对液压堆高机附件的设计与开发
摘要
本文的主要目的是开发一个附件，它安装在所有液压堆高机或叉车货叉上，允许物料搬运的横向运动。这种附件是独特的，因为它可以附加或安装在吨级范围内任何液压堆高机上。该附件是一个组合，由两个分离辊床、一个丝杠、一个齿轮机构和一个移动框架组成，这个组合在压力机和储存架之间，它能使液压堆高车轻松装卸模具达一吨重的范围，减少了材料的搬运时间和成本、人力，并增加了安全性。开发的附件在不使用时也可以很容易地分离和保存，使堆垛机可以在物流部门的常规用途使用。详细设计、测试工作是在a.v.m座椅系统有限公司进行的。
关键词：附件、物料搬运系统、液压堆高车
1.简介
在任何行业的车间的主要流程包括生产和制造各种零部件，而物料搬运是由各种起重机、液压堆垛机完成。物料搬运系统负责安全、快速地把产品从压力机运送到储存架或从储存架运送到压力机，也将制造的组件运送到存储设备中。因此，物料搬运系统是非常重要的一个车间，包括各种设备如起重机、输送机、液压堆垛机（叉车）等。为了给设备增加这些功能，我们需要对它们进行修改。
2.现有工业场景
物料搬运公司[ A1和A4 ]提供了一个独特的解决方案，那就是便携式传送机。它们可以放置在任何地方，可以实现横向移动，但有一个固定的高度。通过高度调整解决了这一问题，但是不灵活，而使用叉车容易调整高度但是耗费时间。叉车制造商比如一些知名公司，增加了具有倾斜功能的产品，物料搬运时将会滑落，但该方法对于建立对重负荷的最小控制不仅不准确而且不安全。叉车制造商[ 2 ]想出了一个独特的解决方案，提供与钳口叉车一样的机器，它可以抓住任何东西，但这需要建立一个复杂的液压缸系统，导致增加了初始和维护成本。浦型公司[ A6 ]，开发了一个方案：提供横向运动给液压堆高机。但这导致了堆垛机垂直运动的损失，使其变为便携式输送带。最重要的是，这些修改都是这样的——他们不易拆卸，无法实现允许用户使用原机的目的，从而使机器永久作为一个专用机（SPM）。因此，为了克服上述缺点和局限性，在这一领域的研究是必需的。本文专注于提高液压堆垛机的功能/通用性。任何堆垛机或叉车具有一个只绕垂直轴的运动，无论是起重机或手动的工人，材料必须被装卸到叉上，这个过程增加物料的搬运时间，劳动力和成本，因为没有横向运动。因此，在这项工作得一个实际目的是减少材料处理时间、人力，减少了物料搬运成本，增加了安全性。
3.问题的定义
这项工作的主要目的是给液压堆高机设计和开发一个附件，它将减轻负荷和减少产品卸下过程所需的时间。此外，它只需要一个工人参与过程，从而节省时间，而不是打断车间的其他进程。同时这样的安排应该可以允许在相同的容量范围内随时随地拆卸各种堆垛机。制造安装应具有最小的维护和运行成本，从而不会成为该公司的额外费用。
4.在a.v.m座椅系统有限公司的运行情况
一般来说，物料搬运是由各种起重机、液压堆垛机完成。物料搬运系统负责模具的安全和快速移动。模具被加载或卸载到堆垛机上需要三到四个工人因为它们的体重在300公斤以上。同时满载的包装箱要由堆垛机运送，从货架到物流部的运输工具。图1显示了在车间里现有液压堆高车用于装载和卸载模具的过程。我们可以看到，堆料机只提供垂直运动，没有规定的横向运动。模具装卸必须被堆垛机的叉推倒，这需要更多的努力和处理时间。
图1 液压堆高机的操作过程
4.研制的液压堆垛机附件
开发的附件如图2所示，可以轻松地进行堆垛。开发的附件随着堆垛机的叉上下移动，不受任何干扰。在图3所示的液压堆高机的主要组成如下：
图2 设计的液压堆高机附件
1.辊床
2.丝杠和方形螺母
3.锥齿轮
4.心轴
5.推架
6.钢制电缆和钩
图3装配的实体模型
4.1辊床：
辊床是该附件的最重要的组成部分。辊床承担模具的整体重量，并是使模具的横向移动变得安全和快速的原因。辊床由放置在床上的六个辊构成，在床上的每个辊之间的间隔相等。模具的重量是均匀分布在所有与模具接触的辊上。他们可以均布载荷1000公斤。
图4 辊床
4.2丝杠和方形螺母：
跟大多数结构不同，在这个附件中的丝杠不需要承受任何重量，只用于移动连接到方形螺母顶部表面的推动框架。与车床的丝杠一样，螺母的转动自由度受到限制，从而使其只能沿丝杠的长度进行转动。丝杠是固定型的，由框架的荷载（自重）、弯曲和破碎应力计算，它设计的根据是反作用力等于摩擦力。两摩擦力公式（1）和（2）是：
滑动摩擦：
滚动摩擦：
其中，是摩擦力，mu;是系数。F、N、W都是常数，f是滚动摩擦常数，R是辊半径。
图5丝杠和螺母
4.3锥齿轮和轴的安排
在附件中所使用的锥齿轮和齿轮的大小相等，即齿轮比为1。齿轮传动的唯一目的是将轴的旋转运动传递给装配在垂直方向的丝杠（手柄是连接的），没有减速的作用。通过考虑梁的强度准则，进行了锥齿轮的设计。所用的轴是一个锥齿轮，并有手柄连接到一端。该轴在附件的后段中，垂直于丝杠。使用手柄使轴旋转，并将此旋转运动传递给使用锥齿轮装置的丝杠。
图6锥齿轮和轴的安排
4.5推架
当模具需要从堆高机卸到货架上时，推架结构可以将模具推动。它将螺母的平移运动转移到模具上。
图7推架
4.6钢缆和挂钩：
钢缆和挂钩被连接和安装在轴上的推架所引导。它们是用来把模具从货架上拉到滚筒上。挂钩使我们能够将钢缆连接到模具，当施加拉力时，钢缆已经牢固的连接在模具上。
5.结果与讨论
物料搬运之前的过程包括3到4的工人手工搬运模具到液压堆高机的叉子上。这容易导致模具损坏，或者不适当的处理危及工人安全。现在只有一个工人就能够顺利地装载和卸下模具，不用担心伤害到工人自己。聘请3到4个工人导致车间的其他进程受阻，从而导致时间的损失，最终导致损失效率。现在一个工人足够了，保证其他进程不受影响。从图8使用附件以后可以看出，物料人工搬运所要付出的代价是物料运输工作量的十倍以上。
不使用附件 使用附件
图8 手动搬运物料所需的时间
当没有该附件时，手工搬运物料所需要的时间要多得多。这些导致了物料运输成本的增加。如图9所示，计算表明物料运输成本降低了一半。
图9
因此，随着附件的开发和使用，物料在车间的运输效率大大增加了。
6.结论
通过使用所开发的附件，物料在车间的搬运时间减少了一半并且手功劳力减少到十分之一以下。现在只需要一个工人就可以装卸300-800公斤的模具，因此不会影响其他进程。随着模具的顺利搬运，安全性也在增加，对模具也没有任何损坏。使用开发的附件降低了50%的材料运输成本，这是我们的主要目标。所开发的附件是独一无二的，因为它可以连接或安装在一吨范围内的任何液压堆高机上。
7.未来发展
该附件可通过使用一个电源组和控制面板实现机动化，这将彻底结束手动工作的需要。
电动机可以在任一方向驱动丝杠。也可将丝杠和方形螺母用滚珠丝杠代替，使其运转平稳，精度更高。钢电缆可以被一个通电的电磁铁所取代，因此不需要每一次拉动模具时都要找到合适的点来连接钢缆。
斗式提升机主滑轮过渡区的离散元建模
摘要：
本文提出的离散元模拟的结果适用于斗式提升机主滑轮过渡区。这是一个大型研究的第一阶段，参照粒子前端喷出方式可以更好地理解斗式提升机的操作机制。在头端会出现两个问题：料斗用螺栓固定在输送介质（典型的比如织物增强带）上，并且在皮带和皮带轮的切点，料斗的头端速度要经受理论上的骤然变化。这种变化在料斗的头端速度导致一个典型的欠阻尼响应。在进行本研究时，有传递到输送介质的压力存在：理解这些压力的大小是这项研究的长期目标，从而允许一个定量依据对于现有的定性设计原则，比如输送机和电梯皮带的手簿。散装物料从斗中的排出已经得到解决。但这种分析依赖于简单而且常见的挖斗几何形状，并且忽略了头部带轮与低速卸货提升机的初始过渡，这将对卸货模式产生不可预测的影响。然而对于高速卸货提升机，预计过渡的不稳定影响会促进散装物料从料斗中过早排出。这取决于提升机壳体的设计，早期的卸货不一定会对整个输送效率产生影响。
关键词：斗式提升机；散装物料；机械装卸
1.概述
斗式提升机是整个物料输送行业中常用的工业设备。它们在紧凑的空间内完成对各种各样散装物料的垂直高度的提升。在升高的高度上有点限制，而且吞吐量大致可以扩展。斗式提升机的机械结构比较简单，大多数斗式提升机采用织物钢筋输送带材料，电力传输和料斗附件，大型斗式提升机可以采用钢芯皮带，混合型皮带或链条。在本文中，在施工中假设皮带是灵活的。通常情况下，料斗被螺栓固定在皮带上，将大直径的头部嵌入带罩的斗式提升机传送带，是为了实现提供给带下侧的冲刷光洁度的目的而设计的。料斗通常具有平坦的内壁，用紧固件固定，而这些确定了铲斗在传送带上的有效支点。图1展示了一种巨型铲斗的形状和这些铲斗在一些典型输送带上的安装。
图1 压制刚斗形图
在操作上，启动时斗式提升机的一个料斗经过提升机的最下部分。材料被提升的过程是由靠近提升机启动端的向下或向上的链滑槽提供，材料提升到斗轮结束时顶部溢出。不论进料的模式如何，在起动区域的不久之后的某一时刻，料斗填充到与额定吨位相符的水平。图2示出了在实验室斗式提升机的这些部分。
图2 小型斗提升机原理说明
铲斗在头部和尾部带轮之间移动时，输送带必须以相同的速度行动。然而，当铲斗绕过任意滑轮时，铲斗的前端速度必须以铲斗前端半径除以滑轮半径的比率增加。显然，这种增加的速度不可能是瞬间发生的，所以传送带在有限的时间内变形，以便于加速阶段。这些已经被高速录像机观察到，它揭示了料斗的阻尼振荡响应对速度的阶跃变化。
由于这些震荡，料斗中承载的物料将有更大的倒出倾向，原因是在局部减速阶段物料跟料斗之间接触力有所降低。
2.恢复力
在传送带的相切点变形时会产生两种恢复力。第一，如图3.b所示，在几何上由传送带的位移限定。局部皮带纤维张力有微不足道的增加，原因是料斗运动所施加的偏转，并且，它表明力施加到料斗上可以使其加速，它是由皮带头部和尾部带轮中心、料斗连接螺栓和皮带料斗接触的最低点之间的距离限定的。随着料斗的底部运动到输送带上，一个角将会在连接点与料斗接触的最低点形成，并且一个相应的较小的角将会朝向尾滑轮形成。
结合图3.b，力F的大小可由公式1确定。
（1）
在此处指出，由于传送带和料斗的质量，在头部的张力比尾部的张力更大，而偏转点处的局部张力在公式1中被求出。
第二个恢复力是赫兹接触力，由于料斗压靠传送带头部滑轮面产生。如果头部滑轮具有橡胶滞后，将促成更大的偏转，因为增加了接触点的柔软度。力产生的速率，以及与该联系相关的压力的中心，它取决于传送带弹性的横向模量和滞后材料在头部滑轮的柔软度。目前的模拟工作中，这两个促成的恢复力没有被去耦，这是进一步研究的点。
3.离散元分析
离散单元法是一种模拟晶级粒子流的数字工具。它是一种有名的处理粒状物料的优化工具。在每一个计算时间步骤中，DEM跟踪系统中每一个单元的粒子，并计算颗粒之间以及颗粒与边界之间的力。每一次碰撞，都施加接触力模型。各种复杂程度的接触模型都是可得到的，显而易见的是，在微粒水平一个更加复杂的力模型是必要的，为了正确预测颗粒大型组件的流动。我们使用CSIRO开发的DEM求解器应用程序，它已成功应用于采矿业中的颗粒流动，散装固体处理，地球物理和药物。线性弹簧用于将颗粒弹性加载进行建模，并且一个阻尼器模型的能量在非弹性碰撞中消散。这种接触模型简化了运算，它使得模仿大量的颗粒更切实。
为了便于模拟呈现，DEM软件创建了一种无限的刚性路径。连接到这个路径的是被约束在水平轴平行于头部滑轮轴的料斗。料斗的旋转由一对弹簧触点控制。弹簧被定位在料斗轴上方10mm和下方10mm处，要针对提升机校准来实现等效的恢复力矩。图4中的CYS指标指定料斗固定螺栓的中心线作为设置制造站点。这使我们能够模拟支撑传送带的变形，因为这些弹簧适应变化的负载状态。对于提交的模拟，我们定义一个软度作为具有5X106N/m的有效弹簧常数，将其用于料斗前端偏转节负载实验室测量验证。要获得这些实验室的测量结果，一台小型斗式提升机的料斗被放置在主滑轮和料斗前端一系列质点的切点。偏转测量记录为各质点提供连接刚度的数据。这个数据用于计算在DEM方法中使用软弹簧的情况下的有效弹簧率。“硬性”情况下，即任意接合弹簧常数为5X108N/m，用来模拟更高的提升机。
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