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      單梁起重機端梁U 形槽成型設備的研制

      電磁吸盤 2021-10-14 16:58

      趙偉哲 王京偉

      紐科倫(新鄉)起重機有限公司 長垣 453400

      摘 要:文中研制了專用于單梁起重機端梁U 形槽的成型設備,該設備操作簡單,自動化程度高,滿足了U 形槽的批量化生產。通過卷揚式牽引小車實現了零件的自動上下料,將零件存料、輸送、壓彎、碼垛四個工位緊密銜接,形成流水作業。具有自動復位功能的可移動成型下模使零件自動對中,保證成型的一致性,便于實現端梁的互換性生產。該設備的研制及投入使用大幅度提高了U 形槽端梁的生產效率,降低了勞動強度,具有較高的推廣價值。

      關鍵詞:單梁起重機;U 形槽;成型;自動上下料;復位;批量化

      中圖分類號:TH211+.3 文獻標識碼:B 文章編號:1001-0785(2020)23-0076-04

      0 引言

      隨著經濟的高速發展,單梁起重機作為一種輕小型的起重機械,配和電動葫蘆越來越廣泛的應用于工廠、倉庫、料倉等不同場合吊裝貨物,大幅度提升了生產效率和降低了勞動強度,因此單梁起重機的需求量日益增大。

      端梁是單梁起重機重要的組成部分,端梁的設計多采用U 形槽結構,由U 形槽、下蓋板、筋板組成箱型梁。目前,U 形槽的生產方式主要采用壓力機冷壓成型,各生產廠家壓力機形式不一,多為單件生產模式,自動化程度低,生產不連續,效率較低,且U 形槽質量一致性難以保證,產能無法滿足國內外市場日益增長的需求。為此,研發單梁起重機端梁U 形槽成型的專用設備很有必要。文中針對U 形槽生產現狀,以提升自動化程度、保證產品質量為出發點,研制了U 形槽專用成型設備。

      1 設備整體方案概述

      1.1 U 形槽截面

      為滿足強度的需要,不同跨度、噸位的起重機,U形槽的高度H、寬度B 有所不同。U 型槽兩側高度的高低差也是影響端梁互換性的重要因素,如圖1 所示。

      圖1 U 形槽截面

      1.2 方案概述

      U 形槽成型設備主要由主體鋼架、壓彎動力系統、成型上下模、自動上下料牽引小車等分組成。如圖2所示。

      1. 后碼垛架 2. 成型下模 3. 主體鋼架 4. 升降導柱 5. 前輸送架 6. 存料架 7. 自動上下料牽引小車 8. 壓彎動力系統 9. 成型上模

      圖2 U 形槽成型設備總體結構圖

      該設備以主體鋼架為載體,連接前輸送架和后碼垛架,存料架又和前輸送架連接,依次設置存料、輸送、壓彎、碼垛等4 個工位。壓彎動力系統安裝在主體鋼架上,成型上模和動力系統的液壓缸鉸接,上模和主體鋼架之間設置兩根升降導柱,下模在動力系統的作用下,以導柱為導向,向下運動,配合成型下模完成U 形槽的精準壓彎成型。存料架用于U 形槽壓彎前的存料,一次可存放數十個,滿足批量連續生產的需要。從存料到碼垛整個過程中零件的移位依靠牽引小車自動操作,形成了存料- 輸送- 壓彎- 碼垛的自動化流水生產,生產效率高。

      具體工作過程:啟動牽引小車運行至存料架,牽引小車帶動工件運行至成型上下模之間,兩側下模向內移動,自動對中零件壓彎動力系統啟動,上模下移進行壓彎成型。成型后上模上移至原位,兩側下模向外移動至原位,脫離工件,牽引小車帶動下一工件至上下模之間,同時將成型后的上一U 形槽推至后碼垛架進行碼垛。重復上述動作,即可完成U 形槽的連續自動化生產。

      2 關鍵問題研究與分析

      2.1 滿足壓彎力的需求

      U 形槽成型上、下模壓彎吻合過程是一個自由彎曲的過程,所需自由彎曲力

      式中:U 形板厚t =6 mm,長度L=5 000 mm,圓角半徑r =12 mm,U 形槽材料多為Q235B,其抗拉強度σb=375 ~ 500 MPa,取安全系數K=1.3,所需最大自由彎曲力F=455 kN。

      該設備壓彎動力系統以液壓為動力,液壓缸為元件,選擇液壓缸直徑為320 mm,在公稱壓力為16 MPa 時,推力為128 kN,該設備設置4 個液壓缸,同步動作推力可達512 MPa,滿足壓彎力的需求。

      2.2 基于SolidWorks 的仿真分析

      主體鋼架是整個成型設備的載體,起到連接其余各部件的作用,故在設計中滿足鋼架強度和剛度要求至關重要。主體鋼架為橋式結構,主要分為立柱、上橫梁兩部分。利用SolidWorks 中的Simulation 模塊可以精確模擬鋼架的受力情況。以立柱截面、上橫梁寬度和高度為參數變量,反復計算,在滿足使用要求的前提下,達到結構最優、消耗鋼材最少的目的。優化后鋼架最大應力為198 MPa,小于材料的許用應力230 MPa,最大變形為1.75 mm,小于跨度2 000 mm(兩側立柱的中心距)的1/1 000,從而滿足剛度和強度的要求。如圖3 所示。

      圖3 主體鋼架受力計算結果

      2.3 具有自動復位功能的可移動下模設計

      常見的壓彎模具均為固定式結構,若該設備采用固定下模,僅可以適應同一寬度U 形槽的制作,在成型后,零件和下模在摩擦力的作用下有些許的膠合,再加上U形槽本身的回彈作用,使U 形槽和壓輥之間產生一定的擠壓力,卸料困難。因此,設計一套具有自動復位功能的可移動下模。如圖4、圖5 所示。

      該下模主要由液壓缸、導向板、導向輥、導向輥安裝座、復位裝置、壓輥、頂桿裝置各部分組成。導向板外形為階梯斜坡形,左側安裝液壓缸,垂直側與頂桿裝置接觸,頂桿裝置中頂桿以滑鍵為導向,在滑座中可進行移動。復位裝置由拉伸彈簧、彈簧安裝座、螺母座、調整螺桿各零部件組成,螺母座固定不動,安裝座利用螺栓安裝在壓輥上。

      1. 液壓缸 2. 導向板 3. 導向輥安裝座 4. 復位裝置 5. 頂桿裝置 6. 導向輥 7.U 形槽展開狀態 8. 壓輥裝配

      圖4 可移動下模結構示意圖

      1. 螺母座 2. 調整螺桿 3. 拉伸彈簧 4. 彈簧安裝座

      圖5 復位裝置示意圖

      當液壓缸活塞桿收回時,拉動導向板向左移動,導向板上的階梯將向左方向的運動轉化為沿頂桿方向的運動,頂桿推動壓輥向內移動,同時壓輥拉動復位裝置使彈簧處于拉伸狀態,產生一定的拉力。兩側液壓缸的同步動作使兩側壓輥同時向內移動,安裝在壓輥上的導向輥使零件自動居中,滿足壓彎要求。

      當壓槽機上模向下運動完成壓彎后,液壓缸活塞桿做伸出動作,壓輥在拉伸彈簧拉力的作用下回到原位,實現自動復位功能,便于U 形槽成型后的卸料操作。復位裝置上設置調整螺桿,旋轉螺桿可調整拉伸彈簧的初始拉力,便于調整下模復位所需要的拉力大小。

      2.4 自動上下料牽引小車的設計

      牽引小車由運行跑車裝置、運行驅動裝置、連接架、升降驅動裝置、導向裝置和電磁吸盤各部分組成。安裝在主體鋼架上,以鋼架上的工字鋼為運行軌道做往復運動。實現U 形槽從存料、輸送、成型到碼垛整個過程的自動化。如圖6 所示。

      1. 運行跑車裝置 2. 運行驅動裝置 3. 連接架4. 升降驅動裝置 5. 導向裝置 6. 電磁吸盤

      圖6 牽引小車結構示意圖

      運行驅動裝置上設置一套運行電機和兩個卷筒,卷筒上纏繞鋼絲繩,鋼絲繩出繩端分別固定在主體鋼架的兩側。電機齒輪輸出軸嚙合卷筒上的齒輪,使兩個卷筒同向旋轉運動,達到鋼絲繩一松一緊的目的。升降驅動裝置設置一套升降電機和一個卷筒,電機輸出軸帶動卷筒旋轉,從而帶動電磁吸盤沿著導向裝置上下移動。當牽引小車處于存料區時,電磁吸盤下降,接觸工件后吸盤通電,吸附工件,自動上料。驅動裝置順時針旋轉,右側卷筒鋼絲繩松開,左側卷筒收緊,在左側鋼絲繩的反作用力下,牽引小車向左運動至上下模中間,電磁吸盤斷電,自動落料,同時連接架上的推板將上一成型后的U 形槽送至碼垛工位。然后驅動裝置逆時針旋轉,右側卷筒鋼絲繩收緊,左側卷筒松開,牽引小車移動至存料處,等待下一循環動作。整個過程采用PLC控制,牽引小車自動進行上下料,不需人工干預,生產效率高,實現批量化生產。

      3 結束語

      該U 形槽成型設備將零件的上料、壓彎成型、下料形成了流水作業,自動化程度高,適用品種多,實現了適合單梁起重機端梁U 形槽的批量化生產,大幅度提高了產品的生產效率,降低了勞動強度,生產的U 形槽成型一致,為整個單梁產品的互換奠定了基礎,值得大力推廣。

      參考文獻

      [1] 機械設計手冊編寫組. 機械設計手冊[M]. 北京:化學工業出版社,2008.

      [2] 中國模具設計大典編寫組. 中國模具設計設計大典. 第3 卷[M]. 南昌:江西科學技術出版社,2003.

      [3] 劉常. 基于ANSYS 的工程機械鋼結構優化設計分析[J].中國機械, 2014(9):210.

       

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