摘要：針對(duì)現(xiàn)有超纖皮革用含浸槽在聚氨酯漿料更換、含浸槽清理中存在的問題，根據(jù)剪叉原理設(shè)計(jì)的含浸槽升降機(jī)，實(shí)現(xiàn)了含浸槽的升降及可移動(dòng)性，克服了使用者勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的問題?，F(xiàn)場試驗(yàn)及試運(yùn)行證實(shí)該設(shè)計(jì)方案可靠，對(duì)超纖皮革及合成革生產(chǎn)具有實(shí)用性和推廣價(jià)值。

0引言

超纖皮革基布被引入涂布機(jī)含浸槽浸入聚氨酯漿料中，經(jīng)過反復(fù)“浸漬—壓榨—浸漬”預(yù)處理后，進(jìn)入水洗槽進(jìn)行水洗預(yù)凝固，最后通過燙平、拉幅、烘干、貼膜形成真皮感極強(qiáng)的超纖皮革。含浸槽盛有聚氨酯漿料固定于涂布機(jī)上，由于含浸槽中聚氨酯漿料需要根據(jù)所生產(chǎn)的超纖皮革的顏色及時(shí)更換，每次清理、更換需要24小時(shí)左右，給更換聚氨酯漿料和清理帶來極大的不便，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地降低了生產(chǎn)效率，成為制約超纖皮革生產(chǎn)效率的瓶頸。作者根據(jù)剪叉原理設(shè)計(jì)了高效的超纖皮革用含浸槽升降機(jī)。

1含浸槽升降機(jī)方案設(shè)計(jì)

1.1技術(shù)參數(shù)

根據(jù)超纖皮革廠家提供設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算：舉升高度范圍：H=300～1000m含浸槽質(zhì)量：M1=850～880kg聚氨酯漿料質(zhì)量：M2=7150～7200Kg

1.2結(jié)構(gòu)及工作原理

含浸槽升降機(jī)設(shè)計(jì)方案采用水平推鉸接式，如圖1所示。含浸槽升降機(jī)主要有四部分組成，其包括托架、機(jī)架、支撐桿、液壓缸等。液壓缸固定于下機(jī)架下端水平放置，活塞桿與兩支撐桿鉸接。按剪叉運(yùn)動(dòng)原理，通過活塞桿水平推拉支撐桿，使支撐桿收放，實(shí)現(xiàn)上機(jī)架的垂直升降。如圖2所示。

2主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

2.1托架設(shè)計(jì)

托架主要用來支撐含浸槽及聚氨酯漿料的重量，對(duì)支撐桿進(jìn)行固定和導(dǎo)向。其導(dǎo)軌主要用來限定支撐桿上面滾輪沿軌道的運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。依據(jù)含浸槽底座尺寸設(shè)定托架總體尺寸為：托架總體尺寸（3800×3400）mm。在托架上設(shè)有兩條用于滾輪滾動(dòng)的軌道，左端設(shè)有固定鉸鏈座用于連接支撐桿的。整個(gè)托架主要由槽鋼（Q235A140×58）架體構(gòu)成。

2.2下機(jī)架

機(jī)座用來支撐托架、含浸槽、聚氨酯漿料及4根支撐桿的重量，同時(shí)用于固定油缸和支撐桿一端。其上導(dǎo)軌主要用來保證支撐桿滾輪沿軌道的運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。機(jī)座總體尺寸設(shè)定為：機(jī)座總體尺寸（4285×3400）mm。機(jī)座四周設(shè)有固定升降機(jī)的預(yù)裝螺栓孔，并設(shè)有兩條用于滾輪滾動(dòng)的軌道及限位器，左端設(shè)有固定鉸鏈座用于連接支撐桿，設(shè)有液壓缸支座。整個(gè)機(jī)座主要由槽鋼（Q235A140×58）架體構(gòu)成。

2.3支撐桿

支撐桿主要結(jié)構(gòu)有：支撐桿鉸接孔、銷釘孔等，支撐桿共有4根支撐桿組成，均選擇采用Q235A槽鋼120×53焊接成型。結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3所示。

3載荷計(jì)算

3.1總載荷計(jì)算

總載荷M由含浸槽質(zhì)M1量、漿料質(zhì)量M2、托架M3和支撐桿質(zhì)量M4組成。根據(jù)廠家提供設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算：含浸槽質(zhì)量：M1=850～880kg聚氨酯漿料質(zhì)量：M2=7100～7170kg含浸槽托架質(zhì)量：M3含浸槽的托架主要用于支撐含浸槽。由槽鋼焊接而成，如圖4所示。槽鋼規(guī)格有兩種：Q235A槽鋼100×4，其質(zhì)量比為10.007kg/m，Q235A槽鋼63×40，其質(zhì)量比為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
含浸槽托架質(zhì)量：取M3=135kg
支撐桿質(zhì)量M4=1.6×4×10.007kg/m=64kg
總載荷M=M1+M2+M3+M4=880+7135+135+64=8215kg。

3.2升降機(jī)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算

升降機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖5所示。

原動(dòng)件數(shù)Q=1（活塞桿），低副的數(shù)P1=5，高副的數(shù)Ph=1，活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)N=4。
自由度：F=3N-（2P1+Ph）=3×4-（2×5+1）=1
由計(jì)算知：機(jī)構(gòu)自由度F=原動(dòng)件數(shù)Q，故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。

3.3支撐桿強(qiáng)度校核

（1）支撐桿件組受力分析。以支撐桿2和支撐桿3組成的支撐桿件組作為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析（另一側(cè)支撐桿效果相同，如圖6所示。

由計(jì)算知總載荷M=8215kg如圖支撐桿件組承受的托架壓力有4個(gè)等效力：T1、T2、T3、T4（其中T3、T4為另一側(cè)支撐桿所受的壓力），所以支撐桿2所受托架的壓力為：T1=Mg/4=20537N

根據(jù)受力平衡條件：N1=N2=T1=T2=20537N
P1=P2

其中，N1—底座對(duì)支撐桿3的支反力；N2—底座對(duì)支撐桿2的支反力；P1—底座對(duì)對(duì)支撐桿3的水平支反力；P2—液壓油缸對(duì)支撐桿2的主動(dòng)推力。（2）支撐桿2受力分析。支撐桿2受力分析（如圖7）。

由靜力平衡條件，對(duì)O點(diǎn)取矩，即：ΣM0=0T1×L×cosθ-P×L/2×sinθ=0剪叉中間銷軸對(duì)支撐桿2的擠壓力：P=2T1cosθ

由牛頓定律知，銷軸所受的作用力P1=2T1cotθ由此可知，托架下降越低銷軸所受的作用力P1就越大。為防止支撐桿2卡死取：
θmin=13°
則托架下降至最低點(diǎn)時(shí)，銷軸所受的最大作用力P1=179545N，液壓缸活塞桿的推力：
P2=179545N
F1=T1cos13°=20000N
F2=Pcos77°=40000N
F3=P2sin13°=40000N
F4=N2sin77°=20000N
F5=F3-F4=20000N

（3）支撐桿2的強(qiáng)度校核。根據(jù)上述計(jì)算，彎矩圖如圖8所示。

從彎矩圖8看出，截面B處為彎矩最大。Mmax=F1×L/2=16000Nm。最大應(yīng)力σmax在離中性軸最遠(yuǎn)的截面B處。對(duì)B處進(jìn)行校核。

對(duì)B點(diǎn)截面的彎截面系數(shù)Wb計(jì)算，如圖9所示。

根據(jù)所設(shè)計(jì)的支撐桿，在B點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)尺寸為：b1=0.065m，b2=0.037m，
h1=0.12m，h2=0.104m，h3=0.08m，h4=0.05m。

所以，總的抗彎截面模量：Wb=W1-W2-W3+W4=0.00010178m

B處進(jìn)行抗彎強(qiáng)度校核：

σmax=MmaxWb=148.6MPa<[σ]=375MPa

同理，對(duì)截面B處進(jìn)行抗彎強(qiáng)度校核:σmax=MdWb=0.7Mmax0.8Wb=157MPa<[σ]=375MPa

由上可見，B處滿足強(qiáng)度條件。支撐桿2為小柔度桿受壓，其穩(wěn)定性校核應(yīng)按強(qiáng)度問題計(jì)算。綜上所述，支撐桿2滿足強(qiáng)度要求。

4銷軸設(shè)計(jì)

支撐桿2、3用銷軸連接，選用45＃鋼。剪切許用應(yīng)力：[τ]=155MPa。其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖10所示。選銷軸直徑d=50mm，銷軸按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。

如圖10所示，銷所受的剪切為雙剪切：τ=P/2πd2/4≤[τ]=155MPa其中：P—主動(dòng)支撐桿1作用在銷軸上的力；d—銷軸的直徑；τ—銷軸所受實(shí)際剪切應(yīng)力。計(jì)算得：d≥35mm所以，取d=50mm，能夠滿足剪切強(qiáng)度要求。

5液壓缸

由上述計(jì)算，液壓缸活塞桿的推力：P2=P1=179545N。根據(jù)類比法，選擇液壓缸的工作壓力P=10MPa，液壓缸活塞桿直徑d=110mm，滿足設(shè)計(jì)要求。綜上，繪制三維仿真含浸槽升降機(jī)如圖11所示。

6結(jié)論

升降機(jī)用于濕法超纖皮革生產(chǎn)線涂布機(jī)，解決了含浸槽的升降難題，經(jīng)實(shí)際使用和檢測效果理想，因此該設(shè)計(jì)方案為合成革生產(chǎn)線上解決含浸槽的升降問題提供一種思路，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和推廣意義，也為同行類似設(shè)計(jì)的升降機(jī)提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]升降機(jī)設(shè)計(jì)手冊編寫組.升降機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]朱學(xué)敏.升降機(jī)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]須雷.升降機(jī)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，1996，8.

相關(guān)閱讀

超纖皮革涂飾知識(shí)：填充的目的、機(jī)理及填充系統(tǒng)的組成

超纖皮革對(duì)各層涂飾的要求

超纖皮革涂飾后所能達(dá)到的特殊效應(yīng)

超纖皮革涂飾的目的介紹

超纖皮革加工原料知識(shí)：生皮的化學(xué)組成與成革質(zhì)量的關(guān)系

超纖皮革原料知識(shí)：生皮的非蛋白質(zhì)化學(xué)成分

超細(xì)纖維的基本概念

有關(guān)皮革的術(shù)語與基本概念

制造皮革工藝發(fā)展概述