液压堆料机附件的设计和开发

作者R.P. Gujar*, A.A. Arole, K.H. Barhate, S.H. Gawande, M. Viroff

概要：本文的主要目的是开发一种附件，通过将其安装在液压堆垛机或叉车的叉上，使制造模具能够横向移动。所制造的附件是独特的，因为它可以连接或安装在一吨范围内的任何液压跟踪装置上。

该附件由两个独立的辊床、一个丝杠、一个齿轮机构和一个移动框架组成，使液压堆垛机能够轻松地装载或卸载1吨范围内的模具、进出机压机和存储架，从而减少了材料处理时间和成本、人工操作，并提高了安全性。这项工作中开发的附件也可以很容易地分离，并在不使用时放在一边，以便堆垛机可用于物流部门的常规用途。详细设计、制造和测试工作在A.V.M座椅系统有限公司Pune-26进行。

1、介绍

任何行业车间的主要工序包括各种部件的生产和制造，物料搬运由各种起重机和液压堆垛机完成。物料搬运系统负责产品从货架安全快速地移动到压力机和压力机到货架。以及将制造的部件移动到存储设施。因此，材料处理过程在车间中至关重要。使用各种设备，如起重机、输送机和液压堆垛机（叉车）等，每一个都有一定数量的自由度。为了增加这些设备的功能，我们要么把它们组合起来，要么修改。

1. 现有工业状况

物料搬运公司[A1和A4]为提供便携式输送机提供了独特的解决方案。这些输送机可以放置在任何地方，并且可以实现横向移动，但高度固定。这个问题是通过提供高度调节的[A3]解决的，但是这个特性不像叉车那样灵活或容易调节，而且耗时。像知名公司[A7]这样的叉车制造商在产品中增加了一个倾斜特性，这样处理的材料就可以滑动，但这种方法不仅不准确，而且对重载也不安全，因为可以建立最低限度的控制。叉车制造商[A2]提出了一种独特的解决方案，为叉车提供推土机般的钳口，从而使其能够抓取必须运送的任何东西，但这导致了一个复杂的液压缸系统的产生，从而增加了初始和维护成本。像[A6]这样的浦那公司试图通过向液压堆垛机提供横向移动来开发解决方案。但由于改造使堆料机成为便携式输送带，导致堆料机垂直运动的损失。最重要的是，这些修改中没有一项是不容易分离的，允许用户将原始机器用于常规用途，从而使机器永久地成为特殊用途机器（SPM）。因此，为了克服上述缺点和局限性，需要对这一领域进行研究。本文重点介绍一种简化的解决方案，以提高液压堆垛机的功能性/通用性。任何堆垛机或叉车只能围绕垂直轴移动。因此，必须通过起重机或工人手动将材料装载或卸载到叉车上，从而在没有横向移动的情况下增加材料处理时间、人工工作和材料处理成本。因此，在这项工作中，我们真诚地努力通过开发液压堆垛机附件来减少物料搬运时间、人工操作、安全性和物料搬运成本，如图3所示。

3 问题定义

这项工作的主要目标是设计和开发一个液压堆垛机的附件，通过提供一种机制来减少过程所需的工作量和时间，从而减轻产品的装卸。此外，它只需要一个工人来完成这一过程，从而节省了时间，并且不会中断车间的其他过程。此外，这种安排应使其可以随时分离，也可以连接到相同容量范围内的各种堆垛机上。制造的底座应具有最低的维护和运行成本，因此不会成为公司的附加费用。

4 A.V.M座椅系统有限公司的操作场景

一般来说，物料搬运是由各种起重机和液压堆垛机完成的。材料处理系统负责模具的安全快速移动。当模具重量超过300公斤时，三到四名工人手动将其装载或卸载到堆垛机上。此外，堆垛机将装满部件的板条箱从储物架运送至物流部门的运输车辆。图1所示为用于车间模具装卸过程的现有液压堆垛机。如我们所见，堆垛机只提供垂直移动，没有提供横向移动。因此，装载或卸载的模具必须推到堆垛机的叉上，这需要更多的人力和处理时间。

图1 操作液压堆垛机

4 液压堆垛机附件的研制

图2所示的附件很容易和牢固地安装在堆垛机的叉上。所开发的附件随堆料机的拨叉上下移动，不会以任何方式干扰其正常运行。

图2 开发的液压堆垛机附件

图3所示的液压堆垛机开发附件的主要部件如下：

1.轨道

2.丝杠和方螺母

3.锥齿轮

4.芯轴

5.推架

6.钢索和吊钩

图3 装配实体模型

4.1轨道：

这些是附件中最重要的组件。辊床承受模具的全部重量，是模具横向移动变得安全和快速的原因。辊道由沿两个通道段长度放置的滚轴（带轴承的MS管滚轴）构成，每台滚轴上六个通道段的间隔相等。模具的重量均匀分布在与模具接触的所有辊之间。它们设计用于承受1000 kg的均匀分布负载。

图4 轨道

4.2丝杠和方螺母：

与大多数应用不同，该附件中的丝杠不必承受任何重量，只需用于移动连接到方螺母顶面上的推架。就像车床上的丝杠一样，螺母的转动自由度受到限制，因此只能沿着丝杠的长度移动。丝杠为固定式。对框架的荷载（自重）进行了设计，由于反作用力等于摩擦力，框架上产生了弯曲和挤压应力。两种摩擦力（1）和（2）分别为：

滑动摩擦

（1）

滚动摩擦

（2）

式中，Fr为摩擦力，mu;为摩擦系数。摩擦的Namp;W为正反力，F为滚动摩擦常数，R为滚子半径。

图5 丝杠螺母

4.3锥齿轮和芯轴布置

附件中使用的伞齿轮副具有两个相同尺寸的齿轮，即齿轮比为1。不存在减速，因为齿轮的唯一作用是将芯轴（手柄连接）的旋转运动转移到垂直于其装配的丝杠上。通过考虑梁和磨损强度准则，对锥齿轮进行了设计。该芯轴用于固定其中一个伞齿轮，并将手柄连接到一端。芯轴支撑在附件的后部，与丝杠垂直。使用手柄旋转芯轴，并使用伞齿轮装置将此旋转运动传递给丝杠。

图6 锥齿轮和芯轴

4.5推架

推料架是一种结构，当需要将模具从堆料机卸下时，推料架将模具推到存放架或机器上。它将螺母的平移运动传递给模具。

图7 推架

4.6钢缆和吊钩：

它们与芯轴相连，由安装在螺母上的推架引导。它们用于将模具从存放架或机器压力机上拉到辊上。挂钩使我们能够将电缆连接到模具上，以便在施加拉力时电缆牢固地连接到模具上。

5 结果与讨论

之前的材料处理过程需要包括3至4名工人手动将模具装载到液压堆垛机的叉上。这会因操作不当而造成损坏模具，也会危及工人的安全。现在，该附件只允许一名工人单独平稳地装载和卸载模具，而不会对模具或其自身安全造成任何伤害。雇佣3到4名工人会导致车间其他流程中断，导致时间损失，最终导致效率损失。现在，由于只有一个工人是足够的，所以其他流程不受影响。如图7所示，当使用附件时，材料搬运所需的手动力是材料搬运所需力的10倍以上。

图7 人工努力与物料处理时间

在没有附件的情况下，物料搬运所需的时间要长得多，手动操作也要长得多。所有这些都会导致物料搬运成本的增加。如图8所示，计算表明，物料搬运成本减少到一半。

图8 成本与周期数

因此，计算结果表明，使用开发的附件可以显著提高车间材料处理过程的生产率。

6 结论

通过使用开发的附件，车间的效率提高了，物料搬运时间减少到一半，所需的人工工作量减少了10倍。现在只有一个工人可以在300到800公斤的范围内装卸模具，这样就不会干扰其他工序。随着模具的顺利处理和模具的无损坏，安全性得到了提高。使用已开发的附件已导致材料处理成本降低50%，这是我们的主要目标。所制造的附件是通用的，因为它可以连接或安装在一吨范围内的任何液压跟踪装置上。

7 未来发展

该附件可通过使用电源组和控制面板实现电动化。这将完全结束手动操作的需要。电机将沿任一方向驱动丝杠。此外，也可以用滚珠丝杠装置代替丝杠和方螺母，使操作更平稳，精度更好。钢缆可以用电磁铁代替，每当需要拉动模具时，电磁铁就可以通电，从而无需找到合适的点来连接钢缆。

预制可堆放构件拱的设计与制作

作者 LluisEnrique， Joseph Schwartz

摘要 CastonCast系统涉及可堆叠组件中预制混凝土外壳结构的设计和生产，本文的研究旨在验证实际规模系统这种方法的可行性。验证的方法如下，一个由12个可堆叠组件组成的薄板构成了独立式索道拱门，拱的跨度为5.15 m，其支架处为8 cm和关键处为4 cm，整体厚度在两者之间。为了获得刚度避免点载荷过大，采用直径6 mm的四根钢索对拱进行后张拉。研究结果表明，该浇注系统可以很轻易地实现实际规模中的应用。同时也观察到与施工公差和混凝土收缩有关的问题，必须在今后的工作中加以解决。

1、介绍

20世纪20年代至70年代，混凝土壳体结构经济型中跨屋盖结构是一种常用解决方案结构。这种结构类型不仅在使用上非常有效建筑材料，同时它也提供了富有表现力的高度美学双曲形状。20世纪70年代后，由于施工成本的增加，混凝土壳体的使用逐渐减少，这种情况到现在还是个问题。近几十年来，混凝土筒体结构的使用越来越频繁，研究活动中表明随之产生了生产出的形式越来越复杂的问题。一个备受关注的解决方案是柔性模板。最近建造的一个壳体结构作为了一个使用此方法解决问题的例子，它是由Block Re Search Group为Nest Building设计的Hilo Shell PropoType，它使用定制的模板预应力索网布来支撑。另一研究途径研究添加剂制造技术（AM），相关的调查包括D形、轮廓绘制、混凝土印刷和智能动态铸造等。还有一种选择解决这些问题的方法是Castoncast系统，该系统用来完成预制可堆叠部件的设计和曲面制作。该系统在所有施工阶段都具有优势：减少了定制模具的数量，它允许以高效的方式存储和传输组件进入到施工现场，并且可以在短时间内使用成本较低的可恢复脚手架进行组装。在先前的研究中，一个1:10的后张壳结构原型是由60个预制堆叠而成，这也为这个系统的概念做了有利的验证。本文介绍新样机的设计、制造和装配，研究目标是旨在探讨铸态混凝土制备对于实际规模方的可行性，并了解更多有关生产。

1. 设计

由于本文介绍的原型是第一个使用CastonCast系统在实际规模中生产的例子，较轻、经济、简单的结构形式是首选。原型是一个薄的自由站立的缆索拱（图1），拱门的形状被设计以支撑它的自重，后张拉电缆引入使其在点荷载作用下变硬成为拱。

2.1几何学

采用平面静力学方法设计拱的索型是为了控制它的形状和内力之间的关系。拱跨5.15米，拱高0.9米，因此拱跨跨高相同比率约为0.17。这个设计使得拱门看起来像经常使用的拱门桥梁，其升跨比一般在0.16~0.20。在此基础上，由可堆叠构件组成建立拱桥模型的方法可用来近似初始缆索形状的曲率CASTonCAST几何方法。这定义了组件的数量、它们的角度(与voussair角相同)、它们的宽度和厚度，然后对构件的纵断面进行了设计。在这个建模过程中，各部件的材料厚度必须要足以承受结构分析中获得的内力。此外，这些部件的重量必须小于50公斤以使得它们容易被两个人移动。在最终的设计中，拱由十二个构件组成，它们属于两个相等的构件，每个构件由六个可堆叠的元件堆叠而成(图1)。这些组件相互之间的角度是5.5°，它们的宽度大约是0.45米，它们的长度0.75米，它们的厚度在支撑件的8厘米和键长的4厘米之间，拱跨比小于1/100。随着厚度的增加，构件的重量也逐渐从拱门的中心向两边减小。考虑到使用重量总计要轻，连接到支架的组件的重量为重约48公斤，而各部件位于中间部分的足弓重量只有30公斤左右，拱的总重量为大约470公斤。

图1三维模型（左）拱门由可堆叠组件组成；（右）堆叠组件

2.2结构

下一步是确认模型拱能够承受自身重量。为了做到这一点，第二次分析拱的内力，这一次考虑到各部件的精确重量，并使用图形静力学分析(图2a)。分析结果表明，拱的推力线穿过拱体，混凝土的有效质量能够承受内力。在本分析中，最大的压缩力位于支座处，其大小为3.7 kN。一个连接了两个支座的拉索增加了拉索结构的垂直反力。

然后，在距离其中一个支座1/4的跨度处添加一个非对称点荷载200kg(图2b)。在这种情况下，由于拱的形式设计不能够承受点荷载，且拱身非常细长，结果表明推力线不再包含在混凝土中，而在拱中心施加点荷载时也会出现同样的问题。为了解决这一问题，实施了两种策略。第一个是为拱门提供一个弯曲的横截面。这样，就有可能使拱的有效深度加倍，允许内力以三维的方式轻微流动。这不仅为结构提供了进一步的刚度，以承受点荷载，而且美学品质也有了提升。然而，这一战略不足以处理这一问题。为此，实施了第二项战略，即为使用后张拉。使用后张拉的目的是在拱的质量中引入一个内部压缩力，以确保由自重和点不对称荷载的影响而产生的推力线保持在混凝土质量内。利用静力学图形，首先绘制了预应力作用于拱的形式和受力关系图。图2c为张拉(上图)和张拉在混凝土质量中产生的压缩力(下图)，这两个子系统彼此处于平衡状态。然后将预应力作用产生的内力与静载和非对称点荷载产生的内力结合(图2 d)，为了满足合适的预应力要求，开

英语原文共 13 页

资料编号：[3272]