電梯平衡補償鏈盤繞機器人設(shè)計-支撐輪及托輥系統(tǒng)設(shè)計【含13張CAD圖帶外文翻譯】
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題目：電梯平衡補償鏈盤繞機器人設(shè)計-支撐輪及托輥系統(tǒng)一、前言1．課題研究的意義，國內(nèi)外生產(chǎn)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1 課題研究意義首先對電梯系統(tǒng)有一個基本的認識:電梯分為曳引式電梯與液壓電梯,而目前市場上使用最普遍的為曳引式電梯。任何一部曳引式電梯都包括以下幾個最基本的組成部件:轎廂、曳引鋼絲繩、對重、隨行電纜 [9]如圖 1 所示：梯在運行過程中,轎廂側(cè)和對重側(cè)的鋼絲繩的長度在不斷變化,從而引起曳引輪兩側(cè)鋼絲繩重量的變化。當轎廂位于最低層站時,鋼絲純的重量大部分作用于轎廂側(cè)當轎廂位于最高層站時,鋼絲純的重量大部分作用于對重側(cè)。這種變化在電梯提升高度不大時,對電梯的運行性能影晌不大,但提升超過一定高度時,會嚴重影響電梯運行的穩(wěn)定性,危及乘客的安全。為此,當電梯的提升高度超過一定高度時,必須要設(shè)置具有一定重量的部件來平衡因高度變化帶來的重量變化,這就是電梯平衡補償鏈 [8]。所以電梯平衡補償鏈定義為:用于連接電梯的轎廂與對重,平衡曳引繩及隨行電纜的重量,對電梯的運行起平衡作用的部件 [6]。 圖 1如果平衡鏈不平直，它會在電梯運行過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動，運行速度越高，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)越嚴重，致使電梯轎廂產(chǎn)生明顯的振動和噪音，嚴重影響電梯運行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性，因此中高速電梯使用的全塑型平衡補償鏈的物理外形必須盡量平直。據(jù)中國電梯協(xié)會統(tǒng)計，目前我國在電梯產(chǎn)量、電梯保有量、電梯增長率方面均為世界第一。從未來電梯市場發(fā)展來看，我國也是全球最大的電梯市場和最大的電梯制造基地。隨著建筑物高度的增加，對高速電梯的需求量增大，因此，與之配套的全塑型電梯平衡補償鏈的需要也同步放大。目前，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家都是通過人工拖拽的方式進行平衡鏈的堆疊（狀況如圖 2 所示） ，不僅生產(chǎn)效率低，冷定型后平直性精度不高，而且因為勞動強度大，工作環(huán)境差致使很難招到工人 [4]。第 1 頁 共 8 頁圖 2 人工盤繞狀況圖為了使用電梯平衡補償鏈能夠有效減小驅(qū)動電機的運動負載，從而達到電梯運行平穩(wěn)的效果。熱擠出成型后的高溫 PVC 等復(fù)合材料，通過自然冷卻可獲得彈性好、耐疲勞、壽命長和阻燃等優(yōu)點。電焊錨鏈條強度高，相鄰鏈環(huán)之間可以有靈活相對的運動，使其有很好的柔性，故決定全塑型平衡補償鏈產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素是其平直性品質(zhì)，如果補償鏈的平直性較差，其在電梯高速運行過程中會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動，致使轎廂產(chǎn)生振動和噪音。因此保證全塑型平衡補償鏈平直品質(zhì)的關(guān)鍵是必須趁其從擠出機出來、尚處于溫熱柔軟狀態(tài)之時、進行定軌跡盤繞堆放，然后進行自然冷卻。通過綜合考慮場地利用及輸送等因素及實踐驗證，按跑道型軌跡堆放效果最好，圖 3 為理想的高精度盤繞堆放效果 [2]。圖 3 理想的高精度盤繞狀況圖我們組的設(shè)計所要解決的問題，就是如何才能設(shè)計一種代替人工去完成堆放平衡鏈的設(shè)備。設(shè)計該樣機能替代人工自動牽引補償鏈并按跑道型軌跡逐圈逐層盤繞。如圖 4 所示為本樣機的工作狀況 [9]。第 2 頁 共 8 頁圖 4 盤繞機器人中試狀況圖1.2 國內(nèi)外生產(chǎn)研究現(xiàn)狀電梯按速度分為低速、中速、高速和超高速電梯。目前工程安裝的實際經(jīng)驗,一般是提升高度超過 30M 就需要安裝平衡補償鏈。在實際運用中,由于電梯的類型,載荷,環(huán)境均不相同,所以按照實際紅驗法來設(shè)置臨界提升高度并不推薦,如確需采用,也應(yīng)將系統(tǒng)安全優(yōu)先考慮而不是考慮成本 [4]。目前市面上的補償鏈有以下幾種：1、穿繩補償鏈,是最原始的一種補償鏈,只能用于梯速 1.75ms 以下的電梯。結(jié)構(gòu)為在鐵鏈中穿入麻繩,這種補償鏈在使用過程中由于鏈與鏈之間發(fā)生摩擦和碰撞,噪音比較大,而且人在轎廂內(nèi)有明顯的抖動感。優(yōu)點是價格便宜,目前大多數(shù)電梯公司己經(jīng)棄用 [5]2、包塑補償鏈,為了減小穿繩補償鏈在運行過程中的噪音,同時減緩環(huán)境對鐵鏈的腐蝕,于是在穿繩補償鏈的基礎(chǔ)上包裹一層 PVC 軟管,形成了包塑補償鏈。相比于穿繩補償鏈,包塑補償鏈運行時噪音大大減小,且更加美觀,但是在柔韌性及耐用性方面仍需改善 [10]3、全塑補償鏈,可用至 6m/s 的高速電梯, 是在電焊錨鏈的外表通過熱擠出成型包裹 PVC 等復(fù)合材料而制成的全塑型平衡補償鏈。使用電梯運行能達到平穩(wěn)靜音的效果,而且全塑型平衡補償鏈具有強度高，柔性好、彈性好、耐疲勞、壽命長和阻燃等優(yōu)點，非常適合用于高速電梯上。許多大型電梯公司所喜愛選定平衡補償鏈的類型后,還要考慮平衡補償鏈的根數(shù)及安裝方法。一般來說,首先根據(jù)曳引繩的重量減去隨行電纜的重量以確定補償鏈的重量,然后確定補償鏈的每米重量,再從生產(chǎn)廠家的補償鏈的品種中選用。專業(yè)補償鏈生產(chǎn)廠家一般擁有靈活的配重選用方案 [1]。目前國內(nèi)外電梯平衡補償鏈的生產(chǎn)，大部分還是人工堆疊，幾乎沒有代替人工堆疊的設(shè)備，而且大部分的公司都把生產(chǎn)和研發(fā)的中心，放在電梯平衡補償鏈的結(jié)構(gòu)以及補償鏈包裹的材料上 [3]。1.3 發(fā)展趨勢2016年以來，隨著政府刺激內(nèi)需政策效應(yīng)的逐漸顯現(xiàn)以及國際經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)，電梯平衡補償鏈下游行業(yè)進入新一輪景氣周期從而帶來電梯平衡補償鏈市場需求的膨脹，電梯平衡補償鏈行業(yè)的銷售回升明顯，供求關(guān)系得到改善，行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升 【2】 。同時，在國家“十三五”規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大方針下，電梯平衡補償鏈面第 3 頁 共 8 頁臨巨大的市場投資機遇，行業(yè)有望迎來新的發(fā)展契機。隨著電梯平衡補償鏈市場競爭的愈發(fā)激烈，快速有效的掌握市場發(fā)展情況成為企業(yè)及決策者成功的關(guān)鍵 [5]。中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的2018-2025年中國電梯行業(yè)現(xiàn)狀分析與發(fā)展趨勢研究報告認為，在未來幾年，全球電梯行業(yè)將呈現(xiàn)出良好的增長速度。而中國電梯市場的爆炸性增長將使該行業(yè)受益。雖然由于中國房地產(chǎn)市場的發(fā)展緩慢直接影響到電梯行業(yè)，但是在過去幾年中，中國的電梯生產(chǎn)和銷售保持在20% 以上的年增長率，中國更是占世界電梯市場份額的一半以上，通過市場調(diào)研及文獻查閱和專利查詢可知，目前國內(nèi)生產(chǎn)高速電梯補償鏈的廠家都采用純?nèi)斯さ姆绞竭M行堆疊，效率低下，而且遠遠達不到平直的要求【2】 。本設(shè)計所研發(fā)的電梯平衡補償鏈盤繞機器人是目前國內(nèi)唯一的用于補償鏈生產(chǎn)冷定型工藝中的高精度智能化專用盤繞裝備，無需人工校準盤繞，避免了來自擠出機的熱成型后的高溫補償鏈的PVC等復(fù)合材料所釋放的有害氣體對校準盤繞工人健康的損害，保護了職業(yè)健康。提高了盤繞精度，保證了自然冷卻定型后的補償鏈產(chǎn)品具有良好的平直性品質(zhì)，提高了高速電梯運行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性；一般盤繞的速度是一個普通工人的三到四倍，不僅僅大大提高了產(chǎn)生效率，而且為電梯及電梯配件產(chǎn)業(yè)集群的技術(shù)進步和核心競爭力的提升提供了良好的技術(shù)支撐 [8]。2．課題的研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題2.1 課題的研究目標本小組主要研究的目標是如何將從擠出機出來的具有既軟又重、受力易變形、定位易扭轉(zhuǎn)等物理特性的全塑性電梯平衡補償鏈按指定跑道型軌跡進行堆放，以保證其冷定型后的平直品質(zhì)，給電梯提供一種理想的、可平穩(wěn)運行的平衡補償鏈 [4]。以及研究如何實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的智能化，高效率化，減少工作人員數(shù)量和勞動強度。1-機架，2-補償鏈，3-支撐輪，4-托輥，5-X 向路軌，6-X 向小車，7-Y 向橫梁，8-Y 向路軌，9-Y 向小車，10-摩擦輪系統(tǒng)，11-變層系統(tǒng)，12- 機械指系統(tǒng)。圖 5 電梯平衡補償鏈盤繞機器人的機構(gòu)模型本課題研究的是支撐輪及托輥系統(tǒng)。第 4 頁 共 8 頁支撐系統(tǒng)達到的目標：由于從擠出機出來的補償鏈處于溫熱柔軟狀態(tài)，摩擦輪系統(tǒng)將位于地面的鏈條先提升到一定高度，再水平沿著指定的跑道型軌跡行走拖曳。本系統(tǒng)起到支撐撐導(dǎo)向的過渡作用，并能在一定角度范圍轉(zhuǎn)動，能夠?qū)碜詳D出機的補償鏈連續(xù)導(dǎo)入到摩擦輪槽，保證連續(xù)盤繞的需要 [7]。本裝置固定安裝在盤繞裝備 Y 向?qū)挾鹊恼形恢?，如圖 5 所示。在盤繞最底層（或下面幾層）外圈的離擠出機較近的圓弧段軌跡時，摩擦輪將運動到盤繞裝備的最左或最右邊（或較左或較右靠邊）的位置。此時，位于先摩擦輪上和位于導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向輪上的補償鏈，被拉成與盤繞軌跡的直線方向的偏角最大（或較大） ，如果導(dǎo)向裝置不能繞鉛垂線水平轉(zhuǎn)動，或?qū)蜓b置繞鉛垂線水平轉(zhuǎn)動的角度過大，都會使補償鏈同時與導(dǎo)向輪和前摩擦輪相切的位置關(guān)系遭受破壞，導(dǎo)致補償鏈從導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向輪槽中或從先摩擦輪槽滑出，使盤繞不能連續(xù)進行 [7]。本裝置可以繞鉛垂線靈活地水平轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動角可以根據(jù)需要被限制，能很好地使補償鏈始終保持與導(dǎo)向輪和前摩擦輪相切的位置，保證補償鏈不會從導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向輪槽中或從先摩擦輪槽滑出，其結(jié)構(gòu)如圖 6 所示 [7]。2-補償鏈；3-1-導(dǎo)向輪；3-2-擋輥； 3-3 導(dǎo)向輪支架固定板；3-4-限位長螺栓；3-5-限位板;；3-6--旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上連接板；3-7-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套杯；3-8-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸；3-9-導(dǎo)向輪支架圖 6 支撐導(dǎo)向系統(tǒng)如圖 6 所示，本裝置包括導(dǎo)向輪 3-1、導(dǎo)向輪機架 3-9、3-3 導(dǎo)向輪支架固定板、水平旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（3-8、3-9） 、擋輥 3-2、兩個限位長螺 3-4、限位板 3-5 和 3-6--旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上連接板。導(dǎo)向輪 3-1 和擋輥 3-2 固定在導(dǎo)向輪機架 3-9 上，導(dǎo)向輪機架固定板 3-3下方連接導(dǎo)向輪機架，上面固定旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸 3-6，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套杯 3-7 與上連接板相 3-6固連；與導(dǎo)向輪機架固定板 3-3 連接的所有部件都同步繞水平旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸可以作 360度的水平旋轉(zhuǎn) [7]。通過在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套杯 3-7 的外圓柱面上設(shè)置限位板 3-5，在限位板上不與墊塊接觸的下部制有兩螺紋通孔與兩個限位長螺栓相配合的辦法，可限制導(dǎo)向輪繞通過其輪寬第 5 頁 共 8 頁中線的鉛垂軸轉(zhuǎn)動所需的最大角度 90 度，以避免導(dǎo)向輪繞通過其輪寬中線的鉛垂軸軸向左或向右的轉(zhuǎn)角過大，使補償鏈同時導(dǎo)向輪和先摩擦輪相切的位置關(guān)系遭受破壞，影響盤繞的連續(xù)性。在導(dǎo)向輪的前上方設(shè)置擋輥，可進一步防止補償鏈離開導(dǎo)向輪時從導(dǎo)向輪槽滑出，在導(dǎo)向輪的后下方設(shè)置導(dǎo)鏈環(huán)，可進一步使來自擠出機的補償鏈能夠順利進入導(dǎo)向輪槽 [7]。托輥系統(tǒng)達到的目標：如圖 7 為托輥系統(tǒng)模型，當摩擦輪 10 按預(yù)定軌跡遠離擠出機時，其與支撐導(dǎo)向輪3 之間的一段電梯平衡補償鏈，會因自重下墜，托輥系統(tǒng)就是用于承托該段鏈條，起到減少摩擦輪拉力損耗的作用 [7]。托輥系統(tǒng)與 X 向小車 6 通過連接桿 4-6 固定連接，托輥滾筒 4-5 之間用柔性鏈 4-4連接，托輥滾筒固定在滑塊 4-2 上；當 X 向小車 6 駛離擠出機時，托輥滾筒 4-5 帶著滑塊沿直線路軌 4-1 依次拉開；當 X 向小車 6 駛近擠出機時，托輥滾筒依次靠近，托輥間所設(shè)的防撞塊 4-2 接觸。該裝置結(jié)構(gòu)合理，能夠伸縮自如 [7]。6-X 小車，10-摩擦輪，4-1- 直線路軌，4-2-滑塊，4-3-防撞塊，4-4-柔性鏈，4-5- 托輥滾筒，4-6-連接桿圖 7 托輥系統(tǒng)2.2 課題的研究內(nèi)容內(nèi)容： 1．調(diào)查研究、查閱文獻和搜集資料。2．閱讀和翻譯與課題內(nèi)容有關(guān)的外文資料（外文翻譯不能少于 2 萬印刷字符，約合 5000 漢字） 。3．撰寫文獻綜述，確定設(shè)計方案。4．工藝計算；結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計計算；材料的選擇。5．撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。6．繪制圖紙（總裝配圖、部件圖、零件圖） 。2.3 擬解決的關(guān)鍵問題本設(shè)備屬于國內(nèi)首創(chuàng)設(shè)計的設(shè)備，需要實現(xiàn)以下兩個基本要求：第 6 頁 共 8 頁（1）能夠盤繞 11 種規(guī)格的補償鏈，鏈堆的底層長至少為 8 米、外寬至少為 2.5 米、內(nèi)寬 0.5 米的跑道型軌跡，層疊盤繞到至少 0.8 米高。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)智能化高精度盤繞。本系統(tǒng)需要是實現(xiàn)的要求：（1） 保證補償鏈不會從導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向輪槽中或從先摩擦輪槽滑出。（2） 能夠伸縮自如，保證補償鏈不會因自重下墜，并且要起到減少摩擦輪拉力損耗的作用。二、研究方案的確定1.方案的原理、特點與選擇依據(jù)電梯平衡補償鏈盤繞機器人設(shè)計是由支撐輪及托輥系統(tǒng)、平衡鏈拖曳系統(tǒng)、X 方向運動系統(tǒng)、Y 方向運動系統(tǒng)、Z 方向變層運動系統(tǒng)、端部機械手及導(dǎo)鏈環(huán)六個部分組成（7） 。目前，我國電梯平衡鏈的生產(chǎn)廠家，對從擠出機出來的外裹 PVC 材料的溫熱補償鏈的堆放，仍然采用人工拖曳的方式，由于平衡鏈自身重量大以及工作環(huán)境差，這個工種的工人很難找到。因此需要設(shè)計一套高智能化的盤繞機器人，以配合擠出機的擠出速度，自動有序地將補償鏈按照規(guī)定要求堆放在平板車上，用以完全取代人工，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品冷定型后的質(zhì)量。本設(shè)計通過設(shè)置提鏈裝置將擠出機的補償鏈源源不斷地提供給本裝置，通過送鏈裝置將提鏈裝置提供的補償鏈供給盤鏈裝置，通過盤鏈裝置的運動軌跡設(shè)計以實現(xiàn)逐圈逐層盤繞。本設(shè)計自動化程度高，通過軟、硬件結(jié)合，可降低勞動強度。本設(shè)計可以實現(xiàn)按照預(yù)定的盤繞軌跡全自動化、高精度地將補償鏈逐圈逐層盤繞至所需高度的目標。而且設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單，容易生產(chǎn)制造 [6]。2．設(shè)計步驟1）先構(gòu)思、比較、分析，確定支撐輪及托輥系統(tǒng)的設(shè)計方案；2）完成相應(yīng)的機械設(shè)計計算工作；3）根據(jù)設(shè)計過程畫出該部分機構(gòu)的零件圖并用 CAD 畫出各零件的零件圖；4）根據(jù)零件圖畫出組裝圖和三維圖；5）撰寫設(shè)計計算說明書。三、作者已進行的準備及資料搜集情況(1)通過自學(xué) SolidWorks 和 PORE 等軟件為零件的建立模型打下了基礎(chǔ)。(2)閱讀相關(guān)書籍， 《機械制造設(shè)計實用手冊》 ， 《機械設(shè)計與制造》 。(3)從期刊中下載閱讀相關(guān)文獻資料。四、階段性工作計劃與設(shè)計目標與應(yīng)用價值階段性工作計劃：周 次 工 作 內(nèi) 容 檢 查 方 式17-19 查閱文獻、翻譯外文文獻 提交翻譯，按畢業(yè)設(shè)計規(guī)范排版1~2 文獻檢索，寫出文獻綜述 提交文獻綜述，按畢業(yè)設(shè)計規(guī)范排版第 7 頁 共 8 頁2~3 企業(yè)調(diào)研，確定最佳方案 提交調(diào)研報告，以及方案比較及最佳方案4~5 最佳方案的設(shè)計計算 提交相應(yīng)的設(shè)計計算說明書6~8 繪圖（CAD 圖） 提交全部圖紙（電子稿）9~12 整理并撰寫設(shè)計說明書 提交設(shè)計說明書13 裝訂設(shè)計資料，修改并打印設(shè)計圖 紙 提交全套資料（紙質(zhì)）14對學(xué)生提交全部畢業(yè)設(shè)計（論文）材料進行查重，對重復(fù)率高的令其修改。查重15-16 答辯準備及答辯階段設(shè)計目標與應(yīng)用價值：本設(shè)計所研制的電梯平衡補償鏈盤繞機器人，是國內(nèi)唯一的、補償鏈冷定型工藝的專用盤繞裝備，填補了國內(nèi)空白。本設(shè)計所研發(fā)的電梯平衡補償鏈盤繞機器人是目前國內(nèi)唯一的用于補償鏈生產(chǎn)冷定型工藝中的高精度智能化專用盤繞裝備，無需人工校準盤繞，避免了來自擠出機的熱成型后的高溫補償鏈的 PVC 等復(fù)合材料所釋放的有害氣體對校準盤繞工人健康的損害，保護了職業(yè)健康。提高了盤繞精度，保證了自然冷卻定型后的補償鏈產(chǎn)品具有良好的平直性品質(zhì)，提高了高速電梯運行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性；盤繞速度可達人工盤繞速度的 3 至 4 倍，大大提高了產(chǎn)生效率，為電梯及電梯配件產(chǎn)業(yè)集群的技術(shù)進步和核心競爭力的提升提供了良好的技術(shù)支撐，具有良好的經(jīng)濟和應(yīng)用前景 [8]。五、 主要參考文獻[1]. 牛斷霞 《 建筑工程技術(shù)與設(shè)計》 , 2016(02) [2]. 向麗君《電梯平衡補償鏈常見問題集錦》2011 (08)[3]. 仲躋和《電梯平衡補償鏈導(dǎo)向裝置》 2007[4]. 朱建江 ， 華強 ， 霍鋮宇 , 《組合機床與自動化加工技術(shù)》 2017 (5) :73-76[5]. 李逸翔 ， 朱雙霞 《中國電梯》 :31-32[6]. 施光輝 《數(shù)字化用戶》 2013[7]. 胡愛萍, 劉善淑, 史先傳, 朱偉,班書昊《一種電梯平衡補償鏈冷定型自動盤繞裝備中的支撐裝置》 2015[8]. 科技資訊,2008NO.也談電梯平衡補償鏈的設(shè)置,黃壽輝[9]. 中國電梯,2000NO.9,淺談電梯平衡補償鏈的設(shè)計,李逸翔、朱雙霞[10]. 蔣菊如 《電梯用平衡補償鏈》 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