旋轉(zhuǎn)式卸胎車的研發(fā)

白新宇

(天津賽象機(jī)電工程有限公司，天津 300384)

1 研發(fā)背景

目前，以重卡胎為代表的大規(guī)格輪胎廣泛應(yīng)用于港口貨運(yùn)車輛及大型工程車，生產(chǎn)此類輪胎的輪胎廠卸胎及搬運(yùn)胎坯均采用卸胎車。對(duì)于工程胎及重卡胎的胎坯，一般卸胎車為單臺(tái)車，即一輛卸胎車只停放一個(gè)胎坯，卸胎后，操作者在卸胎車上對(duì)成型后的胎坯進(jìn)行驗(yàn)胎檢查及運(yùn)輸。

目前操作者驗(yàn)胎時(shí)均是徒步圍繞卸胎車檢查胎坯，以重卡輪胎常用規(guī)格為例，胎面的貼合面長度為4.5 m，寬度為0.5 m，胎坯直徑Φ=2 630 mm，驗(yàn)胎時(shí)操作者最保守的步行路線L=3.14Φ=3.14×2 630mm=8.26 m。一般在主流輪胎廠中，制作這種規(guī)格的輪胎的班產(chǎn)為80條/班。在每班中，操作者為了檢驗(yàn)胎坯要多走8.26×80=660 m，產(chǎn)生了大量的無效勞動(dòng)，不僅消耗了操作人員的體力，而且降低了工作效率。

2 發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種新的旋轉(zhuǎn)式卸胎車（如圖1所示），能夠降低操作人員體力的消耗，提高工作效率。

圖1 旋轉(zhuǎn)式卸胎車

本實(shí)用新型提供的旋轉(zhuǎn)式卸胎車，包括車體、轉(zhuǎn)盤和托盤，轉(zhuǎn)盤可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在車體上，托盤安裝在轉(zhuǎn)盤上并可隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。

在該技術(shù)方案中，通過將托盤在車體上可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，工作人員驗(yàn)胎時(shí)只需轉(zhuǎn)動(dòng)輪胎即可，不再需要圍著輪胎走動(dòng)，從而能夠降低操作人員體力的消耗，提高工作效率。

具體而言，轉(zhuǎn)盤的安裝方式可以為：轉(zhuǎn)盤通過兩個(gè)壓力軸承和一旋轉(zhuǎn)軸承安裝在一轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上部向內(nèi)收縮形成一向上的錐面，在錐面上設(shè)置有一與其相配合的錐形套，用于對(duì)壓力軸承進(jìn)行支撐；轉(zhuǎn)軸通過一安裝架安裝在車體上，在轉(zhuǎn)軸上端的壓力軸承上安裝有一壓套，下端通過一螺母鎖緊。

另外，旋轉(zhuǎn)式卸胎車還設(shè)有把手和腳輪，以便于輪胎的運(yùn)輸。

進(jìn)一步，該旋轉(zhuǎn)式卸胎車還包括至少一個(gè)安裝在車體上的鎖緊裝置，用于在鎖緊時(shí)限制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。在該技術(shù)方案中，需要轉(zhuǎn)動(dòng)輪胎時(shí)將鎖緊裝置打開，驗(yàn)胎完成后鎖緊即可進(jìn)行輪胎的運(yùn)輸。

具體而言，鎖緊裝置包括鎖緊架、絲杠、手輪和鎖緊頭，鎖緊頭通過兩個(gè)導(dǎo)向軸可滑動(dòng)地安裝在鎖緊架上，絲杠一端穿過鎖緊架后通過一鎖緊螺母與鎖緊頭固定，另一端安裝手輪，絲杠與鎖緊架之間通過螺紋連接，鎖緊頭上安裝有阻尼圈并通過螺釘固定，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)鎖緊頭和導(dǎo)向軸在鎖緊架上滑動(dòng)。

其中，鎖緊裝置的數(shù)量可以為4個(gè)，沿轉(zhuǎn)盤周向均勻布置；阻尼圈可以通過在鎖緊頭上開金屬槽進(jìn)行安裝。

3 旋轉(zhuǎn)式卸胎車的圖解說明

3.1 旋轉(zhuǎn)式卸胎車整體效果

新型旋轉(zhuǎn)式卸胎車整體效果見圖2。該旋轉(zhuǎn)式卸胎車上安裝有：①托盤裝置（見圖3）：焊接成型后，與輪胎接觸部分噴涂特氟龍，功能為盛放胎坯；②轉(zhuǎn)盤裝置（見圖4）：轉(zhuǎn)盤可以以中心固定主軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保證托盤裝置可以帶動(dòng)胎坯旋轉(zhuǎn)；③鎖緊裝置（見圖5）：安裝有耐磨阻尼塊，保證在阻尼塊頂住轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣時(shí)通過摩擦力可以使轉(zhuǎn)盤靜止，防止轉(zhuǎn)盤在非檢驗(yàn)時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象；④機(jī)架裝置（見圖6）：由方管焊接構(gòu)成，作為整個(gè)裝置的機(jī)架，底部配有腳輪，便于整個(gè)裝置移動(dòng)。

圖2 旋轉(zhuǎn)式卸胎車軸測圖

圖3 托盤裝置

3.2 創(chuàng)新各部分聯(lián)系及位置關(guān)系

3.2.1 托盤裝置

托盤由焊接而成，在托盤表面與胎坯直接接觸的部分噴涂特氟龍，之后安裝在轉(zhuǎn)盤裝置上，與其組成一體。

3.2.2 轉(zhuǎn)盤裝置

主軸安裝在安裝架上。鎖母安裝在主軸下部，使主軸與安裝架通過其接觸錐面配合鎖緊，其錐面錐度為1:20。旋轉(zhuǎn)軸承安裝在主軸上，與其構(gòu)成一個(gè)回轉(zhuǎn)副。錐形套與主軸靠錐面配合在一起。推力軸承安裝在主軸上，壓在錐形套上，與主軸構(gòu)成一個(gè)回轉(zhuǎn)副。結(jié)合盤安裝在兩個(gè)推力軸承之間，靠壓套對(duì)上部推力軸承的壓力和下部錐形套靠其與主軸間的錐形面的支撐力固定死。結(jié)合盤通過上下兩個(gè)推力軸承及旋轉(zhuǎn)軸承與主軸構(gòu)成一個(gè)回轉(zhuǎn)副。

整個(gè)裝置組裝好后安裝在機(jī)架裝置上。

圖4 轉(zhuǎn)盤裝置

圖5 鎖緊裝置

圖6 機(jī)架裝置

3.2.3 鎖緊裝置

絲杠安裝在鎖緊架上，與鎖緊架構(gòu)成一個(gè)螺旋副。手輪固定在絲杠上，與其形成一體。阻尼圈安裝在金屬槽上，與其形成一體。導(dǎo)向軸固定在金屬槽上，與其形成一體。導(dǎo)向軸安裝在鎖緊架，穿過預(yù)先做好的導(dǎo)向孔，與其構(gòu)成移動(dòng)副。絲杠穿過金屬槽與鎖緊母靠頂絲緊固，使其與金屬槽構(gòu)成回轉(zhuǎn)副。

整個(gè)裝置組裝后安裝在機(jī)架裝置上，均布在轉(zhuǎn)盤裝置四周。

3.2.4 機(jī)架裝置

腳輪安裝在架體上，使架體可以在地面實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。把手安裝在架體上，保證操作者可以推動(dòng)架體移動(dòng)。

上述三個(gè)裝置安裝好后依次安裝在本裝置上，形成一體。

4 新技術(shù)方案的工作原理和工作過程

4.1 轉(zhuǎn)盤裝置原理及工作過程

轉(zhuǎn)盤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖見圖7。

說明：機(jī)架對(duì)應(yīng)安裝架及主軸；機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)結(jié)合盤、壓力軸承、壓套及旋轉(zhuǎn)軸承。

分析：機(jī)架與機(jī)構(gòu)構(gòu)成回轉(zhuǎn)副，實(shí)現(xiàn)卸胎車托盤的旋轉(zhuǎn)功能。

圖7 轉(zhuǎn)盤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖

4.2 鎖緊裝置原理及工作過程

機(jī)架對(duì)應(yīng)鎖緊架。旋轉(zhuǎn)件對(duì)應(yīng)導(dǎo)向軸及金屬槽的固定。旋轉(zhuǎn)件對(duì)應(yīng)絲杠及鎖緊母。機(jī)架與旋轉(zhuǎn)件構(gòu)成螺旋副。機(jī)架與件構(gòu)成移動(dòng)副。

運(yùn)動(dòng)分析：①鎖緊：旋轉(zhuǎn)件在螺紋副的作用下，推動(dòng)件2向前推進(jìn)，運(yùn)動(dòng)至位置A′，使阻尼條接觸結(jié)合盤邊緣，壓合住結(jié)合盤，在摩擦力的作用下，阻止結(jié)合盤旋轉(zhuǎn)，此時(shí)實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)對(duì)結(jié)合盤及托盤的鎖緊，防止其旋轉(zhuǎn)；②釋放：反向旋轉(zhuǎn)件，旋轉(zhuǎn)件在螺紋副的作用下，拉動(dòng)件2向后推進(jìn)，運(yùn)動(dòng)至位置A，使阻尼條脫離結(jié)合盤邊緣釋放結(jié)合盤，使其可以自由旋轉(zhuǎn)。

圖8 鎖緊裝置結(jié)構(gòu)簡圖

4.3 整個(gè)裝置工作過程

步驟1：操作者鎖緊鎖緊裝置，機(jī)械手將胎坯放在卸臺(tái)車托盤上（如圖9a）；

步驟2：操作者釋放鎖緊裝置（如圖9b），托盤可以旋轉(zhuǎn)任意角度a′，操作者持續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，檢查胎坯是否合格；

步驟3：操作者鎖緊鎖緊裝置，轉(zhuǎn)盤被鎖緊，不能旋轉(zhuǎn)（如圖9c），操作者拉走卸胎車，完成卸胎。

圖9 工作過程運(yùn)動(dòng)簡圖

5 關(guān)于旋轉(zhuǎn)裝置受力分析

旋轉(zhuǎn)裝置受力最大應(yīng)該為，當(dāng)成型好的輪胎胎坯放到運(yùn)輸車上后，因?yàn)橹乜ǖ奶ヅ饕话銥?00 kg，胎坯自身的重量加上運(yùn)輸托盤的自身重量，預(yù)計(jì)將會(huì)有750 kg的負(fù)載壓在旋轉(zhuǎn)主軸上，因此主軸的受力應(yīng)該考慮。

另外在整個(gè)裝置中，鑒于整體運(yùn)輸車的重量需要受到限制中間結(jié)合盤的重量不應(yīng)過大，因此，該件的結(jié)構(gòu)需要做到大量減重處理，但是該件又承載托盤及整個(gè)生胎胎坯的重量，因此該件的強(qiáng)度及變形應(yīng)該受到考慮。

5.1 對(duì)主軸的功能及力學(xué)分析

主軸作用：①在旋轉(zhuǎn)裝置中，主軸利用其錐面，完全承受整個(gè)負(fù)載的重力，對(duì)整體旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起到支撐作用；②在旋轉(zhuǎn)裝置中，主軸承擔(dān)裝在軸承組，對(duì)整個(gè)裝置的旋轉(zhuǎn)，起到固定作用。

本設(shè)計(jì)基于Autodesk Inventor Simulation 模塊針對(duì)該零件進(jìn)行模擬受力分析研究。圖10為在最大載荷下在Autodesk Inventor Simulation 模塊分析下的主軸受力截圖。

主軸應(yīng)力校核結(jié)果見圖11，主軸位移校核結(jié)果見圖12。綜合Autodesk Inventor Simulation模塊實(shí)驗(yàn)可得出如下結(jié)論：該主軸設(shè)計(jì)安全可靠，安全系數(shù)為15 ul。

圖10 主軸受力截圖

圖11 應(yīng)力結(jié)果報(bào)表截圖

圖12 位移結(jié)果報(bào)表截圖

5.2 旋轉(zhuǎn)裝置中的結(jié)合盤的功能及受力分析

結(jié)合盤的作用主要有：①支撐托盤及生胎，承載其全部重量；②支撐軸承組，為軸承組起到固定作用。

基于Autodesk Inventor Simulation 模塊針對(duì)該零件進(jìn)行研究，圖13為在最大載荷下在Autodesk Inventor Simulation 模塊分析下的結(jié)合盤受力效果圖。結(jié)合盤應(yīng)力校核結(jié)果見圖14，結(jié)合盤應(yīng)力校核結(jié)果見圖15，結(jié)合盤接觸應(yīng)力校核見圖16。

綜合Autodesk Inventor Simulation模塊實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：該結(jié)合盤設(shè)計(jì)安全可靠，安全系數(shù)為 15ul。

圖13 結(jié)合盤受力圖

圖14 結(jié)合盤應(yīng)力結(jié)果報(bào)表截圖

圖15 結(jié)合盤位移結(jié)果報(bào)表截圖

圖16 結(jié)合盤接觸應(yīng)力結(jié)果報(bào)表截圖

6 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

效率提升:新技術(shù)旋轉(zhuǎn)式卸胎車省去輪胎廠班產(chǎn)操作者圍繞卸胎車行走驗(yàn)胎的步行時(shí)間，整個(gè)過程一次性完成，提升班產(chǎn)效率。

操作簡單: 新技術(shù)旋轉(zhuǎn)式卸胎車避免操作者圍繞卸胎車步行，每條胎少走8.26 m，每班少走660 m，降低使用者勞動(dòng)強(qiáng)度。

7 未來升級(jí)空間

7.1 系統(tǒng)輕量化方向設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用的主軸設(shè)計(jì)為實(shí)心軸車制，材料選擇為40 Cr，從受力仿真分析的結(jié)果來看，主軸的安全系數(shù)很大，所以可以從如下兩個(gè)方面開展輕量化設(shè)計(jì)：①減少主軸的截面尺寸；②改變主軸的材料選擇，可以從40 Cr降低為45鋼材車削制成。

7.2 以型材替代現(xiàn)有鋼材加工

本設(shè)計(jì)的結(jié)合盤選用鋼板焊接加工制成，其中因?yàn)樾枰玫较鄳?yīng)的橫截面采用了大量的鋼板。在外來的設(shè)計(jì)中，可以采用相應(yīng)的型材，直接使用，通過利用型材的有效橫截面來獲得更加優(yōu)秀的抗彎截面系數(shù)。