高重心危险品转运转盘转动关键部件设计

丁国富 曾广斌

摘 要：针对高重心危险品现有转运转盘人工手摇驱动效率低、安全性差等问题对转运转盘进行了静力学机械结构设计。驱动方式采用电机驱动，工作效率提高了40%以上。并进行防倾翻设计，确保了转运平台工作安全性、可靠性。

关键词：转运转盘；转动部件；结构设计；静力学

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.257

1 引言

转运支撑在工业生产与应用中较为常见[1， 2]。随着现代工业的快速发展，质量大、重心高、易燃、易爆等工业产品的转运工序对转运平台提出了更高的性能要求。转运平台的强度和可靠性是决定转运工序安全、平稳进行的保证。

当大型工件需要在不同工房之间进行转运时，需借助转运平板车实现产品转运。一个主工房常需对应多个后续加工工房，故工房之间的转运轨道常由主轨道和多个分支轨道组成。转盘应用如图1所示。传统转运采用人工手摇驱动方式推动转运平板车前进，费时费力，还存在安全隐患[3， 4]。因此，有必要设计一种电机驱动转运平台，并使其具备转向能力，从而提高工作效率。

2 转运平板车的设计

根据转运平板车的工作环境特点，转运平板车应具有以下特点：

（1）安全性。应用对象为高重心易燃易爆危险品，在转盘的强度及刚度上应给定较高的设计安全系数。采用回转支承实现转动，且将整体设备通过地脚螺栓等固定在地基上，配合平板车上特制的防倾翻勾导轨装置，使得产品产生倾翻动作后，不会发生进一步倾翻。

（2）整体刚度。平板车行驶至转盘上方，使转盘受载而发生轴向位移和角位移。当转盘轨道拼接处受载发生向下轴向位移后，转运平板车驶出转盘时会受到较大的阻力，增加转运平板车所需驱动力。且过程中会产生冲击和震动，增加产品转运的不安全因素。

2.1 总体方案设计

结合转运平板车技术特点要求，对其进行总体结构方案设计。转运平板车在轨道上运动，无转向能力。转盘上搭载轨道，可使转盘上轨道方向改变，与地面上不同方向的轨道拼接，实现转运平板车的转向。如图1中所示，转盘实现一条主轨道与多条分支轨道间的连接，转运时，平板车先由主轨道运动至转盘上轨道，转盘旋转90度，平板车运动至分支轨道。回转支承式转盘结构如图2所示。

2.2 加载过程中回转支承载荷分析

加载过程中，转盘所受载荷主要为工件及转运平板车的重力产生的对转盘的轴向力和倾覆力矩。转运平板车驶入及驶出转盘的示意图如图3所示。

G为转盘总载荷，l为转运平板车轮距，d为转盘直径，x为转运平板车重心点与转盘圆心的距离，a为转盘上有效导轨长度。其中。

图3（a）为转运平板车前轮进入转盘上方示意图；图3（b）为转运平板车车轮全部进入转盘上方示意图；图3（c）为转运平板车前轮离开转盘上方示意图；图3（d）为转运平板车后轮离开转盘上方示意图。

该过程中，转盘所受载荷为：

（1）

（2）

如图4所示。

转盘实际应用中，为保证转运平板车四轮均能进入转盘上方，则必有：，故

（3）

当时，需验证两组最大载荷：

及

当时，仅需验证一组最大载荷：

本研究中，l=2400 mm=2.4 m，d=3500 mm=3.5 m，

故，mm，满足，故需验证两组

最大载荷：

2.3 转动过程中回转支承载荷分析

加载过程中，转盘所受载荷主要为工件及转运平板车的重力产生的对转盘的轴向力和倾覆力矩、转盘转动产生的径向离心力及离心力产生的倾覆力矩。图5为转盘转动过程中的尺寸示意图。图6转盘转动过程中的载荷示意图。

产品在旋转时会产生离心力，而离心力作用点与转盘滚珠所在平面有一定距离，故离心力会对转盘产生一定的力矩。

转动过程中，转盘所受载荷为：

（4）

其中：G——转盘总载荷（N），x——载荷偏载距离（m），ω——转盘转速（rad/s），a——转盘上有效导轨长度（m），l——平板车轮距（m），h——产品及转运平板车的重力作用点与地面的距离（m）

h1——地面与回转轴承滚珠所在平面的距离（m），结合相关尺寸参数可得，在转动过程中，转盘所受最大载荷为：

后续将使用该载荷对转盘和回转支承的强度和刚度进行进一步分析。

3 现场应用

经由以上分析计算，对转运平台进行了机械结构设计。制造加工装配完成的实物已应用于实际当中，如图7（a）、（b）所示。转运平台安全、可靠、美观。相对于传统人工手摇驱动主式，工作效率提高了40%以上。

4 结束语

采用静力学相关设计计算方法对高重心危险品转运平台进行了机械结构设计。其动力驱动方式进行了改进，由传统的人工手摇驱动改进为电机驱动，工作效率提高了40%以上。进行了防倾翻设计，进一步确保了转运平台工作安全性、可靠性。

参考文献：

[1]李清东，林盛强，黄丽娇.站内电气设备转运小车的研制[J]. 电工技术，2016（02）：24-5.

[2]于新海，李玮.基于PLC的直角转运小车的控制程序设计与应用 [J]. 现代制造工程，2013（06）：73-7.

[3]董永法. 垃圾转运站设备移位平台的优化设计 [J]. 机械工程师， 2010（08）：124-5.

[4]沈超，党春太，仉传兴.700t箱梁转运平台的研制与应用[J]. 起重运输机械，2010（08）：20-3.