应用于钢管生产线的特殊链式输送机研究与设计

摘　要：为满足某热轧钢管生产线上钢管平移运输要求，结合车间生产流程与机器设备配套情况,设计出同时

具有竖直方向小距离位移和大距离平移功能的特殊链式输送机。该设备包括分段链式输送和后端齿轮齿条摆动部分,前段和后段链式输送共用同一套动力装置，不仅完成了重要零部件和设备整体设计，而且还达到设计要求。

关键词：钢管生产线 特殊链式 输送机

1　设计背景

某热轧钢管生产线上的钢管冷床与切管机辊道之间需布置一台输送机,实现钢管平移运输。通过实地考察工厂车间生产流程与机器设备配套情况发现，钢管冷床与切管机辊道平行布置，且两者工作标高之间有一定高度差.经过分析讨论，确定设计一台具有竖直方向小距离位移功能的平移输送机，以实现钢管在钢管冷床与辊道之间的运输,生产设备平面布置图如图1所示。

图1　生产设备平面布置图

2　链式输送方案的确定

链条输送机结构简单且保养维修方便，具有很大的输送能力，具有以下优点：一是链条作为牵引构件，其结构形式多样，易于在链条上固定联接工作构件,以适应钢管运输；二是链条可以实现连续输送，大大加快了钢管输送速度和效率，使生产运行更为紧凑连贯。结合现有车间生产线上的其他设备配套情况，链式输送机是最适合机械设备，但设计链式输送机应同时具有竖直方向小距离位移和大距离平移功能。

3　链式输送机的举升方式选择3.1　输送机整体升降

输送机整体升降如图2所示。将输送机整体固定在升降台上，待钢管传送到指定位置，将钢管连同输送机整体放下，使钢管置于输送辊道上；钢管由辊道送走后，输送机升降台再次上升，等待下一次动作。这种设计结构简单，输送机部分可以使用通用或现有产品；但升降部分设计笨拙沉重，且需要将所有机械设备举升，能耗巨大，经济性较差。3.2　输送机后段举升为了节省举升时的能耗，将输送机机架设计为两段，通讯作者：汤子尧。如图3所示。根据车间生产的钢管规格，可将举升段长度控制在2m以内。但是分段式的平行举升、前后两段链条需要各自传动系统，这使得机械结构变得冗杂繁琐，并不是一种最佳的方案。

图2　整体举升示意图

图3　后端举升示意图

3.3　输送机整体摆动

由于第一种方案整体举升能耗过大，故考虑将竖直举升动作变为整体摆动，如图4所示。该方案结构仍较复杂，能耗仍然较大。

图4　整体摆动示意图

3.4　输送机分端摆动

将分段式设计与后端摆动式设计综合，便可得到分端摆动设计方案，如图5所示。该方案即减轻了举升动力功耗，还能使结构进一步得到简化紧凑。因此，分段设计和后端摆动是较理想的举升方案。

图5　分段后端摆动示意图

在确定了采用分段式设计与后端摆动式相结合设计方

2现代制造技术与装备2019第8期　总第273期案后，再对摆动机构进行选择。由于所需摆动幅度不大，所以只考虑以下几种常见传动机构方案。4.1　曲柄摇杆摆动方案将摆动架作为摇杆，通过驱动曲柄旋转实现摆动架特定角度摆动，如图6所示。每一摆动架都有相配套的连杆和曲柄，将各自曲柄固定联结同一旋转轴，以实现摆动同步动作。

图6　曲柄摇杆摆动方案示意图

4.2　滑块摇杆摆动方案

这一驱动结构传动效率高于四杆机构，同样需要额外的驱动装置推动滑块运动，如图7所示。该方案实质上将摆动架的绕轴小幅度转动转变为滑块直线移动，所以有较多的带动滑块方式可供选择。

图7　滑块摇杆摆动方案示意图

4.3　齿轮齿条传动摆动方案

由于摆动架运动是绕固定轴旋转，所以用齿轮传动方式更好。由于摆动架相对较长，固结在摆动架上的从动齿轮半径很大，而主动齿轮尺寸设计较小，可将其视为一种齿轮与弧形齿条啮合传动的构件，如图８所示。齿轮齿条传动特点有传动平稳、安全，齿轮齿条在电机驱动下匀速转动，有效避开了前几种传动方式变速运动问题。另外，这种设计结构紧凑，节省空间；同时齿轮齿条传动方式只需在主动齿轮轴向放置动力部件，节省了设备空间。综合考量，是一种较为理想的设计方案。

图8　齿轮齿条传动摆动方案示意图

在对输送机举升方式布局和具体举升结构进行分析、选择和比较后，最终确定了输送机的总体结构，即输送机采用链条传动，机架上布置链轮链条和凸板。机架分成两段，第一段为固定架；第二段为摆动架；摆动动作通过齿轮和固结在摆动架上齿条实现；所有动力均采用减速电机，第一段和第二段的链式输送共用同一套动力装置。

运输机的工作分为两部分，前端实现了钢管水平输送，后端完成将钢坯下放到切管机辊道的动作；前后两段链条采用同一套动力装置，链式运输机的总体结构简图如图9所示。图9　链式运输机的总体结构简图

5　链式运输机重要零部件设计

链式运输机的传动件工作原理如图10所示。

1.链驱动电机；2.后端摆动电机；3、4.联轴器；5、6.轴承座；7.前端链条；8.后端链条；9、10.主动链轮；11.摆动开式齿轮

图10　链式平移运输机工作原理简图

可见，设计的关键是链轮链条、齿轮齿条以及机架底

座设计。

第一，链传动设计。输送机的链传动工作环境没有激烈冲击振动。开式链传动的齿数不宜过多，且输送机链轮齿数越小，可以选取更大链号链条，提高链条强度；但链轮齿数也不能过小，否则会加剧链传动多边形效应。综合考量，取主动、从动链轮齿数均为15。设计完成后，链轮和链条的三维图形如图11、图12所示。

图11　链轮（主动）三维模型设 计 与 研 究3图12　链条三维模型

第二，齿轮齿条摆动设计。考虑到链式输送机整体机构方案和摆动架运动状态，决定选用直齿圆柱齿轮齿条摆动。完成的齿轮副设计三维图如图13、图14所示。

图13　小齿轮轴三维图

图14　弧形齿条（大齿轮）示意图

第三，机架、底座设计。单台运输机的机架包括固定架与摆动架各一套，参照相关设备结构设计的固定架三维图如图15所示。摆动架链条由于会在摆动平面内绕转，不能松弛，故在从动链轮的转轴安装处还要加装张紧螺母的凸板，摆动架三维图如图16所示。

图15　固定架三维图

图16　摆动架三维图

设计完成的特殊链式输送机总图如图17所示。

图17　特殊链式输送机总图

6　结语

本设计以实现钢管大跨距运输为目标，结合实地考察分析与理论设计计算结果，对使用设备、运动机构及传动

部件提出了多套不同设计方案，最终确定了相对合适方案。依据场地尺寸、产品参数、工况条件和工作要求，设计合理的机械结构，建立三维模型，完成全套工程图，完成特殊链式运输机设计达到了设计要求。

参考文献

[1]尹瑞华，轨道约束型重载链输送系统的设计[D].天津：天津理

工大学，2016.

[2]孙欣林，邵皖平，郑相宜.FU链式输送机的创新型升级改造方

法[J].水泥技术，2015，（6）：92-95.

[3]王秀文，张飞.基于多体动力学的滚子链运输机建模与分析[J].

冶金设备.2014，（5）：31-35.

Research and Design of Special Chain Conveyor Applied to Steel Tube Production Line

FEI Mingli1, TANG Ziyao2, WU Jiannan3

421001;2.Shanghai Institute of Electrical Machinery, Shanghai (1.Hengyang Hualing Steel Tube Co., Ltd., Hengyang 201306;3.Central South University, Changsha 410083)

translational transportation of steel pipes on a hot-rolled steel Abstract: In order to meet the requirements of the pipe production line, combined with the production process of the workshop and the matching of machinery and equipment, a special chain conveyor with vertical displacement and large-distance translation function is designed. The equipment includes segmented chain conveyor and rear gear rack swinging part. The front and rear chain conveyors share the same power unit, which not only completes the design of important parts and equipment, but also meets the design requirements.

conveyor

Key words: steel pipe production line, special chain,