一种镀锌行业用电动葫芦

赵 鑫 王若飞 秦 晋 刘鸿翔

纽科伦（新乡）起重机有限公司 长垣 453400

0 引言

起重机广泛应用于镀锌行业，现阶段镀锌线人工手动操作，对镀锌件钝化时间等无法精确计算，无法保证镀锌产品表面质量的统一性。宋利刚等[1]指出镀锌产品表面质量的好坏至关重要，在一定程度上直接影响企业在用户中的口碑；韩翠英等[2]浅谈起重机自动化技术的发展，指出智能化与自动化相结合是当代起重机技术发展的一大趋势。因此，设计一款可以适用于自动、半自动生产线的镀锌葫芦尤其重要且顺应起重机技术的发展趋势。

镀锌产品生产线是一个复杂的闭环系统，过程中涉及到多个工艺流程，由于各个流程之间特点不同且运行线路存在弯道，因此，镀锌线用电动葫芦的设计要涉及转弯、垂直升降（防摇）、变频调速等各个方面[3]。

须雷[4]指出起重机的更新和发展跟随工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要发挥出最佳的效用。目前，市场上的镀锌电动葫芦虽然可以用于镀锌线使用，但由于其起升装置为柔性钢丝绳，摇摆幅度较大无法定位。本文根据用户使用情况反馈需求研发一款成本较低且可应用于镀锌行业的半自动、自动生产的镀锌电动葫芦。

目前，镀锌线用起重设备主要面临以下困难：空间低矮、工作区域小、镀锌工艺槽小和运行精度低等。本文研发了一种镀锌行业用电动葫芦，用来满足镀锌行业的工况需要。该电动葫芦在弯道处随意旋转且镀锌件在升降过程中能保证镀锌件摆幅最小，可以控制在自动化需要的范围内，且运行变频调速能很好地满足自动化要求，各个工艺流程之间的自由转换最大限度地满足自动化生产线对钢丝绳电动葫芦的需求。

1 镀锌电动葫芦的整体布置

镀锌电动葫芦具有运行精度高、起吊平稳与适应性强的特点，满足对镀锌线的工作需要，整体布置如图1所示。

图1 镀锌工艺平面示意图

镀锌工艺槽置于轨道正下方，电动葫芦负责起吊清洗镀锌件，依次经冷水、热水、钝化、喷淋等工艺槽清洗，在热水槽一般需停留42 s，保证钝化质量，钝化完成后吊运至空中停滞18 s，保证镀锌件全部老化，出槽后空老化后继续进入喷淋槽，镀锌件经喷淋后返回卸料处烘干。

由图1 可知，为减少厂房长度方向距离，轨道一般是环形布置，此类布置便于减少厂房设计成本，观察镀锌件镀锌质量和生产状况。

2 镀锌电动葫芦的结构设计

2.1 镀锌电动葫芦整体

镀锌电动葫芦[5]采用新型刚性结构克服传统电动葫芦起吊摇摆无法定位的劣势，结构如图2 所示。该电动葫芦主要由电动小车、葫芦架、连接架装置、起升装置及起吊装置等部件组成。

图2 镀锌电动葫芦结构图

电动小车采用连接件将4 个轮子分别安装在轨道上，安装时根据工字钢型号的不同，通过调整跑车车轮间距以配套轨道。电动小车通过连接架装置（含旋转机构）与下方的葫芦架及电动葫芦连接在一起[6]。机械结构方面采用拉拔成型的型材矩形管，减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能，葫芦架端部采用矩形型材钢管焊接，底部采用螺杆紧固，具有一定的轨道间距可调节性。考虑到镀锌线使用工作环境恶劣，葫芦架矩形型材管端部均增加封板，避免出现内部无防腐措施导致出现腐蚀，降低葫芦架使用寿命的情况。起吊装置总成由横梁上焊接的12 件导向轮、动滑轮组和吊具连接梁等组成，通过钢丝绳从卷筒下绳至起吊装置总成滑轮组，随着钢丝绳的卷出、卷入带动吊具垂直升降，导向轮沿葫芦架表面矩形管行走限制除垂直方向外其余方向运动趋势。

2.1.1 连接架装置（旋转机构）

由图1 可知，镀锌线均存在转弯位置卸料，为满足使用需求设计可旋转连接架装置，结构类似于吊钩装置中钩头与滑轮之间的连接方式（见图3），底座与台阶轴安装推力球轴承，转弯结构简单且能保证电动葫芦在经过弯道时不会出现卡轨现象，水平轮安装在轨道两侧，保证电动葫芦运行时不出现大幅度摇摆。连接架装置结构图如图3 所示。

图3 连接架装置结构图

2.1.2 起吊装置总成

起吊装置总成如图4 所示。吊具连接接口处采用台阶面设计，吊具与连接口之间采用螺栓加减载凸缘的连接结构，螺栓不受剪力仅起紧固作用，吊具连接板凸缘处受剪力，避免螺栓疲劳被剪断从而造成安全事故的发生。

图4 起吊装置总成

由图4 可知，动滑轮装置与导轮、吊具连接架采用螺栓连接，避免因滑轮磨损造成整个起吊装置总成都需更换而浪费资源，可实现单独更换动滑轮装置。

2.1.3 葫芦架总成

另一种方法就是采用子空间跟踪技术[13]。在强干扰环境下，由于接收机接收的GPS有效信号能量很弱，干扰和白噪声占据了接收数据的主能量子空间。而有效信号的检测主要依靠扩频增益，它对消除白噪声的影响很有效，但对强干扰却未必有效，所以接收信号处理的关键是抑制强干扰。基于子空间投影的干扰抑制是一种有效方法，其基本过程是首先找出干扰子空间，再将接收信号投影到干扰子空间的正交子空间当中，投影后的信号即为去除干扰后所求信号，如图2所示。

葫芦架总成如图5 所示。起升装置通过葫芦架及起吊装置与下方的吊具连接在一起，吊具通过刚性的葫芦架与吊具连接梁连在一起，吊具与钢丝绳并未直接接触。

图5 葫芦架总成

由图4 可知，起吊装置上焊接了12 件导轮装置（卷筒轴向位置4件导轮装置，卷筒径向位置8件导轮装置），导向轮装置以葫芦架4 条矩形管为轨道，实现了对除垂直方向之外的其他2 个方向相对运行的制约，保证吊具及被起吊件在可控的范围内出现小幅度晃动，特别有助于镀锌行业中镀锌、酸洗的工艺流程，再加上成熟的自动化电气控制，能极大地提升该行业的工作效率。

3 与传统镀锌葫芦的对比

3.1 旋转机构的对比

传统的旋转行装置如图6 所示。由图3 与图6 对比可知，传统旋转机构葫芦架板连接口采用铰接连接，葫芦在运行和停止由于自身惯性和冷启动原因导致前后摇摆不平稳。本文介绍的镀锌电动葫芦其新型旋转机构采用回转支承结构，属于刚性连接，葫芦在运行过程中不会出现上述情况导致无法实现精准定位且跑车轨道两侧增加水平轮装置，避免运行过程中发生啃轨、跑车上墙等现象。

图6 旋转机构（传统）

3.2 起升装置的对比

传统的电动葫芦如图7 所示，其起升装置由吊钩装置、起升减速器、起升电动机、卷筒装置、左旋导绳器、右旋导绳器、固定式葫芦外罩等组成。其中卷筒为双旋向，卷筒两端压绳，钢丝绳从一端压绳后缠入卷筒通过导绳器、吊钩滑轮、定滑轮、后进入另一旋向卷筒缠绕完成后通过压绳板固定；起升减速器、起升卷筒组、起升电动机一字型串联布置，卷筒内部增设二节轴通过刚性联轴器与减速器连接，通过弹性联轴器与电动机连接。

图7 传统电动葫芦

由图4 与图7 对比可知传统电动葫芦起升装置通过卷筒卷入、卷出钢丝绳带动吊钩升降运动，而本文介绍的刚性镀锌葫芦钢丝绳与起吊装置总成刚性运动横梁滑轮连接，不与吊物直接连接，避免了因钢丝绳为柔性造成的吊物来回晃动不平。传统镀锌电动葫芦起升采用重锤限位、断火限位双重防护，而本文介绍镀锌线上使用的刚性镀锌电动葫芦在设计时通过自身尺寸结构的设计，使导向轮在运行至轨道尽头时，起吊装置总成与卷筒装置仍留有安全空间，可以保证在上限位失效后，通过其机械结构仍可防止起升冲顶，避免了安全事故发生的可能。

3.3 电动葫芦结构的对比

由图2 与图7 对比可知，传统镀锌线电动葫芦与本文介绍新型镀锌葫芦的区别主要有以下几点：

1）传统电动葫芦采用吊钩装置负责起吊、清洗镀锌件，由于钢丝绳为柔性，电动葫芦在水平方向运行不断启停，挂钩由于惯性在起吊过程中，吊钩特别容易前后摆动，无法定位，撞击槽壁，影响生产的正常进行，所以需等待吊钩二次垂直，浪费时间。本文介绍镀锌葫芦采用刚性葫芦架，无吊钩装置，为起吊装置与下方吊具连接，吊具与钢丝绳并未直接接触，不会出现因钢丝绳为柔性导致左右摇摆而出现大幅度摇摆。

2）传统电动葫芦为保证重心在主动跨、从动跨车轮内，葫芦架需加宽设计，在起升装置对侧需增配重以保证重心位置。本文镀锌葫芦起升机构位于跑车正下方，保证出绳位置在葫芦正下方，无需增加配重装置，且葫芦架自身为刚性，可以限制除垂直方向外其余方向的行走，压缩了葫芦本体侧向空间，进一步降低厂房建设和镀锌工艺槽建设成本。

3）传统电动葫芦采用导绳器在两端定滑轮在中间布置，为保证上极限位置时钢丝绳与卷筒夹角＜3.5°，卷筒中间预留光段较大，加大葫芦外形尺寸，减少了葫芦轨道方向运行极限且由于采用定滑轮结构，故起升装置为1 根绳布置，若出现钢丝绳拉断，葫芦将无法保持住重物，进而出现吊重物直接坠落存在安全隐患。本新型镀锌葫芦起升机构结构采用两端下绳与起升横梁滑轮组配合，滑轮组内为关节轴承，可以补偿一定夹角，进而减少钢丝绳磨损，卷筒两端绕绳采用2 根独立钢丝绳，可避免因一端钢丝绳拉断，吊重物坠落发生安全事故，导绳器从两端向内下绳无需增加光段，可以缩短卷筒长度增加轨道方向运行极限。

4）相较传统葫芦起升装置可不设置重锤限位。由图2 可知，起吊装置总成上的水平轮装置在葫芦架矩形管导轨上运行，当径向水平轮装置运行至葫芦支座下矩形管处时，导向轮与葫芦架矩形管底面接触停止，防止冲顶，有效提高了起升上极限约200 mm。

5）传动电动葫芦卷筒为预留光段，造成卷筒较长，而葫芦式起重机卷筒为固定绳槽壁厚，所以卷筒内部需在减速器端焊接中间支撑保证卷筒平稳运行，但是卷筒为密闭无缝钢管，所以在一定程度上不利于生产加工，降低生产效率。本结构葫芦无需预留光段，所以不需要在卷筒内部焊接中间支撑，间接提高生产效率。

6）相较于传统镀锌葫芦采用上座板与葫芦架通过螺栓连接，本文介绍新型镀锌电动葫芦，可直接采用运行式葫芦架板与葫芦架通过螺杆连接，架板孔仅起连接固定作用，不需要对架板孔精加工，而传统上固定座式葫芦需对座板上面和葫芦架下面加工保证平面度，本结构葫芦减少了精加工步骤，间接提高生产效率。

7）传统旋转机构葫芦架板连接口采用铰接连接，葫芦在运行和停止由于自身惯性和冷启动原因导致前后摇摆不平稳，本文介绍的镀锌线使用电动葫芦其新型旋转机构采用回转支承结构，属于刚性连接，葫芦在运行过程中不会出现上述情况导致无法实现精准定位且跑车轨道两侧增加水平轮装置，避免运行过程中发生啃轨、跑车上墙等现象。

镀锌电动葫芦可以满足镀锌线上各种工况使用需求，尤其利于自动、半自动镀锌线，如有特殊生产需要，可在轨道上布置多台镀锌葫芦联动使用。为了电动葫芦设备的运行安全，单台葫芦使用时，采用拨杆限位降低一定成本，多台联动使用时，增加机械防碰撞装置和激光限位冗余设计保证设备运行安全。

4 结论

本镀锌行业用电动葫芦的设计完成，满足了镀锌线生产的半自动、自动工况，具有运行精度高、起吊平稳与适应性强等特点，对镀锌行业具有很强的实用性，且已投入市场，进入客户车间，不同于以往的镀锌车间用葫芦，该电动葫芦极大推进镀锌行业自动化作业的进程，节约原本1/3 的生产时间，提高了镀锌线的生产效率，取得了客户的一致好评，并且其采用均为普通二合一电机，仅增加部分钢结构，取消了吊钩等不必要装置，与传统镀锌葫芦成本相差无几，市场反应较为良好。