一种顶升缓冲输送链的开发设计

俞洪杰，岳国富，闫玉平，吕阳阳，刘 康

(1.中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032；2.大冶特殊钢有限公司，湖北 黄石 435001)

0 前言

铝板包装是铝板储存和运输的重要保护措施。根据冷轧生产的工艺流程，铝板包装线属于冷轧厂精整车间的最后一道工序，普遍位于铝板横切机组之后，其产品将直接发货或进入成品库。铝板包装不仅直接影响其产品质量，而且关系到其企业形象。我国现阶段铝板包装线研究起步较晚，国内的大型铝厂的铝板包装机组主要依赖进口。

铝板包装线有称重、覆膜、缠膜、上木托盘、上纸护角、打捆等工序，铝板需通过输送链输送到各个工位，进行各道工序的操作。故输送链是铝板包装线的最主要的设备，铝板带经过横切机组剪切、堆垛之后，已是成品，在包装线上，铝板在输送过程中不能产生划伤，故开发设计出一种适合输送成品铝板垛的输送链尤为必要。

因为包装工艺需要，需要将输送链上的板垛顶升起，便于上木托盘，或是将板垛吊运到包装线外，进行线外包装，或是把包装完好的板垛顶起，便于卸料。顶升缓冲输送链就是同时具有输送成品铝板垛和顶升功能的输送链。

1 顶升缓冲输送链的设计要求

1.1 主要技术参数

2 000 mm铝板包装机组由中国重型机械研究院股份公司为国内某大型铝厂研制，也是国内首次设计供货的宽幅面铝板包装机组，机组设计参数为

铝板长度500～6 000 mm

铝板宽度500～2 000 mm

垛板最大高度(包括木托盘)600 mm

顶升最小板规格700 mm×700 mm

运行速度12 m/min

1.2 木托盘尺寸规格

木托盘是铝板包装的重要单元，用于垫在板垛的下方。因市场客户需要不同规格的铝板，因而为各种规格的铝板相配的木托盘有成百上千种。木托盘有二层木托盘，如图1所示，还有一种是三层木托盘，如图2所示。

图1 一种二层木托盘

图2 一种三层木托盘

2 顶升缓冲输送链的设计

2.1 设备结构设计

兼顾板材的所有规格和木托盘的规格，按最大承载能力设计选型，开发设计出的顶升缓冲输送链如图3所示，由顶升装置、调整支座、过渡链轮装置、主动链轮、减速电机、主动轴、输送链底座、橡胶链条和被动链轮等组成。

图3 顶升输送链结构图

铝板包装线上是将多台输送链前后相接放置在一起，当铝板从一台输送链输送至下一台输送链时，通过过渡链轮装置3衔接两台输送链的空挡，使最小规格(500 mm×500 mm)的铝板均可平稳地输送到下一台输送链。主动链轮和过渡链轮装置的大链轮都装在主动轴上，一台减速电机即可驱动整台输送链。选用橡胶链条，可有效防止划伤成品铝板垛的底面。

顶升装置在升降过程中不能和输送链干涉，顶升起板垛后，要方便上叉车和放置吊带。在上木托盘工艺段，顶升装置要满足穿过木托盘的横向和纵向枕木间的空隙，再而顶起板垛。

自主创新设计的顶升装置的结构如图4所示，由底座、摆动油缸、活动桩一、升降架、升降油缸、固定桩、活动桩二、连杆、导向座等组成。

图4 顶升装置结构图

四个升降油缸为顶升装置的动力源，分布在设备的四角，驱动顶升装置的升降。为了避免顶升装置升起时划伤板垛的侧面，本文创新性地提出了在升降架上设置固定桩和活动桩，两列固定桩分布在中间，四列活动桩对称分布在两侧，根据不同宽度的板垛，自动摆起活动桩。两列固定桩的间距小于顶升最小板规格(700 mm×700 mm)，故固定桩的侧面不会划伤板垛的侧面。摆动油缸驱动活动桩的摆起和落下，活动桩摆起时，间距与固定桩一致。当需要顶升起较小宽度的板垛时，所有活动桩均落下；当需要顶升起中间宽度的板垛时，内侧活动桩摆起，外侧活动桩处于落下位置；当需要顶升起较大宽度的板垛时，所有活动桩均摆起，故活动桩的侧面也不会划伤板垛的侧面。

2.2 连杆机构运动分析

简化后的活动桩的运动机构如图5所示。构件1对应活动桩一，构件2、构件2′对应活动桩二，构件3对应连杆。

图5 活动桩连杆机构图

n

p

l

p

h

p

F=3n-(2pl+ph-p′ )=1

因此，活动桩的结构是可行的，合理的。当摆动油缸驱动活动桩一摆起和落下时，活动桩二的运动也随之确定。

2.3 大型结构件受力分析

此设备的输送链底座长约7 m，宽约1.7 m，升降架长约4.6 m，宽约2.6 m，对于新开发设计的大型结构件，十分有必要对其强度和刚度进行验证。

焊接材料选为Q235A，对输送链底座和升降架施加实际工况中的最大载荷，经过有限元计算，输送链底座的应力分布图如6所示，整体应力较小，大部分都在56 MPa以下，远小于Q235A的屈服极限。输送链底座的变形分布图如7所示，最大变形发生在横梁的中间，为4.2 mm，能满足使用要求。故输送链底座的强度和刚度均能满足要求。

图6 输送链底座应力分布图

图7 输送链底座变形分布图

升降架的应力分布图如8所示，整体应力较小，大部分都在68 MPa以下，远小于Q235A的屈服极限。升降架的变形分布图如9所示，最大变形发生在中部横梁的中间，为3.5 mm，能满足使用要求。故升降架的强度和刚度也均能满足要求。

图8 升降架应力分布图

图9 升降架变形分布图

3 工程应用

中国重型机械研究院股份公司为国内某大型铝厂设计供货的2 000 mm铝板包装机组于2019年9月调试完成，机组中的顶升缓冲输送链如图10所示，设备结构紧凑，安装方便，操作简单，能够满足铝板包装机组的工艺要求，运行使用情况良好。

图10 顶升缓冲输送链的工程应用

4 结束语

自主创新设计的顶升缓冲输送链是铝板包装机组中的重要设备之一，很好地满足了铝板包装机组功能区域的工艺要求。此设备具有结构紧凑、制造成本低、安装方便和操作简单的优点，已成功应用于国内某大型铝厂，运行稳定可靠，具有进一步推广应用的价值，对铝板包装机组的国产化及其设计开发具有一定帮助。