堆垛机行走电机及减速机拆卸装置的研制与应用|减速机|堆垛机|拆卸装置|机械设计手册|活塞|电机|连杆

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摘要：由于堆垛机行走电机及减速机重量较大，无专用拆卸工具，导致堆垛机行走电机及减速机拆卸时间长，员工维修难度高、工作量大，降低了堆垛机维修和运行效率，影响烟草工业企业卷烟正常生产、仓储和销售。为解决以上问题，我们研制了堆垛机行走电机及减速机拆卸装置，该装置包括底座、升高液压缸、支撑座、顶升液压缸、连杆、固定底座等元器件。通过实际应用表明，该装置解决了堆垛机行走电机及减速机拆卸时间长、员工维修难度高和工作量大的问题，提升了堆垛机维修和运行效率，并消除了堆垛机电机及减速机拆卸过程中坠落、倾倒等安全隐患，保证了作业人员安全。

关键词：堆垛机、行走电机、减速机、拆卸、时间、安全

作者：姜华周鹏

1为陕西中烟工业有限责任公司延安卷烟厂

2为陕西中烟工业有限责任公司

一

问题分析

烟草工业企业配置成品、烟用材料及原料的高架库，其中堆垛机是高架库的核心设备，对于保障卷烟生产、仓储及销售的高效运行起着决定作用。为了保证堆垛机高效载货运行，堆垛机需要配置具有较大功率和重量的行走电机及减速机（如图1），该设备总重量达到或超过两百公斤。随着堆垛机长时间连续运行，设备故障频次逐渐增加。当堆垛机行走轮、行走轴承、行走电机等关键部件出现故障后，需要拆卸行走电机及减速机以便进行维修。由于没有专用的拆卸工具，这导致每次拆卸行走电机及减速机需要耗费的时长达约15小时。这不仅极大地增加了维修人员的工作难度和工作量，还大幅延长了堆垛机维修时间，降低了堆垛机的维修和运行效率，对烟草工业企业的卷烟生产、仓储和销售活动造成了严重影响。

图1 堆垛机行走电机及减速机

近年来，众多技术人员对堆垛机行走电机及减速机拆卸装置进行了研究，例如，采用液压和吊装装置进行堆垛机行走电机及减速机拆卸[1]，但在吊装过程中，存在堆垛机行走电机及减速机坠落、倾倒的安全隐患。为了解决以上问题，本文研制了一种堆垛机行走电机及减速机专用拆卸装置。

二

装置结构

堆垛机行走电机及减速机拆卸专用装置结构设计如图2和图3所示，该专用装置主要元器件包括底座、升高液压缸、手柄、工型架、推杆、小轮、大轮、支撑座、顶升液压缸、连杆、连杆螺母、卡盘、固定底座、固定杆，如图2所示。其中，卡盘包括左卡盘、右卡盘、连杆、调节螺母，如图3所示。

图2 堆垛机行走电机及减速机拆卸装置结构图

图3 卡盘结构图

三

装置主要元器件设计

1.顶升液压缸

根据堆垛机行走电机及减速机拆卸现场实际情况，顶升液压缸按承受500kg力计算，则负载为F1为5000N；根据《机械设计手册》，设定液压缸的工作压力为4MPa，当无速比要求时，按标准取值d1=0.5D1。其中，d1为活塞杆的直径，D1为液压缸内径。

（1）液压缸内径D1和液压缸活塞杆直径d1

（2）液压缸往复运动速度比

（3）单活塞杆液压缸流量

根据液压缸内径40mm，活塞杆直径20mm，可计算出活塞杆伸出流量Q1为1.25L/min，活塞杆缩回流量Q2为0.94L/min，活塞杆差动伸出流量Q3为0.31L/min。其中，v为活塞杆运动速度，按1m/min计算。

顶升液压缸所需行程约为300mm，预留一定安全余量，按《机械设计手册》活塞行程系列选定行程320mm，根据以上计算数据，配合具体使用工况，可在市场上选出顶升液压缸型号为CX-SD40X320。同理，可选出升高液压缸型号为CX-SD32X200。

2．连杆

拆卸过程中，顶升液压缸向前顶出，依靠4根连杆及卡盘将行走电机及减速机往后拉，因此，连杆在工作过程中，连杆受水平方向拉力，4根连杆的截面总面积必须大于活塞杆的截面面积。顶升液压缸活塞杆的直径为20mm，故连杆的直径必须大于10mm，按市场上常用材料规格可选直径为12mm、材质为45#的圆棒料。

当连杆的直径为12mm时，4根连杆的截面总面积为452.4 mm2，4根连杆受拉应力为

其中σb为抗拉强度，查《机械设计手册》得45#的σb≥600MPa，n为安全系数，取值2；根据第一强度理论σ≤[σ]，可计算出σ=11.05MPa＜[σ]=300MPa，因此连杆直径为12mm，材质为45#的圆棒料时，能满足强度要求。

3.底座

顶升液压缸内径尺寸为40mm，取缸体壁厚为5mm，可得液压缸外径尺寸为50mm ，根据实际经验，底座板厚可选用12mm，底座为关键位置，材料可选用45#。

12mm厚度底座受剪切面面积为1885mm2，顶升液压缸工作状态时为水平顶出，垂直于底座，故底座受水平方向压力，其应力为

其中σs为屈服强度，查《机械设计手册》得45#的σs≥355MPa，n为安全系数，取值2；根据第三强度理论τ≤[τ]，可计算出τ=2.65MPa＜[τ]=88.75MPa，因此底座厚度为12mm，材质为45#的钢板时，能满足强度要求。

四

装置使用

拆卸堆垛机行走电机及减速机前，维修人员将拆卸装置推放到电机及减速机下部，通过手柄3将升高液压缸2升起。升高液压缸2活塞升高带动工型架4升高，同时带动推杆5推伸使堆垛机行走电机及减速机拆卸装置整体升高。底座1与堆垛机行走电机及减速机底部接触，并由底座1承受堆垛机行走电机及减速机的全部重量，转动左右两个固定杆12-2，配合固定底座12-1固定堆垛机行走电机及减速机，消除堆垛机电机及减速机拆卸过程中坠落、倾倒的安全隐患。

根据堆垛机行走电机及减速机的外形尺寸，利用连杆11-3连接左卡盘11-1、右卡盘11-2，调节螺母11-4在连杆11-3上位置，使左卡盘11-1、右卡盘11-2卡住堆垛机行走电机及减速机外侧。左、右卡盘中部留有行走轴14的位置，通过4根连杆10将左、右卡盘与支撑座8连接。支撑座8上预留开槽，使连杆10根据左、右卡盘位置进行左右调节。顶升液压缸9顶住行走轴14，根据堆垛机行走电机及减速机外形尺寸，利用连杆螺母15调节、锁紧连杆10。顶升液压缸9沿行走轴14方向进行顶升，随着顶升液压缸9活塞不断伸出，堆垛机行走电机及减速机向相反的方向移动，直至堆垛机行走电机及减速机从行走轴14上彻底拆卸下。顶升液压缸9的液压泄压，顶升液压缸9活塞收回，拆除连杆10、卡盘11。再次转动左右两个电机固定底座12-1上固定杆12-2，使堆垛机行走电机及减速机彻底固定在拆卸装置上，最终维修人员利用手柄3、拆卸装置下部小轮6、大轮7，将堆垛机行走电机及减速机搬运到修理间开展维修工作，减少了维修人员搬运工作量。

五

应用效果

2022年及以前延安卷烟厂采用撬杠撬动的方式拆卸堆垛机行走电机及减速机，2023年开始堆垛机行走电机及减速机拆卸专用装置在延安卷烟厂成品、烟用材料和原料高架库中得到应用。技术人员对2021、2022年和2023年工厂高架库15组堆垛机的行走电机及减速机的拆卸用时及堆垛机运行平均效率等数据进行了统计分析，发现拆卸时间从平均14.9小时/次、14.7小时/次下降到1.5小时/次，全年的拆卸总用时从223.5小时、235.2小时下降到24小时，详见表1；堆垛机平均运行效率从90.13%、88.3%上升到95.63%，详见表2；此外，拆卸过程中的坠落、倾倒安全事件从2次、3次降低到0次，详见表3。