Z型提升機(jī)的結(jié)構(gòu)分析與探究

趙 峰，劉建華，惲利軍，江玉琦，梁彥兵

（1.中糧工科金麥科技（無(wú)錫）有限公司，江蘇 無(wú)錫 214035；2.無(wú)錫中糧工程科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214035；3.中糧工程裝備（張家口）有限公司，河北 張家口 076250）

在酒廠和食品廠顆粒物料、粉狀物料的輸送過(guò)程中，通常有水平和垂直兩個(gè)方向。合理選用良好技術(shù)性能和正常技術(shù)狀態(tài)的輸送設(shè)備，不僅影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，而且影響企業(yè)勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)等[1]。目前水平輸送一般采用帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)或螺旋輸送機(jī)等，垂直方向物料提升一般采用斗式提升機(jī)或螺旋輸送機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)，盡管帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)和螺旋輸送機(jī)也都能按照一定角度傾斜安裝或者做成彎帶式輸送機(jī)和彎刮板輸送機(jī)，但是均不適用于大角度的傾斜安裝，且在工藝處理上比較復(fù)雜，難以滿足使用要求。單臺(tái)Z型提升機(jī)可以同時(shí)完成水平輸送、垂直輸送、多點(diǎn)進(jìn)料和多點(diǎn)出料等輸送散裝物料任務(wù)，并且可以實(shí)現(xiàn)水平輸送到垂直輸送的90°輸送方向改變。目前Z型提升機(jī)多用于稱重包裝的供料、色選機(jī)的供料、復(fù)選供料以及自動(dòng)化生產(chǎn)線的立體循環(huán)上下供料等，涉及糧油食品、寵物食品、化工醫(yī)藥、五金電料和包裝等多個(gè)行業(yè)。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)

Z型提升機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由喂料裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輸送裝置、卸料裝置、張緊裝置、殼體和控制系統(tǒng)等組成。Z型提升機(jī)只是對(duì)該類型提升機(jī)的一個(gè)統(tǒng)稱，Z型提升機(jī)適用范圍廣泛，輸送形式多變。可以做成C型，甚至于做成多個(gè)90°轉(zhuǎn)向的樓梯形式。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

Z型提升機(jī)沿工藝輸送路徑布置兩條平行且同步運(yùn)行的專用鏈條，兩條鏈條之間安裝有誘導(dǎo)畚斗，鏈條由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)喂料裝置中的投料斗投料后，物料經(jīng)喂料裝置進(jìn)入到誘導(dǎo)畚斗中，誘導(dǎo)畚斗隨著輸送鏈條的運(yùn)行對(duì)物料進(jìn)行輸送。其中在輸送過(guò)程中誘導(dǎo)畚斗始終保持水平狀態(tài)，防止畚斗內(nèi)物料拋灑。

2 Z型提升機(jī)的結(jié)構(gòu)分析

2.1 喂料裝置

喂料裝置是物料進(jìn)入Z型提升機(jī)的關(guān)鍵，喂料裝置的喂料速度和喂料方式直接影響著設(shè)備產(chǎn)量和效率。常用的Z型提升機(jī)喂料形式有兩種。一種是振動(dòng)喂料器喂料，一種是葉輪喂料器喂料。

2.1.1振動(dòng)喂料裝置

振動(dòng)喂料裝置由投料斗、支腿、電磁振動(dòng)給料器和調(diào)節(jié)支腿等組成，電磁振動(dòng)給料器由電磁振動(dòng)器和振動(dòng)喂料斗組成，如圖2所示。投料斗位于振動(dòng)喂料器的上方，與振動(dòng)喂料器有一定的間隙，可以通過(guò)調(diào)節(jié)支腿的高度來(lái)調(diào)整投料斗和振動(dòng)喂料器之間的間隙。振動(dòng)喂料器下方安裝有電磁振動(dòng)器，電磁振動(dòng)給料器安裝在殼體上：①由振動(dòng)喂料槽和振動(dòng)喂料器內(nèi)物料組成盛料部分；②由電磁振動(dòng)器的線圈、鐵芯、銜鐵、主振彈簧和殼體等組成振動(dòng)部分。兩質(zhì)量體由兩根彈簧組裝在一起形成了一個(gè)雙質(zhì)量定向強(qiáng)迫振動(dòng)彈性系統(tǒng)，根據(jù)諧振原理，當(dāng)給料機(jī)的自有頻率與電磁激振頻率相接近時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅最大；反之振幅最小[2-4]。

在投料斗上投料后，物料進(jìn)入到振動(dòng)喂料器，經(jīng)過(guò)振動(dòng)喂料器的振動(dòng)，物料均勻地沿振動(dòng)喂料槽的右側(cè)進(jìn)入到誘導(dǎo)畚斗中實(shí)現(xiàn)喂料，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電磁振動(dòng)器的振幅來(lái)調(diào)整振動(dòng)喂料斗的振動(dòng)幅度，進(jìn)而調(diào)節(jié)喂料產(chǎn)量，該喂料裝置產(chǎn)量調(diào)整比較方便，而且產(chǎn)量的調(diào)整是連續(xù)的。由于喂料是連續(xù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行的，在畚斗的邊緣上會(huì)有留有物料，盡管會(huì)在喂料后的殼體段設(shè)置擋料板清除畚斗邊緣的積料，但是難以清除干凈，往往在輸送過(guò)程會(huì)有部分物料撒落。

2.1.2葉輪喂料裝置

葉輪喂料裝置主要由進(jìn)料口、鏈輪、葉輪、喂料器殼體和出料口組成，如圖3所示。葉輪喂料裝置的鏈輪是由輸送鏈條驅(qū)動(dòng)的，不用單獨(dú)配置動(dòng)力。葉輪由6個(gè)葉片和軸組成，葉片和殼體將葉輪喂料器腔體均分成6個(gè)小腔體，葉輪邊緣開(kāi)口尺寸a小于誘導(dǎo)畚斗寬度尺寸b，葉輪厚度c大于兩誘導(dǎo)畚斗邊緣尺寸d，并且每個(gè)小腔體的容積是誘導(dǎo)畚斗容積的0.7～0.8。

圖3 葉輪喂料裝置圖

在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意葉輪的直徑和葉輪喂料器的鏈輪大小相匹配，這樣葉輪外圓的線速度和鏈條的線速度就一致。安裝時(shí)葉輪的小腔體正好對(duì)應(yīng)誘導(dǎo)畚斗，這樣在使用過(guò)程中無(wú)論鏈速高低，卸料時(shí)葉輪每個(gè)小容積內(nèi)物料始終是卸到一個(gè)誘導(dǎo)畚斗中，不會(huì)有物料卸到誘導(dǎo)畚斗外或邊緣處，杜絕了Z型提升機(jī)撒料的發(fā)生。葉輪喂料裝置喂料穩(wěn)定，但是制作上較振動(dòng)喂料裝置復(fù)雜，成本較高，并且單純依靠葉輪喂料裝置本身不能調(diào)整喂料產(chǎn)量。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置

Z型提升機(jī)的動(dòng)力選擇電動(dòng)機(jī)，連接減速機(jī)減速，再配合以鏈傳動(dòng)或帶傳動(dòng)做二級(jí)減速。二級(jí)減速選用帶傳動(dòng)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、無(wú)需潤(rùn)滑及吸振等；缺點(diǎn)是啟動(dòng)瞬間或者皮帶松弛的情況下容易出現(xiàn)皮帶打滑，線速度出現(xiàn)偏差。二級(jí)減速選用鏈傳動(dòng)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是鏈輪受力好，承載能力大，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，具有一定緩沖和減振性能，且適合于工況比較復(fù)雜環(huán)境；缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)有噪音，需定期潤(rùn)滑，磨損后不及時(shí)張緊會(huì)發(fā)生跳齒[5-6]。在二級(jí)傳動(dòng)的過(guò)程中，可以配以扭力限制器，當(dāng)因堵料造成過(guò)載或者因機(jī)械故障造成設(shè)備負(fù)載超過(guò)設(shè)定值時(shí)，扭力限制器會(huì)以打滑的形式來(lái)限制所傳動(dòng)的扭矩，當(dāng)過(guò)載情況消失后自動(dòng)恢復(fù)聯(lián)結(jié)。這樣可以防止設(shè)備損壞，避免了不必要的停機(jī)。

2.3 輸送裝置

輸送裝置主要由鏈輪、鏈條和誘導(dǎo)畚斗組成。鏈條是采用的專用鏈條，在鏈板側(cè)面有供誘導(dǎo)畚斗安裝的安裝柱銷。鏈條的路徑是根據(jù)物料輸送的工藝要求進(jìn)行布置的，組成一個(gè)回環(huán)。頭部鏈輪和尾部鏈輪使鏈條完成180°轉(zhuǎn)向，中間的鏈輪使鏈條完成90°轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)了水平輸送和垂直輸送的互換。無(wú)論是在水平輸送還是在垂直輸送過(guò)程中誘導(dǎo)畚斗都是處于水平狀態(tài)，這個(gè)也是由于誘導(dǎo)畚斗的獨(dú)特設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，誘導(dǎo)畚斗兩側(cè)安裝在兩條平行且同步運(yùn)行鏈條的鏈板安裝柱銷上，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其重心位置自然靠下，在輸送過(guò)程中誘導(dǎo)畚斗就是一個(gè)行走的雙耳吊藍(lán)，該畚斗無(wú)論垂直還是水平輸送保證了輸送物料的不撒、不漏。

2.4 卸料裝置

卸料裝置分為兩種，單出口卸料裝置和多出口卸料裝置。多出口卸料裝置如圖4所示。主要由誘導(dǎo)板、連桿機(jī)構(gòu)和氣缸組成。某卸料口不卸料時(shí)，氣缸呈伸長(zhǎng)狀態(tài)，誘導(dǎo)板不與誘導(dǎo)畚斗相接觸，誘導(dǎo)畚斗水平狀態(tài)通過(guò)；該卸料口卸料時(shí)，氣缸收回，誘導(dǎo)板在連桿機(jī)構(gòu)的作用下上升，誘導(dǎo)板的上部曲面與誘導(dǎo)畚斗側(cè)面的誘導(dǎo)面相接觸，使誘導(dǎo)畚斗沿輸送方向旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行卸料，誘導(dǎo)板上部誘導(dǎo)面有一定的長(zhǎng)度可以使誘導(dǎo)畚斗與誘導(dǎo)面接觸，保持畚斗旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)一定的時(shí)間，保證完全卸料。單出口卸料裝置的誘導(dǎo)板是固定的，沒(méi)有氣缸和連桿機(jī)構(gòu)，在畚斗通過(guò)卸料口時(shí)完成卸料。

圖4 中間卸料裝置圖

2.5 張緊裝置

Z型提升機(jī)采用鏈條輸送的形式時(shí)，隨著鏈條在使用過(guò)程中的磨損、伸長(zhǎng)，需要設(shè)置張緊裝置，并設(shè)置一個(gè)比較合理的張緊行程，保證鏈條鏈輪磨損后的嚙合性能，同時(shí)也便于安裝與拆卸。一般張緊行程X可按式（1）選定：

式中：X為張緊行程；P為輸送鏈條節(jié)距。

當(dāng)提升機(jī)很長(zhǎng)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)丶哟髲埦o行程。常用的張緊方式有3種，即螺桿張緊、彈簧張緊和重力張緊[7]。

2.5.1螺桿張緊

螺桿張緊是使用最廣泛的張緊方式，一般適用于短距離輸送的Z型提升機(jī)。螺桿張緊一般在鏈輪的兩側(cè)各設(shè)置一根T型螺桿，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿實(shí)現(xiàn)張緊調(diào)節(jié)。有兩種運(yùn)動(dòng)方式：一種是螺母固定，T型螺桿旋轉(zhuǎn)并前后移動(dòng)；第二種是T型螺桿只旋轉(zhuǎn)不移動(dòng)，螺母實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的前后移動(dòng)。按照螺桿的受力方向，又分為螺桿受壓力和受拉力兩種形式。目前，大多數(shù)螺桿張緊的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)采用的是螺桿受壓方式。螺桿張緊的優(yōu)點(diǎn)是尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，調(diào)節(jié)方便、可靠。缺點(diǎn)是沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，需要人工定期進(jìn)行維護(hù)，并且在張緊時(shí)，要求兩根螺桿需要同時(shí)張緊且張緊距離一致，不能出現(xiàn)張得過(guò)緊或過(guò)松，對(duì)維護(hù)工人的技術(shù)水平要求較高。

2.5.2彈簧張緊

彈簧張緊結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)鎖緊棘齒、外鎖緊棘齒、移動(dòng)裝置和中間墻板組成，其中移動(dòng)裝置由螺桿、螺母、壓縮彈簧和尾軸組成，如圖5所示。中間墻板和殼體相連，螺桿的一端安裝在中間墻板上，另外一端安裝有壓縮彈簧，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母可以調(diào)節(jié)壓縮彈簧在張緊時(shí)的張緊力。當(dāng)Z型提升機(jī)使用一段時(shí)間后，隨著鏈條和鏈輪磨損時(shí)，鏈條變得松弛，壓縮彈簧伸長(zhǎng)，內(nèi)鎖緊棘齒向右移動(dòng)，外鎖緊棘齒抬起，當(dāng)伸長(zhǎng)一齒時(shí)外鎖緊棘齒重新落下鎖緊，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊。彈簧張緊的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的調(diào)整，由于彈簧的彈性作用，當(dāng)鏈條的牽引力減少時(shí)，彈簧會(huì)伸長(zhǎng)，使鏈條始終處于一種合理的張緊狀態(tài)，這一功能是螺桿式張緊無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，彈簧選擇必須合理，不同長(zhǎng)度的Z型提升機(jī)需要配備相應(yīng)的壓縮彈簧，剛性太大或太小均不能很好地起到應(yīng)有的作用，而且由于增加了一個(gè)壓縮彈簧，使尾部的長(zhǎng)度增加，占地空間和成本也隨之增加。

圖5 彈簧張緊圖

2.5.3重力張緊

重力張緊是根據(jù)Z型輸送距離在尾部鏈輪處設(shè)置一定重量的配重來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于是靠配重的重力，所以要求高度有足夠的安裝空間，分為配重在地上和地下兩種。重力張緊能夠自動(dòng)的保持鏈條的牽引力恒定，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且龐大，適用于大型的長(zhǎng)距離的Z型提升機(jī)。

2.6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是Z型提升機(jī)的“大腦”，控制著Z型提升機(jī)的運(yùn)行，并能及時(shí)反饋運(yùn)行狀態(tài)。Z型提升機(jī)有手動(dòng)功能和自動(dòng)功能。檔位開(kāi)關(guān)撥到手動(dòng)狀態(tài)，可以手動(dòng)啟停設(shè)備，適用于檢修和調(diào)試；檔位開(kāi)關(guān)撥到自動(dòng)狀態(tài)，可以連接到中控室，按照設(shè)置的控制程序運(yùn)行。對(duì)于振動(dòng)喂料的Z型提升機(jī)可以在控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電磁振動(dòng)器的振幅，振幅的大小會(huì)影響Z型提升機(jī)的輸送量，可以根據(jù)生產(chǎn)需求在一定范圍內(nèi)調(diào)整。除了調(diào)節(jié)振動(dòng)器的振幅調(diào)節(jié)輸送量外，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)提升鏈速來(lái)調(diào)整輸送量，直接旋轉(zhuǎn)控制面板上的變頻器的調(diào)節(jié)檔位即可。對(duì)于葉輪喂料裝置的Z型提升機(jī)僅能通過(guò)調(diào)整鏈速來(lái)調(diào)整輸送產(chǎn)量。

3 結(jié)語(yǔ)

Z型提升機(jī)各裝置部件根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)可靈活運(yùn)用，布置形式多樣，可同時(shí)完成水平和垂直輸送散裝物料，并可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)進(jìn)料和多點(diǎn)出料，粒狀物料輸送時(shí)不易破碎，設(shè)備應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)能力強(qiáng)，是一種很好的物料輸送設(shè)備。