钢坯链式垂直提升机的研究与设计

费明利

（衡阳华菱钢管有限公司，湖南 衡阳 421001）

0 引言

轧钢厂所用的钢坯提升机是将地面输送辊道上的钢坯提升到二楼平台加热炉的入口附近，在提升过程中需要将钢坯平稳快速地将钢坯提升到加热炉的高度，在提升过程中尽量避免出现停机等现象，以免影响加热炉的生产。

目前国内常见的提升机结构有斗式提升机、螺旋提升机、链轮链板式提升机和泵送提升装置等。斗式提升机通过料斗装载砂石等物料，再通过联接料斗的链条向上运动而运输物料，常应用于矿山等行业。螺旋提升机常运输粉尘状的物品，目前新型螺旋提升机通过改进结构，已可用于运输快递包裹，且可通过控制转轴的旋转方向来进行双向运输。链轮链板式提升机的应用领域很广泛，既有用于矿石输送的，也有用于长物料提升的。泵送提升机构又称为泵送机，主要用于水泥和混凝土的提升运输[1]。

当前欧洲、特别是德国，在特大型提升机技术方面依然占据绝对领先地位，尤其是内装电动机式、多绳缠绕式（布莱尔）、应急救援式及带辅助拖动装置的提升机技术优势依然明显[2]。

为提升圆钢钢坯，本次需设计一种钢坯链式垂直提升机。其传动方式一般采用机械链传动，工作过程为电机带动链轮，链条向上提升，同时链条上的提升钩子带动钢坯向上提升。采用多根滚子链共同提升钢坯。提升机设计有导轨，链条和提升钩子在导轨里面运行。为了保证每根链条的受力均匀，提升钩子必须布置在多根链条的同一水平上。

1 钢坯提升机结构方案设计

合格的钢坯链式垂直提升机需满足条件：能够实现上料、提升、下料等基本工作动作；能满足运输圆钢的最大直径、最长长度、最大质量要求；同时提升运输效率高，能够满足钢厂生产要求，不易出现故障；操作简单，便于安装维修。

综上所述，本次设计的钢坯链式提升机由传统的斗式提升机改进而来。以链传动为主体，电机为动力。当下拨料机构将圆钢拨至链条上的托架挂钩时，托架挂钩再随着链条的运动将大质量的圆钢上抬运输，在到达最高点后，链条托架挂钩带动圆钢做圆周运动，由于重力作用，圆钢自动脱落到上拨料机构，并由上拨料机构将圆钢拨至上运输平台。至此提升输送装置的一次工作完成。其工作原理见图1。

图1 圆钢提升输送装置工作示意图

上下料机构分别位于提升机的下端和上端，其作用是将圆钢拨上和拨下提升机。本次设计的上下料机构是采用电动机带动的机械拨叉旋转上下料机构。其工作特点是通过将圆钢架放在旋转机械臂上，带动机械臂旋转，将圆钢运输到相配套的链条托架挂钩上，之后上升的挂钩将圆钢提起，实现上下料。

相较于传动的液压式圆钢上下料机构，电动机带动的机械拨叉旋转上下料机构，可以实现整圈的转动，且电机由电脑进行编程控制，更加智能。同时该装置能防止机械臂未完全回退时圆钢已下落，从而导致机械卡死的情况出现。其结构外形见图2。

图2 电机带动的机械拨叉旋转上下料机构

钢坯链式垂直提升机的主体结构由提升机链条及张紧装置、链条提升托架钩、拨叉上下料装置、提升链条导轨等组成。

2 钢坯提升机链条张紧方案设计

提升机张紧装置是提升机的重要组成部分，张紧装置的性能直接影响到提升机整机的工作性能[3]。链传动张紧的目的主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条震动现象。设置张紧装置的目的在于，保证了链条和链轮之间良好的啮合，避免产生啮合不良和链条震动现象。提升机张紧装置多数设计在了下半部分。

张紧装置有螺旋式张紧装置和坠重式张紧装置之分。

螺旋式张紧装置是把轴承固定在了螺旋拉紧装置的滑板之上，滑板则安装在下部区段的导轨之内。滑板主要是在U 型钢板里装上了调整用的螺母，在下部区段上的调整螺杆的作用之下进行旋转，从而拉紧下部提升机的下部分区段进而来调整张距。螺旋张紧装置的特点在于结构紧凑轻巧，安装简单，占地面积也小。但由于张紧力和张紧行程比较小，不能够自动调整张紧装置。由于螺旋张紧装置的行程收到结构的限制，所以不能够自动的保证恒定的张力大小[4]。所以，此类张紧装置都是用在长度短功率小的输送机上。通常行程选取总机长度的百分之一。

坠重张紧装置是依靠自身的重力来实现恒定张紧力的，因为其自身重量是恒定的，故而，可以保证足够的恒定张力。此类张紧装置多数用在输送功率大，输送长度大的大型输送机上。

考虑本次设计的链条张紧装置，采用螺旋式张紧，如图3 所示。链轮的轴承固定在了螺旋拉紧装置的滑板之上，滑板则安装在下部区段的导轨之内。滑板可以在U 型钢板里滑动调节，在下部区段上的调整螺杆的作用之下进行旋转。从而拉紧提升机的下部进而来张紧链条。为了保证每一根链条的张紧效果，分别在每一条链条都安装螺旋式张紧装置，用以达到张紧效果，螺旋张紧装置布置如图4 所示。张紧装置的行程一般在20 ～30 cm。

图3 螺旋张紧装置

图4 螺旋张紧装置整体布置

3 钢坯提升托架钩子设计计算

托架钩子的零部件是由两块钢板组合装配而成，虽然结构简单，但是强度非常可靠，完全适合钢厂钢坯的提升工作。钢板厚度15 mm，加工方案用铣刀一次性加工。托架零部件部分和链条用螺栓连接起来，连接方式见图5。托架钩子的结构见图6。

图5 链条托架挂钩连接结构图

图6 托架钩子结构图

4 钢坯提升机拨叉上料方案设计

拨叉上料机构通过自动上料来取代原来的人工操作，提高了钢厂的生产效率[5]。其本身的自动化的上料模式，有效的实行了物料运输搬运自动化。

拨叉上料的作用是按照工艺要求把钢坯从台架的一端搬运到另一端的滚到上，以便与设备的加工。目前我国的轧钢厂设计的钢坯上料装置结构根据工艺布置有多种设计，常用的有齿轮齿条式、链条链轮式、液压式、拨叉往复式。不同的上料装置在实际的运行中效果不同。具体的选型应根据输送条件、炼钢连铸与加热炉平面布置及其产能节奏等因素来确定，其中，经典的上料台架的工作原理是一个曲柄摇杆机构，曲柄的旋转，从而把物料从一端搬运到另外的一端[6]。作为经典的上料机构，曲柄摇杆机构的分析研究，对本次设计有很大的帮助。

曲柄摇杆机构如图7，钢坯通过提升在静台面上。当曲柄顺时针旋转的时候，中间的杆子会被曲柄抬高，进而托起中间的动杆，当中间的动杆高于静台面的时候，放在静止台面上的坯料会被动杆顶起，曲柄旋转到最高点的时候，中间的动杆最高，之后，当动杆低于静台梁面的时候，钢坯就被放置在静台面梁面上。

图7 曲柄摇杆机构

目前的钢管工业中用到的拨叉装置，是在曲柄摇杆机构的基础上改进而来的，它的基本作用是将管坯或钢管平行的从前一个工位转移到下一个工位[7]。拨叉预先在前一个工位处待料，钢管进入到拨叉后，拨叉选择，之后将钢管送入到下一个工位。当钢管完全的移送走之后，拨叉复位，在执行下一次动作。

上述分析中可以看到，拨叉上料的动作是一个定角往复运动，通常是采用液压缸驱动。因此本次设计也采用液压缸驱动，来实现上料动作动力。

5 钢坯提升链条导轨设计

因为钢坯对托架钩子有一定的倾翻力，所以需设计导轨，链条导轨部装图见图8，目的是为了钢坯能够顺利提升上去，同时链条在固定的轨道运行，在很大程度上保证的机械提升过程的安全。本次设计的导轨长度约5.2 m 左右，没有采用专用设计的轨道，而是用C 形结构钢焊接组合而成链条轨道，用15 mm的钢板安装在导轨上面，导轨安装固定在水泥立柱上面，轨道和挂钩之间预留有装配间隙，进而避免钩子和轨道发生碰撞发生安全事故。

图8 链条导轨部装图

6 拨叉上料装置设计

拨叉上料装置如图9。拨叉上料装置的作用是把管坯平行的从一个工位转移到下一个工位。拨叉上料装置的动作属于定角往复动作，采用液压缸驱动。动作程序为：拨叉预先在前一个工位待料，钢坯进入拨叉，拨叉平行转移钢坯到下一个工位，拨叉复位到带料工位。然后往复以上动作。

7 钢坯链式垂直提升机的总装效果

钢坯链式提升机选用链传动，其张紧装置选用螺旋张紧方式，采用拨叉上料。其总装效果如图10 所示。

图9 拨叉上料装置

图10 总体结构图

8 结语

钢坯提升机是钢铁企业的常用机械，在轧钢生产线上有着至关重要的地位。钢坯提升机比一般的行车、吊车等提升效率高出至少一倍，极大地提高了整个轧钢生产线的生产效率。

本次设计的钢坯链式提升机具有以下特点：采用机械链传动，驱动装置为电动机，利用提升钩提升钢坯。工作过程为电动机通过链轮带动链条向上提升，同时链条上的提升钩带动钢坯向上提升。采用滚子链，提升钩安装在链条上，提升钩布置在链条的同一水平上，多根链条共同提升钢坯。提升机设计有导轨，链条和钩子在导轨里面运行。其作用是防止发生钢坯侧翻，以及为了减缓上料卸料的冲击。钩子安装了滚轮，以到达减缓冲击的目的，延长机械使用寿命，减少维修频率。