机制烟道自动立体存储与静养系统的开发设计_江玉才.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：安徽省教育厅 年高校优秀拔尖人才培育资助项目（）；六安职业技术学院 年“星座工程”项目（）作者简介：江玉才（），男，安徽安庆人，副教授，从事工业自动产线设计、自动检测技术的教学与研究。第 卷第期安徽水利水电职业技术学院学报 年月 机制烟道自动立体存储与静养系统的开发设计江玉才，杨晶，黄志友，徐培（六安职业技术学院，安徽 六安 ；安徽智信机电设备有限公司，安徽 六安 ）摘要：针对传统分布式烟道生产、静养及存储过程中存在的缺点，文章设计了一种机制烟道自动立体存储与静养系统，并采用有限元分析方法对整体框架结构进行了模拟分析，验证了系统结构的可靠性，通过电气控制线路与液压系统相结合，实现自动入库与出库管理操作。关键词：立体存储；成型烟道；轨道推车；有限元分析 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；目前的烟道成型机生产端与存储静养区采取分开布置，两个工序脱节，自动化程度低，无论是上模、脱模，还是成型烟道运输至存储区进行静养，全程都需要人工操作，劳动强度大、效率低。平铺分布的存储静养区占地面积大，对生产厂房的大小有较高的要求，制约了生产规模扩大和生产效率的提高。成型烟道运输过程中因距离远，震动大，对产品质量有较大负面影响。为满足 住宅厨房和卫生间排烟（气）道制品标准（）对烟道外观质量、尺寸偏差、耐软物撞击、耐火极限等方面提出的要求，同时克服传统烟道生产设备存在的上述问题，本文开发设计一种机制烟道自动立体存储与静养系统，有效降低劳动强度，提升自动化水平，提高劳动效率，减少生产成本。烟道生产与存储静养的要求 烟道成型工序分析机制成型烟道的生产过程主要有以下步骤：上模覆盖钢丝网合模水泥浇灌振实存储静养脱模常用的住宅厨房和卫生间排烟（气）道的尺寸约 ，浇灌水泥和覆盖钢丝网的工序操作可借助机器设备辅助完成，成型待存储静养的烟道，重量约 。烟道存储静养的要求分析机制成型后烟道的存储与静养的周期长，静养过程的温湿度控制对烟道的最终质量以及生产效率有着较大的影响。存储场地要求占地面积宽阔、通风、避雨，烟道静养过程中要离地架空放置，确保静养过程中，喷洒水能够及时沥干。成型烟道立体存储与静养系统的总体方案设计 系统设计要求经合模、水泥浇灌、振实等工序后的成型烟道，为做好后续存储静养的工作，按照存储静养的要求，主要从以下方面做好系统设计。为减少占地面积，降低厂房建设或租赁成本，存储容量合计三层，层高，个静养静养工位构成一个静养区，静养区的的数量可根据企业占地规模和生产任务进行组合扩展，单个静养区占地地面积约 。机制成型的烟道加上钢制模具，整体质量约 ，为确保在在运行过程中平稳可靠，其中纵向运行以容量为 的三相异步电动机加减速器来拖动，运行速度约 。横向出入库采用液压机构驱动，运行速度约 。竖向升降运动也采用液压结构，因出库与入库的位置不同，采用两套液压系统分别控制，运行速度约 。为加快生产速度，提高生产效率，在静养区每个工位附近安装吹风加热设施，同时利用传感器检测静养区温湿度值，及时了解静养进度。为提高系统整体安全与可靠性，在纵向小车运行轨道、横向导轨与竖向举升气缸等运动极限位置，以及每个静养工位相应的位置均安装限位开关，确保工作过程中能够及时有效停车。整体结构设计根据设计条件和要求，机制烟道自动立体存储与静养系统的整体结构示意图如图所示。主要包含整体支撑框架、输送小车、提升机构、行走机构、平推机构、轨道等。图整体结构示意图系统整体支撑框架采用 型钢进行搭建，待存储静养的成型烟道和模具一起放置在其中架空的平行钢架上。输送小车用于承担烟道的输送任务，根据“先入库先出库、后入库后出库”的原则，在入库和出库端各设置一辆纵向输送小车。提升机构通过液压机构来带动举升装置，完成对烟道的立体竖向举升。行走机构是利用三相异步第期江玉才：机制烟道自动立体存储与静养系统的开发设计电动机完成对成型烟道在纵向轨道上的移动运行。平推机构是利用液压机构，推动直线气缸把成型烟道平推至静养区工位中。静养房支撑架结构设计与分析 静养房支撑架构组成静养房内部采用立体多层支撑架结构，主要由立柱，横梁、纵梁、拉杆等组成。立柱是整个静养房的承重基础，对于静养房的稳定性、安全性及使用寿命都至关重要。框架采用型钢，材质为 ，立柱底座通过螺栓固定在地面安装基础上。成型烟道悬空放置在横向轨道梁上，纵向轨道梁作为直接承重结构，选用 材质矩形管，焊接在立柱上，在纵向轨道梁下方安装有三角加强筋提升其承载能力。静养房支撑架构有限元分析图钢架模型静养房支撑架构是整个系统的核心构件，其稳定性直接决定了整个系统的安全和可靠程度，在设计过程中须对静养房支撑架构进行有限元分析，采用的软件是 ，构建两跨钢架模型，模型如图所示，模型共层，最下层距地面的距离为 ，其后每层间距为 ，横梁跨度为 ，纵梁跨度为 ，模型使用 钢种轧制 （型钢 ）型钢构建。采用三维 模型建模，采用 梁单位进行分析。上部柜体的质量为 个，所 以 采 用 施 加 荷 载，大 小 为 。采用的钢材料弹性模量为 ，泊松比为，屈服强度为 。通过对模型进行计算后，由 应力云图（图）可以看出，最大应力为 ，最大应力发生中跨梁、柱节点的连接处，小于屈服强度 ，在安全限度范围以内。其中如图所示的第排桁架结构受力最具有代表性，能够表示模型正常工作状态的受力。模型绝大部分区域在正常工作状态的受力为 ，远小于屈服强度，模型不会被破坏。图 应力云图由位移变形云图（图）可以看出，模型的最大位移为 ，最大位移发生在梁的跨中位置，符合力学规律。最大位移小于梁跨度的 （），不影响正常工作，在安全限度范围以内。图位移变形云图安徽水利水电职业技术学院学报第 卷成型烟道自动入库、出库的控制管理成型烟道的入库、出库的管理由 进行控制。入库管理依据三个静养区中工位是否饱和，决定相应的成型烟道入库的方位和顺序。出库管理按照静养完成的情况，选择对应编号需出库的静养区，然后按照“先入先出、后入后出”的顺序，依次让静养区工位中静养完成的烟道出库。液压推料入库、提升的液压系统要求成型烟道入库与出库动作都是通过 控制液压机构来实现。根据成型烟道质量大、提升和平推过程中动作平稳、易于实现安全保护的要求，竖向举升、下料与横向推料采用的液压泵品牌型号为恒源 。电气线路连接为增强系统的可靠性与稳定性，系统采用三菱 作为控制核心。为提升系统使用的便利性，采用 触摸屏。在组态软件上，设置起动、停止、急停及运行方式选择等控制按钮（开关），并显示各层静养区每一工位的状态和出入库累计数量。为方便现场操作和提高系统冗余度，在出入库各设置一个防护等级为 的不锈钢配电箱，内置硬件控制按钮、选择开关及相关指示灯。入库与出库路径的规划分析第层的静养区工位的入库与出库不需要升降，输送小车拖动成型烟道纵向运行至对应静养区，然后依次平推进入空闲工位。待第层静养区工位全部到位饱和后，将输送小车提升至第层后，第层静养区才能接收新的烟道入库，入库的控制流程同第一层静养区的入库过程。同理，待第层和第层静养区工位饱和后，第层静养区才接收新的烟道，入库过程同上。成型烟道入库操作可分为自动与单步，按照生产任务情况进行选择。根据静养区的烟道静养完成情况，操作人员可采用单个烟道出库或选择某一层静养区集中出库的两种工作方式，让成型烟道在提升机构、行走机构、平推机构等驱动下，实现顺利出库。每层工位中的烟道出库顺序与入库顺序相同，即“先入库先出库、后入库后出库”。结束语通过对机制烟道自动立体存储与静养过程的工序分析，明确系统整体设计的技术要求，利用有限元分析验证立体烟道结构可靠性。电气控制采用 作为控制器，综合考虑现场多种运行控制方式。机制烟道自动立体多层自动存储与静养系统，克服其他存储与静养控制形式的不足的同时，充分考虑了各种故障及安全因素，减少了成型烟道存放的占地面积，提高了生产效率，降低了工人劳动强度，能大幅提升自动化程度。此外，该存储与静养系统，对其他类似材料、设备存储系统的设计制造提供一定的借鉴参考。参考文献朱德红，江玉才，黄志友立式多层机制烟道流水线静养房中国专利：，郑益征，曹伟产，孙海龙基于自动仓储模式的物料配送系统设计制造业自动化，（）：秦凯，周骥平，潘殿生，等管材存储自动化立体仓库的开发设计制造业自动化，（）：袁晓龙免打孔铝模板设计及力学分析滁州学院学报，（）：，孟文东，雷泽勇，钟林，等 基于有限元的车载作业平台液压支撑结构设计分析 机械研究与应用，（）：朱清慧，王志奎上位机与 实现立体仓储交互控制系统微计算机信息，（）：（责任编辑汪明磊）第期江玉才：机制烟道自动立体存储与静养系统的开发设计