机架下端的辊道输送机底下，当储罐由前面工位的辊道输送机送至机架下端时，设有的感应开关监测到信号这时减速电机驱动丝杆装置向上运行将提升框架提起动作，实现储罐被向上提升的动作。

储罐是自由状态落在支撑盘上，由丝杆装置中的丝杆旋转与轴向旋转部件的配合动作，将支撑盘提升的过程，从而实现储罐被向上提升的动作。该机构正是提升动作的核心，其优点是：能按照控制准确和平稳的提升高度、承载能力大、结构紧凑;同时该机构最大的特点是：储罐被提升过程中是由丝杆旋转与轴向旋转部件的配合动作实现的，即使在提升过程中动力或控制出现问题，储罐只会被丝杆和轴向旋转部件的配合作用力下锁住，停止提升动作，储罐也不会出现下坠的现象，起到机械自锁的防坠落作用。

3.结构设计

该新型提升机的主要结构由机架（序号1）、上限位机构（序号2）、丝杆装置（序号3）、提升架（序号4）、辊道输送机（序号5）、转向器（序号6）、减速电机（序号7）等组成。机型可根据实际项目情况设计成单联机或者双联机以及多联机的模式，本文以双联机的机型做论述。其总结构设计如图1所示：

1.机架 2.上限位机构 3.丝杆装置 4.提升架 5.辊道输送机 6.转向器 7.减速机

机架（序号1）：主要由上机架、下机架、楼梯、检修平台部分组成，其作用是起到对各部组的连接和支撑。上机架是由钢材制作而成的一个方框，起到丝杆传动的动力部分的安装和固定;下机架同时起到提升架和辊道输送机的安装;同时下机架上设计有导向部件，以保证提升架的垂直上下运动。

上限位机构（序号2）：主要由驱动动力、伸缩杆、导向部件组成。其作用是起到储罐上升到上限位置后，该机构的驱动力驱动伸缩杆插入储罐底下的支撑盘，同时在伸缩杆动作时均有导向部件的配合作用更好的保证了伸缩杆准确无误的插入支撑盘，使得储罐被抬起，起到储罐二次防坠的机械锁定功能。

丝杆装置（序号3）：主要由丝杆、轴向旋转部件、过渡连接件等组成。其作用是由丝杆的径向旋转与轴向旋转部件的配合动作而产生的力来实现提升架（序号4）被提升的过程，因为储罐是落在提升架（序号4）上的，所以最终也就实现了储罐被向上提升的目的。

提升架（序号4）：主要由底框架、底座、导向部组组成。其主要作用是承接和提升储罐。提升架的导向部组，起到上下运行时的直线导向作用，为平稳运行提供了重要保障;同时为了更好承接和提升储罐，提升架与辊道输送机（序号5）的辊筒之间，在结构上设计了空隙，保障提升架能够自由的落在辊道输送机（序号5）的底部。

辊道输送机（序号5）：主要由机架、辊筒、减速电机、传动链条、链轮组成。机架结构设计成切口式，满足提升架（序号4）能够顺畅从切口处落入辊道底部的要求。辊道输送机主要作用是起到对储罐的承接和输送，是利用辊筒与储罐的摩擦力带动储罐运动，实现将储罐输送的目的。

转向器（序号6）：主要由机壳、螺旋伞齿轮、轴承、传动轴等组成。其结构紧凑，布局合理，能够方便及灵活的与各传动件配合，其主要作用是起到传动件的横向或纵向的联接。

减速电机（序号7）：该减速电机为整个丝杆装置的动力源，动力由转向器（序号6）分配到各个丝杆上实现传动。

4.速度设计

通常提升机的升降速度基本上有快速和慢速两种速度，这是由丝杆装置（序号3）中的蜗轮蜗杆传动比决定的，所以在速度的设计中：

拟定以SWL2.5为例：

快速用P表示，速比为 6：1;慢速用M表示，速比24：1

同时丝杆的螺纹尺寸（包括螺距）是固定的。而计算升降速度的重要参数就是螺距。

SWL2.5的螺距为6mm，那么我们以4P普通电机来计算（4极输出转速：1450 r/min），

那么提升机：

快速时升降速度：1450（输入转速）÷6（速比）×6mm（螺距）= 1450 mm/min

慢速时升降速度：1450（输入转速）÷24（速比）×6mm（螺距）= 362 mm/min

再進一步：

假定的提升机行程为500mm.那么走完全程所需要时间为：

快速时升降速度：500mm÷（1450 mm÷60s）=20.7s（秒）

慢速时升降速度：500mm÷（362 mm÷60s）=83s（秒）

5.控制系统设计

本机的控制通过电气控制方式实现各机构的动作，其控制原理如图2所示：

控制系统的动力分为3部分：动力M1控制“上限位机构（序号2）”中伸缩杆的伸进和退出的动作;动力M2：控制“辊道输送机（序号5）”中电机的启动和停止动作;动力M3：控制“丝杆装置（序号3）”的上下动作。丝杆装置（序号3）的上端设计有限位感应件，当运行到上限位时，感应开关检测到信号且将信号传送到PLC，控制停止动作;“丝杆装置（序号3）”的下端设计也同时设计有限位感应件，当运行到下限位时，感应开关检测到信号且将信号传送到PLC，控制停止动作;因此实现丝杆装置的上下运行的动作。

本机在运行时为了防止对储罐的坠落，除设计了机械上自带的锁紧功能外，在控制上也增加了全电路制动BBW系统。全电路制动系统不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。本全电路制动的结构系统主要包括：

1）电制动器。其结构和液压制动器基本类似，有盘式和鼓式两种，供能装置是电机来提供;

2）电制动控制单元（（ECU）。接收制动板发出的信号，控制制动器制动;接收驻轮制动信号，控制驻轮制动;接收传动轮传感器信号，识别传动轮是否抱死、打滑等，控制传动轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。

本控制系统的优点在于：

1）整个制动系统结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低。

2）制动响应时间短，制动性能提高。

3）无制动液，维护简单。

4）系统总成制造、装配、测试简单快捷，易于实现模块化结构。

5）采用电线连接，系统耐久性能良好。

6）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。

6.應用

结合本机的设计特点，该新型提升机除了可在烟草行业生产线中的香精香料储罐的提升用外，还可广泛应用于食品、饮料、制药、生物及化工等众多行业。结合具体行业和工况可对尺寸进行设计后，能够按照一定程序准确地控制提升或推进所需要的高度。

7.结束语

储罐提升机是保障储罐提升工序中的生产安全的重要环节设备之一，特别是对重量重的储罐提升工况，其设计的可靠性与合理性是生产线安全和稳定运行的关键因素。本文对提升机的整体及主要各部组的结构设计、控制系统的设计都进行了介绍，此设计方法可以推广用于烟草、食品、饮料、制药、生物及化工等众多行业，有较好的借鉴价值和实际参考意义。

参考文献：

[1]JB/T 8809-2010  SWL 蜗轮螺杆升降机型式

[2]JB/ZQ4391-86 QWL蜗轮丝杠升降机动性型式

[3]王红 全电路制动系统 《科技风》2014年22期

（作者单位：昆明风动新技术集团发展有限公司技术研发中心）