生产线上料台架的运动分析

王孝海 孙维阳

摘 要：现如今，各大冶炼企业都通过使用自动上料台来提高生产效率，如何通过对上料台进行分析做好上料台的设计工作是在进行上料台设计工作中需要注意的问题，文章通过对上料台运动轨迹进行分析，并介绍了曲柄摇杆机构在冶金行业自动上料机构上的应用，同时对其运动轨迹和参数的设计和选择进行了系统的分析概括。从而对上料台架各个部分的设计，运动轨迹的设计，提出了一定的设计理论。

关键词：步进式；上料台架；运动分析

前言

随着我国经济的发展，对于各种有色金属的需求逐年上升，而上料台通过自动上料来取代原来的人工操作，大大提高了冶炼企业的工作效率，因此在冶金企业的实际生产中有非常重要的位置，其自动化的上料模式，有效的把物料的搬运自动化，从而推进了行业的进步和发展。如果单单靠人工上料将会极大地增加企业的成本，并且冶金行业因为物料的巨大，所以必须依靠机械搬运，上料台架的作用是按照工艺要求把钢坯从台架的一段输送到另一端的炉辊道上，以便于设备的加工。上料台架的工作原理是，由一个曲柄四连杆机构，曲柄转动，从而在取料出抬起物料，在放料出放下物料，随着曲柄的不断转动，便把物料从一端搬运到另一端，如果动杆的运动与基面的死区过大，会使抓取放下之间的距离减少，从而影响其工作效率，造成不必要的损失。作为经典的步进式上料机构的应用，曲柄四连杆机构，对系统的性能和经济效率影响最大，所以研究其运动轨迹，各个部件参数的设计和数据的具体选择，对行业有及其良好的经濟效益体现。

1 上料台架四连杆机构的动作分析

四连杆机构，按照运动形式分为，曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构。为了实现上料工作的自动化完成，国内比较常见的上料机构一般都是铰链四连杆机构，其中最为常用的是曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构实现了上料工作的自动化，极大地节约了人力成本，推进着整个行业的发展。

下文将以最常见的曲柄摇杆机构进行运动分析：如下图1所示，坯料放在静台梁面上，当曲柄顺时针旋转的时候，中间的动杆会被曲柄抬高，从而托起了中间动杆（动台梁面），当中间的动杆高于静台梁面的时候，放在静台梁面上的坯料将会被动杆顶起，曲柄旋转到最高点的时候，中间动杆（动台梁面）最高，随后，当动杆低于静台梁面的时候，坯料将会被放置在静台梁面上。

图1 上料台架结构简图

如图1所示，当右边的曲柄围绕支点做360°旋转时，左侧的摇杆在小角度的摆动，左侧动杆仅仅上升了一点，所以造成了左侧工作台面的死区过大，只有右侧的动杆传送坯料，所以只有左侧动杆和右侧动杆都尽可能多的高于静台梁面的时候，其传输坯料的效能最大，因为在曲柄摇杆机构中，左侧摇杆摆动到最高点和最低点的差值比较小，为了让坯料在左侧摇杆端就能进行步进送料，就要使左侧摇杆工作在摇摆到最高点的时候高于静台梁面，而左侧摇杆摆到最低时要低于静台梁面，只有这样才能使得中间步进梁的死区最小，所以在实际的工程设计之中要充分发挥最优化设计，努力提升整体的效率，在具体的设计中要考虑静台梁面和动台梁之间的距离及位置，从而有效的保证摇杆端到曲柄端都可以形成步进式上料，综上所述，现就对动台梁面与静台梁面之间的相对位置和上料台部件建立运动过程如下：中间的动杆（动台梁）上的每一点的运动轨迹是不一样的，最右侧的点曲柄铰链处的点的运动轨迹是一个圆，半径是曲柄的长度，而左侧偏心轮轴线末端处的点的运动轨迹是一个半径为偏心距e的圆，整个动台梁上其余各点运动轨迹都是以长轴为2e的椭圆，随着曲柄的不断旋转，在整个台面上的各点都是按照椭圆长轴的长短2e进行向右移动，从而实现了坯料在动台梁上都可以按照2e的进行往右移动，具体分析，建立数学模型如下：

工作人员规定在静台梁面以上部分的椭圆形轨迹水平方向上的长轴近似为2e。为曲柄的长度，L2为连杆的长度， L3为摇杆的长度， L4 为固定支架的长度，其中L1=e

确定此实验条件的先决条件

（1）轨迹不进行详细的计算。

（2）L2左侧梁面上点的运动轨迹近似认为是椭圆，静台梁面以下的点的运动轨迹，实际上不在工况考虑范畴，故文章不做分析。

2 曲柄摇杆机构曲柄参数选择分析

在具体的工程设计中，各个机构的参数选择严重影响着设备的性能，每个杆的长度的选择对实际工程有非常重要的意义。偏心轮因为可以达到最小的步距运动，所以在实际的工作中常常用偏心轮来当做曲柄使用，从而满足实际生产的需要。因为步距是由曲柄的长度决定的，步距的长短决定了曲柄每旋转一周进料的间距，所以首先要对步距（曲柄）的长度进行设计，而其他3个杆的长度的选择也影响着系统的性能，也要进行具体设计，一起分析。当曲柄转动，把坯料在连杆上托起，右移，落下的过程中，坯料落在静台梁面上势必会产生冲击和噪声。因此在设计曲柄L1的参数的时候，要充分考虑，为提高步距，提高每次运料速度，要增大曲柄长度，为减少冲击和噪音和机械的磨损消耗，要减小曲柄，两者是矛盾的，所以要在满足工艺运料速度的情况下尽可能地减小曲柄长度。

3 摇杆参数参数选择分析

3.1 摇杆左右运动极限距离大约为a≈2e，当a确定以后，摇杆长度L3选取不同长度时，上面的弧线最高高度不一样，工程上决定了动梁台面和静梁台面之间高度差，当a一定的时候，L3越短，弧线高越高，动梁和静梁台面之间的距离越大，坯料也就被抬升的越高。坯料也就越安稳的放下，为了方便机械调整和后期维护，在满足工艺的情况下，要取最小值。

3.2 动台梁面L2和静台梁面L4的参数确定

在曲柄和摇杆的长度确定下来之后，动台梁面L2和静台梁面L4 的参数要根据，具体需要输送坯料的长短，坯料的运输速度来综合考虑，但是要满足如下条件：曲柄在4个杆里是最短的，曲柄和最长杆的长度之和应小于其余2杆的长度和。只有这样，才能满足曲柄摇杆机构存在的要求。

4 结束语

曲柄摇杆机构作为四连杆机构里最基本的形式，在工程上应用及其广泛，如牛头刨床的进给机构，雷达调整机构等等方面都有应用，在以上的坯料传输上应用曲柄摇杆机构分析中，详细说明了实际应用中曲柄和摇杆的参数的选择和系统的整体优化，解决了目前国内冶金行业对步进式送料机构设计不合理的问题，并且给出了实际工程数据和分析结果，为今后相关设备的生产提供了理论支持和依据，在实际使用收到了良好的效果，节能，并且降噪，优化了机械的使用寿命和可维护性，从而降低了吊车的使用，使送料迈向了机械化，自动化，极大地节约了能源和人力成本，提高了生产效率，为企业带来比较可观的经济收益。

参考文献

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