單梁起重機端梁U 形槽成型設備的研制

    趙偉哲王京偉

    紐科倫（新鄉）起重機有限公司長垣453400

    摘要：文中研制了專用于單梁起重機端梁U形槽的成型設備，該設備操作簡單，自動化程度高，滿足了U形槽的批量化生產。通過卷揚式牽引小車實現了零件的自動上下料，將零件存料、輸送、壓彎、碼垛四個工位緊密銜接，形成流水作業。具有自動復位功能的可移動成型下模使零件自動對中，保證成型的一致性，便于實現端梁的互換性生產。該設備的研制及投入使用大幅度提高了U形槽端梁的生產效率，降低了勞動強度，具有較高的推廣價值。

    關鍵詞：單梁起重機；U形槽；成型；自動上下料；復位；批量化

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

    0引言

    隨著經濟的高速發展，單梁起重機作為一種輕小型的起重機械，配和電動葫蘆越來越廣泛的應用于工廠、倉庫、料倉等不同場合吊裝貨物，大幅度提升了生產效率和降低了勞動強度，因此單梁起重機的需求量日益增大。

    端梁是單梁起重機重要的組成部分，端梁的設計多采用U形槽結構，由U形槽、下蓋板、筋板組成箱型梁。目前，U形槽的生產方式主要采用壓力機冷壓成型，各生產廠家壓力機形式不一，多為單件生產模式，自動化程度低，生產不連續，效率較低，且U形槽質量一致性難以保證，產能無法滿足國內外市場日益增長的需求。為此，研發單梁起重機端梁U形槽成型的專用設備很有必要。文中針對U形槽生產現狀，以提升自動化程度、保證產品質量為出發點，研制了U形槽專用成型設備。

    1設備整體方案概述

    1.1U形槽截面

    為滿足強度的需要，不同跨度、噸位的起重機，U形槽的高度H、寬度B有所不同。U型槽兩側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形槽成型設備主要由主體鋼架、壓彎動力系統、成型上下模、自動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.升降導柱5.前輸送架6.存料架7.自動上下料牽引小車8.壓彎動力系統9.成型上模

    圖2U形槽成型設備總體結構圖

    該設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，依次設置存料、輸送、壓彎、碼垛等4個工位。壓彎動力系統安裝在主體鋼架上，成型上模和動力系統的液壓缸鉸接，上模和主體鋼架之間設置兩根升降導柱，下模在動力系統的作用下，以導柱為導向，向下運動，配合成型下模完成U形槽的精準壓彎成型。存料架用于U形槽壓彎前的存料，一次可存放數十個，滿足批量連續生產的需要。從存料到碼垛整個過程中零件的移位依靠牽引小車自動操作，形成了存料-輸送-壓彎-碼垛的自動化流水生產，生產效率高。

    具體工作過程：啟動牽引小車運行至存料架，牽引小車帶動工件運行至成型上下模之間，兩側下模向內移動，自動對中零件壓彎動力系統啟動，上模下移進行壓彎成型。成型后上模上移至原位，兩側下模向外移動至原位，脫離工件，牽引小車帶動下一工件至上下模之間，同時將成型后的上一U形槽推至后碼垛架進行碼垛。重復上述動作，即可完成U形槽的連續自動化生產。

    2關鍵問題研究與分析

    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，其抗拉強度σb=375～500MPa，取安全系數K=1.3，所需最大自由彎曲力F=455kN。

    該設備壓彎動力系統以液壓為動力，液壓缸為元件，選擇液壓缸直徑為320mm，在公稱壓力為16MPa時，推力為128kN，該設備設置4個液壓缸，同步動作推力可達512MPa，滿足壓彎力的需求。

    2.2基于SolidWorks的仿真分析

    主體鋼架是整個成型設備的載體，起到連接其余各部件的作用，故在設計中滿足鋼架強度和剛度要求至關重要。主體鋼架為橋式結構，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變量，反復計算，在滿足使用要求的前提下，達到結構最優、消耗鋼材最少的目的。優化后鋼架最大應力為198MPa，小于材料的許用應力230MPa，最大變形為1.75mm，小于跨度2000mm（兩側立柱的中心距）的1/1000，從而滿足剛度和強度的要求。如圖3所示。

    圖3主體鋼架受力計算結果

    2.3具有自動復位功能的可移動下模設計

    常見的壓彎模具均為固定式結構，若該設備采用固定下模，僅可以適應同一寬度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形槽和壓輥之間產生一定的擠壓力，卸料困難。因此，設計一套具有自動復位功能的可移動下模。如圖4、圖5所示。

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

    1.液壓缸2.導向板3.導向輥安裝座4.復位裝置5.頂桿裝置6.導向輥7.U形槽展開狀態8.壓輥裝配

    圖4可移動下模結構示意圖

    1.螺母座2.調整螺桿3.拉伸彈簧4.彈簧安裝座

    圖5復位裝置示意圖

    當液壓缸活塞桿收回時，拉動導向板向左移動，導向板上的階梯將向左方向的運動轉化為沿頂桿方向的運動，頂桿推動壓輥向內移動，同時壓輥拉動復位裝置使彈簧處于拉伸狀態，產生一定的拉力。兩側液壓缸的同步動作使兩側壓輥同時向內移動，安裝在壓輥上的導向輥使零件自動居中，滿足壓彎要求。

    當壓槽機上模向下運動完成壓彎后，液壓缸活塞桿做伸出動作，壓輥在拉伸彈簧拉力的作用下回到原位，實現自動復位功能，便于U形槽成型后的卸料操作。復位裝置上設置調整螺桿，旋轉螺桿可調整拉伸彈簧的初始拉力，便于調整下模復位所需要的拉力大小。

    2.4自動上下料牽引小車的設計

    牽引小車由運行跑車裝置、運行驅動裝置、連接架、升降驅動裝置、導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行軌道做往復運動。實現U形槽從存料、輸送、成型到碼垛整個過程的自動化。如圖6所示。

    1.運行跑車裝置2.運行驅動裝置3.連接架4.升降驅動裝置5.導向裝置6.電磁吸盤

    圖6牽引小車結構示意圖

    運行驅動裝置上設置一套運行電機和兩個卷筒，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。電機齒輪輸出軸嚙合卷筒上的齒輪，使兩個卷筒同向旋轉運動，達到鋼絲繩一松一緊的目的。升降驅動裝置設置一套升降電機和一個卷筒，電機輸出軸帶動卷筒旋轉，從而帶動電磁吸盤沿著導向裝置上下移動。當牽引小車處于存料區時，電磁吸盤下降，接觸工件后吸盤通電，吸附工件，自動上料。驅動裝置順時針旋轉，右側卷筒鋼絲繩松開，左側卷筒收緊，在左側鋼絲繩的反作用力下，牽引小車向左運動至上下模中間，電磁吸盤斷電，自動落料，同時連接架上的推板將上一成型后的U形槽送至碼垛工位。然后驅動裝置逆時針旋轉，右側卷筒鋼絲繩收緊，左側卷筒松開，牽引小車移動至存料處，等待下一循環動作。整個過程采用PLC控制，牽引小車自動進行上下料，不需人工干預，生產效率高，實現批量化生產。

    3結束語

    該U形槽成型設備將零件的上料、壓彎成型、下料形成了流水作業，自動化程度高，適用品種多，實現了適合單梁起重機端梁U形槽的批量化生產，大幅度提高了產品的生產效率，降低了勞動強度，生產的U形槽成型一致，為整個單梁產品的互換奠定了基礎，值得大力推廣。

    參考文獻

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