超纤皮革用含浸槽升降机的设计

摘要：针对现有超纤皮革用含浸槽在聚氨酯浆料更换、含浸槽清理中存在的问题，根据剪叉原理设计的含浸槽升降机，实现了含浸槽的升降及可移动性，克服了使用者劳动强度大、生产效率低的问题。现场试验及试运行证实该设计方案可靠，对超纤皮革及合成革生产具有实用性和推广价值。

0引言

超纤皮革基布被引入涂布机含浸槽浸入聚氨酯浆料中，经过反复“浸渍—压榨—浸渍”预处理后，进入水洗槽进行水洗预凝固，最后通过烫平、拉幅、烘干、贴膜形成真皮感极强的超纤皮革。含浸槽盛有聚氨酯浆料固定于涂布机上，由于含浸槽中聚氨酯浆料需要根据所生产的超纤皮革的颜色及时更换，每次清理、更换需要24小时左右，给更换聚氨酯浆料和清理带来极大的不便，增加了劳动强度，极大地降低了生产效率，成为制约超纤皮革生产效率的瓶颈。作者根据剪叉原理设计了高效的超纤皮革用含浸槽升降机。

1含浸槽升降机方案设计

1.1技术参数

根据超纤皮革厂家提供设计参数及计算：举升高度范围：H=300～1000m含浸槽质量：M1=850～880kg聚氨酯浆料质量：M2=7150～7200Kg

1.2结构及工作原理

含浸槽升降机设计方案采用水平推铰接式，如图1所示。含浸槽升降机主要有四部分组成，其包括托架、机架、支撑杆、液压缸等。液压缸固定于下机架下端水平放置，活塞杆与两支撑杆铰接。按剪叉运动原理，通过活塞杆水平推拉支撑杆，使支撑杆收放，实现上机架的垂直升降。如图2所示。

2主要构件设计

2.1托架设计

托架主要用来支撑含浸槽及聚氨酯浆料的重量，对支撑杆进行固定和导向。其导轨主要用来限定支撑杆上面滚轮沿轨道的运动，如图3所示。依据含浸槽底座尺寸设定托架总体尺寸为：托架总体尺寸（3800×3400）mm。在托架上设有两条用于滚轮滚动的轨道，左端设有固定铰链座用于连接支撑杆的。整个托架主要由槽钢（Q235A140×58）架体构成。

2.2下机架

机座用来支撑托架、含浸槽、聚氨酯浆料及4根支撑杆的重量，同时用于固定油缸和支撑杆一端。其上导轨主要用来保证支撑杆滚轮沿轨道的运动，如图3所示。机座总体尺寸设定为：机座总体尺寸（4285×3400）mm。机座四周设有固定升降机的预装螺栓孔，并设有两条用于滚轮滚动的轨道及限位器，左端设有固定铰链座用于连接支撑杆，设有液压缸支座。整个机座主要由槽钢（Q235A140×58）架体构成。

2.3支撑杆

支撑杆主要结构有：支撑杆铰接孔、销钉孔等，支撑杆共有4根支撑杆组成，均选择采用Q235A槽钢120×53焊接成型。结构及尺寸如图3所示。

3载荷计算

3.1总载荷计算

总载荷M由含浸槽质M1量、浆料质量M2、托架M3和支撑杆质量M4组成。根据厂家提供设计参数及计算：含浸槽质量：M1=850～880kg聚氨酯浆料质量：M2=7100～7170kg含浸槽托架质量：M3含浸槽的托架主要用于支撑含浸槽。由槽钢焊接而成，如图4所示。槽钢规格有两种：Q235A槽钢100×4，其质量比为10.007kg/m，Q235A槽钢63×40，其质量比为6.634kg/m。

M3=[2.550×2+（1.180-2×0.048）×4+0.68×2+（0.4-2×0.048）×4]×10.007kg/m（1.017+1.084）×6.634kg/m=134kg
含浸槽托架质量：取M3=135kg
支撑杆质量M4=1.6×4×10.007kg/m=64kg
总载荷M=M1+M2+M3+M4=880+7135+135+64=8215kg。

3.2升降机机构自由度计算

升降机机构运动简图如图5所示。

原动件数Q=1（活塞杆），低副的数P1=5，高副的数Ph=1，活动构件的数N=4。
自由度：F=3N-（2P1+Ph）=3×4-（2×5+1）=1
由计算知：机构自由度F=原动件数Q，故该机构具有确定的运动。

3.3支撑杆强度校核

（1）支撑杆件组受力分析。以支撑杆2和支撑杆3组成的支撑杆件组作为研究对象，进行受力分析（另一侧支撑杆效果相同，如图6所示。

由计算知总载荷M=8215kg如图支撑杆件组承受的托架压力有4个等效力：T1、T2、T3、T4（其中T3、T4为另一侧支撑杆所受的压力），所以支撑杆2所受托架的压力为：T1=Mg/4=20537N

根据受力平衡条件：N1=N2=T1=T2=20537N
P1=P2

其中，N1—底座对支撑杆3的支反力；N2—底座对支撑杆2的支反力；P1—底座对对支撑杆3的水平支反力；P2—液压油缸对支撑杆2的主动推力。（2）支撑杆2受力分析。支撑杆2受力分析（如图7）。

由静力平衡条件，对O点取矩，即：ΣM0=0T1×L×cosθ-P×L/2×sinθ=0剪叉中间销轴对支撑杆2的挤压力：P=2T1cosθ

由牛顿定律知，销轴所受的作用力P1=2T1cotθ由此可知，托架下降越低销轴所受的作用力P1就越大。为防止支撑杆2卡死取：
θmin=13°
则托架下降至最低点时，销轴所受的最大作用力P1=179545N，液压缸活塞杆的推力：
P2=179545N
F1=T1cos13°=20000N
F2=Pcos77°=40000N
F3=P2sin13°=40000N
F4=N2sin77°=20000N
F5=F3-F4=20000N

（3）支撑杆2的强度校核。根据上述计算，弯矩图如图8所示。

从弯矩图8看出，截面B处为弯矩最大。Mmax=F1×L/2=16000Nm。最大应力σmax在离中性轴最远的截面B处。对B处进行校核。

对B点截面的弯截面系数Wb计算，如图9所示。

根据所设计的支撑杆，在B点处的结构尺寸为：b1=0.065m，b2=0.037m，
h1=0.12m，h2=0.104m，h3=0.08m，h4=0.05m。

所以，总的抗弯截面模量：Wb=W1-W2-W3+W4=0.00010178m

B处进行抗弯强度校核：

σmax=MmaxWb=148.6MPa<[σ]=375MPa

同理，对截面B处进行抗弯强度校核:σmax=MdWb=0.7Mmax0.8Wb=157MPa<[σ]=375MPa

由上可见，B处满足强度条件。支撑杆2为小柔度杆受压，其稳定性校核应按强度问题计算。综上所述，支撑杆2满足强度要求。

4销轴设计

支撑杆2、3用销轴连接，选用45＃钢。剪切许用应力：[τ]=155MPa。其结构结构如图10所示。选销轴直径d=50mm，销轴按剪切强度进行校核。

如图10所示，销所受的剪切为双剪切：τ=P/2πd2/4≤[τ]=155MPa其中：P—主动支撑杆1作用在销轴上的力；d—销轴的直径；τ—销轴所受实际剪切应力。计算得：d≥35mm所以，取d=50mm，能够满足剪切强度要求。

5液压缸

由上述计算，液压缸活塞杆的推力：P2=P1=179545N。根据类比法，选择液压缸的工作压力P=10MPa，液压缸活塞杆直径d=110mm，满足设计要求。综上，绘制三维仿真含浸槽升降机如图11所示。

6结论

升降机用于湿法超纤皮革生产线涂布机，解决了含浸槽的升降难题，经实际使用和检测效果理想，因此该设计方案为合成革生产线上解决含浸槽的升降问题提供一种思路，具有实际应用价值和推广意义，也为同行类似设计的升降机提供了参考。

参考文献：

[1]升降机设计手册编写组.升降机设计手册[M].北京:机械工业出版社，1998.

[2]朱学敏.升降机[M].北京:机械工业出版社，2003.

[3]须雷.升降机的现代设计方法[J].起重运输机械，1996，8.

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