超纤皮革用含浸槽升降机的设计

翟建

（青岛滨海学院，山东 青岛 266555）

超纤皮革用含浸槽升降机的设计

翟建

（青岛滨海学院，山东 青岛 266555）

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。

超纤皮革；升降机；含浸槽

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。

图1 水平推铰接式升降机Fig.1 Horizontal push articulating lift

图2 含浸槽升降机Fig.2 Dipping tank lift

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（Q235A 140×58）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（Q235A 140×58）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。

图3 支撑杆Fig.3 Support rods

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。

图4 含浸槽托架Fig.4 Dipping tank bracket

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）×6.634 kg/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=8215 kg。

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。

图5 机构简图Fig.5 Mechanism schematic diagram

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。

图6 支撑杆件组受力分析Fig.6 Support rods group stress analysis

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=20537 N

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）。

图7 支撑杆2受力分析Fig.7 Support rodⅡstress analysis

由静力平衡条件，对O点取矩，即：

ΣM0=0 T1×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＝179545 N，液压缸活塞杆的推力：

P2＝179545 N

F1＝T1cos13°＝20000N

F2＝Pcos77°＝40000N

F3＝P2sin13°＝40000N

F4＝N2sin77°＝20000 N

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。

图8 支撑杆2弯矩图Fig.8 Moment diagram of support rodⅡ

图9 支撑杆2在B点处的截面图Fig.9 Sectional view of the support rodⅡat B

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。

抗弯截面模量 W＝Iz/

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]＝155 MPa。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：

图10 销轴杆组铰接图Fig.10 Pin connection diagram

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。

图11 升降机仿真图Fig.11 Simulation figure of lift

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。

[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.

Design of Dipping Tank Lift Used in Micro-fiber Leather

ZHAI Jian
（Qingdao Binhai University,Qingdao Shangdong 266555,China）

This paper discusses the alteration of micro-fiber leather in Polyurethane slurry by using Dipping Tank and the cleaning of Dipping Tank.Scissor-shaped Dipping Tank lift makes rise and fall possible,overcomes the high intensity and low efficiency of the users.The test has proved the credibility of the design,and the practicality and popularity in producing micro-fiber leather and synthetic leather.

micro-fiber leather；lift；dipping tank

TB47

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.018

1002－6673（2014）03－046－03

2014－03－21

翟建（1963-），男，副教授。现任青岛滨海学院机电工程学院院长助理，从事机械设计制造及其自动化研究，在纺织机械设备设计方面，有多项成果。