堆垛机组导向装置的优化设计

邢玉华， 刘 军

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

堆垛机组导向装置的优化设计

邢玉华， 刘 军

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

堆垛机组导向装置的优化设计经导柱式导向装置、早期连杆式导向装置、新型连杆式导向装置三个过程，通过不断的技术改进，产品得到逐步完善。本文从优化设计角度,分析原有结构的不足，推出导向装置的新型结构形式并提高了堆垛机组导向装置的动力臂幅度，使机组动作更加灵活、可靠。

堆垛天车； 连杆式； 导向装置

0 引言

随着电解铝行业的迅速发展，堆垛机组夹持炭块的数量已由气动式夹持7块发展至自重式(机械式)夹持21块，提升速度由原来的6 m/min提高至10 m/min，堆垛机组的发展使阳极炭块的单次提取量和运输速度得到不断提升。在高负荷、高转速的要求下，满足强度、刚度、稳定性和额定寿命的前提下，堆垛机组导向装置不断被改进创新，跨距和导向幅度等性能参数不断被提升。

现代大型电解铝厂生产熟炭块的过程是从振动成型工段生产出生炭块, 运至阳极焙烧车间,焙烧后将熟炭块运往阳极组装车间，在电解车间使阴极、阳极均为碳质，阴极上析出铝，而阳极上析出气体，析出的铝水在铸造车间铸成成型铝锭。成型、焙烧、组装等炭块加工工段之间设有炭块转运站，堆垛机组是转运站中关键设备之一,炭块在炭块转运站中依靠堆垛机组进行搬运[1]。其中，堆垛机组的导向装置是为堆垛夹具的升降过程中起导向作用的部件，在堆垛机组启动、制动及运行过程中负责平衡因惯性力而引起的夹具晃动，完成机构直立上下运动的目的。

1 导向装置的优化设计过程

导向装置的发展历经三个过程，导柱式导向装置、早期连杆式导向装置(带联接杆)、连杆式导向装置(仅铰支座和拉杆)，现做出如下分析。

1.1 导柱式导向装置

1.1.1 导柱式导向装置结构形式

早期，堆垛机组导向装置采用导柱式结构，由伸缩杆、固定架、导向架、防尘罩等主要部件组成。其中：伸缩杆(件4)法兰和夹具架(件7)上部相联接，起引导夹具运动的作用；固定架(件5)和大梁桥架(件1)底部相联接；导向架(件6)上部和固定架下部相联接，导向架下部安装法兰并悬垂；防尘罩(件3)和大梁桥架上部相联接。当夹具装置在卷扬机构(件2)经滑轮组驱动升降过程中，伸缩杆在导向架和固定架内上下滑动,以此发挥夹具装置导向作用，其结构形式见图1。

1.大梁桥架 2.卷扬机构 3.防尘罩 4.伸缩杆 5.固定架 6.导向架 7.夹具架图1 导柱式导向装置结构形式

1.1.2 导柱式导向装置存在的不足

导柱式导向装置在运行过程中存在一定的不足，如系统要求堆垛机组整体跨距较小，且垂直方向所占空间较大，导致对厂房高度的要求较高，伸缩杆伸缩高度受限，导向幅度较小。由于导向装置、大梁桥架、夹具架均是刚性联接，若堆垛机组整体跨距加大，需调整两组导向装置之间距离，避免因两部件受力不均而产生动作不同步和运行卡阻现象，最终导致卷扬电机因负载过大而引发故障。此外，由于导向装置伸缩杆总长约5655 mm，垂直方向要求具有活动足够空间，致纵向排列的炭块最高只能堆放6层，工作量和工作效率均降低。同时，由于伸缩杆和导向架在安装时平行度要求在2 mm以内[2],故而给安装、调试带来不便，需做进一步改进。

1.2 早期连杆式导向装置

堆垛机组做进一步改进，推出早期连杆式导向装置。即由联接杆、上下铰支座、拉杆等主要部件组成。其中：上部联接杆(件2)和大梁桥架(件1)底部相联接；下部联接杆(件2)和夹具架(件5)上部相联接；铰支座(件3)和联接杆相联接，固定拉杆的位置；两拉杆(件4)通过销轴相联接。当夹具在卷扬机构滑轮组驱动升降过程中，通过联接杆和铰支座的联接实现拉杆的拉开、折叠, 以此发挥夹具导向作用，其结构形式见图2。

导柱式导向装置采用气缸控制夹具的开闭，气缸供气的胶管和夹具上的电缆需在桥架上配置胶管卷筒和电缆卷筒, 当夹具升降过程中需防止胶管和电缆随机构动作收放，使工作器件的扭簧性能降低，造成工作器件频繁更换。

1.大梁桥架 2.联接杆 3.铰支座 4.拉杆 5.夹具架图2 早期连杆式导向装置

改用导杆式导向装置后, 空气胶管和电缆均沿联接杆引至桥架，改进效果显著并降低成本。炭块搬运的层数和单次夹持的数量均大幅提升，工作能力和工作效率得以改善，但性能上也存在不足。如拉杆的折臂弯曲角度、夹具提升高度受限，需进一步改进。

1.3 新型连杆式导向装置

堆垛机组采用新型连杆式导向装置，取消了联接杆而仅由上下铰支座和拉杆部件组成。其中：上铰支座(件2)和大梁桥架(件1)底部相联接；下铰支座和夹具架(件5)上部相联接；两拉杆(件3)通过销轴相联接。当夹具在卷扬装置(件4)滑轮组驱动升降过程中，通过铰支座的联接带动拉杆实现拉开、折叠, 以此发挥夹具导向作用，其结构形式见图3。

1.大梁桥架 2.铰支座 3.拉杆 4.卷扬装置 5.夹具架图3 新型连杆式导向装置

此结构的优点是拉杆的动力臂幅度较大，使机组的浮动空间加大，整体导向装置所占空间减小且动作灵活。规避了导柱式导向装置运动中的不均匀磨损。早期连杆式导向装置中拉杆的运动幅度较小，端部拐头的运动存在局限性。新型连杆式导向装置使铰接处的转动副磨合状态得到改善。

2 结论

本文通过分析堆垛机组导向装置的发展历程提出更为优化的设计方案——新型连杆式导向装置，它吸收导柱式导向装置和早期连杆式导向装置的优点,克服拉杆动力臂幅度小，所占空间较大、动作不灵活等缺点。同时，规避了导柱式导向装置运动中的不均匀磨损, 早期连杆式导向装置中拉杆的运动幅度较小，端部拐头的运动局限性。

新型连杆式导向装置已在多家铝厂应用,大幅度提高了导向装置的功效,得到用户广泛认可。

[1] 张质文.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1997.

[2] GB/T 3811—2008，起重机设计规范[M].北京：中国标准出版社，2008.

Optimized Design of Guiding Mechanism of Stacking Unit

XING Yu-hua， LIU Jun

(NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

There are three stages in optimized design of guiding mechanism of stacking unit, guide column guiding mechanism, link lever guiding mechanism, new type link lever guiding mechanism, the mechanism is gradually improved through continuous technological improvements. The paper analyses the shortcoming of existing structure, in sigh of optimized design, puts forward new structure of guiding mechanism, increases amplitude of power arm, makes the action of unit more flexibly and reliably.

stacking crane；link lever type；guiding mechanism

2014-06-26

邢玉华(1973-)，女，山东黄县人，高级工程师，大学本科，主要从事机械设备的设计研发工作。

TF351

B

1003-8884(2014)05-0037-03