电梯平衡补偿链盘绕机器人设计-支撑轮及托辊系统设计【原创含13张CAD图带外文翻译】
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电梯平衡补偿链盘绕机器人设计-支撑轮及托辊系统设计【含13张CAD图带外文翻译】
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题目：电梯平衡补偿链盘绕机器人设计-支撑轮及托辊系统一、前言1课题研究的意义，国内外生产研究现状和发展趋势1.1 课题研究意义首先对电梯系统有一个基本的认识:电梯分为曳引式电梯与液压电梯,而目前市场上使用最普遍的为曳引式电梯。任何一部曳引式电梯都包括以下几个最基本的组成部件:轿厢、曳引钢丝绳、对重、随行电缆 9如图 1 所示：梯在运行过程中,轿厢侧和对重侧的钢丝绳的长度在不断变化,从而引起曳引轮两侧钢丝绳重量的变化。当轿厢位于最低层站时,钢丝纯的重量大部分作用于轿厢側当轿厢位于最高层站时,钢丝纯的重量大部分作用于对重侧。这种变化在电梯提升高度不大时,对电梯的运行性能影晌不大,但提升超过一定高度时,会严重影响电梯运行的稳定性,危及乘客的安全。为此,当电梯的提升高度超过一定高度时,必须要设置具有一定重量的部件来平衡因高度变化带来的重量变化,这就是电梯平衡补偿链 8。所以电梯平衡补偿链定义为:用于连接电梯的轿厢与对重,平衡曳引绳及随行电缆的重量,对电梯的运行起平衡作用的部件 6。 图 1如果平衡链不平直，它会在电梯运行过程中产生扭转运动，运行速度越高，产生的扭转越严重，致使电梯轿厢产生明显的振动和噪音，严重影响电梯运行的平稳性、舒适性和安全性，因此中高速电梯使用的全塑型平衡补偿链的物理外形必须尽量平直。据中国电梯协会统计，目前我国在电梯产量、电梯保有量、电梯增长率方面均为世界第一。从未来电梯市场发展来看，我国也是全球最大的电梯市场和最大的电梯制造基地。随着建筑物高度的增加，对高速电梯的需求量增大，因此，与之配套的全塑型电梯平衡补偿链的需要也同步放大。目前，国内的生产厂家都是通过人工拖拽的方式进行平衡链的堆叠（状况如图 2 所示） ，不仅生产效率低，冷定型后平直性精度不高，而且因为劳动强度大，工作环境差致使很难招到工人 4。第 1 页 共 8 页图 2 人工盘绕状况图为了使用电梯平衡补偿链能够有效减小驱动电机的运动负载，从而达到电梯运行平稳的效果。热挤出成型后的高温 PVC 等复合材料，通过自然冷却可获得弹性好、耐疲劳、寿命长和阻燃等优点。电焊锚链条强度高，相邻链环之间可以有灵活相对的运动，使其有很好的柔性，故决定全塑型平衡补偿链产品质量的关键因素是其平直性品质，如果补偿链的平直性较差，其在电梯高速运行过程中会产生扭转运动，致使轿厢产生振动和噪音。因此保证全塑型平衡补偿链平直品质的关键是必须趁其从挤出机出来、尚处于温热柔软状态之时、进行定轨迹盘绕堆放，然后进行自然冷却。通过综合考虑场地利用及输送等因素及实践验证，按跑道型轨迹堆放效果最好，图 3 为理想的高精度盘绕堆放效果 2。图 3 理想的高精度盘绕状况图我们组的设计所要解决的问题，就是如何才能设计一种代替人工去完成堆放平衡链的设备。设计该样机能替代人工自动牵引补偿链并按跑道型轨迹逐圈逐层盘绕。如图 4 所示为本样机的工作状况 9。第 2 页 共 8 页图 4 盘绕机器人中试状况图1.2 国内外生产研究现状电梯按速度分为低速、中速、高速和超高速电梯。目前工程安装的实际经验,一般是提升高度超过 30M 就需要安装平衡补偿链。在实际运用中,由于电梯的类型,载荷,环境均不相同,所以按照实际红验法来设置临界提升高度并不推荐,如确需采用,也应将系统安全优先考虑而不是考虑成本 4。目前市面上的补偿链有以下几种：1、穿绳补偿链,是最原始的一种补偿链,只能用于梯速 1.75ms 以下的电梯。结构为在铁链中穿入麻绳,这种补偿链在使用过程中由于链与链之间发生摩擦和碰撞,噪音比较大,而且人在轿厢内有明显的抖动感。优点是价格便宜,目前大多数电梯公司己经弃用 52、包塑补偿链,为了减小穿绳补偿链在运行过程中的噪音,同时减缓环境对铁链的腐蚀,于是在穿绳补偿链的基础上包裹一层 PVC 软管,形成了包塑补偿链。相比于穿绳补偿链,包塑补偿链运行时噪音大大减小,且更加美观,但是在柔韧性及耐用性方面仍需改善 103、全塑补偿链,可用至 6m/s 的高速电梯, 是在电焊锚链的外表通过热挤出成型包裹 PVC 等复合材料而制成的全塑型平衡补偿链。使用电梯运行能达到平稳静音的效果,而且全塑型平衡补偿链具有强度高，柔性好、弹性好、耐疲劳、寿命长和阻燃等优点，非常适合用于高速电梯上。许多大型电梯公司所喜爱选定平衡补偿链的类型后,还要考虑平衡补偿链的根数及安装方法。一般来说,首先根据曳引绳的重量减去随行电缆的重量以确定补偿链的重量,然后确定补偿链的每米重量,再从生产厂家的补偿链的品种中选用。专业补偿链生产厂家一般拥有灵活的配重选用方案 1。目前国内外电梯平衡补偿链的生产，大部分还是人工堆叠，几乎没有代替人工堆叠的设备，而且大部分的公司都把生产和研发的中心，放在电梯平衡补偿链的结构以及补偿链包裹的材料上 3。1.3 发展趋势2016年以来，随着政府刺激内需政策效应的逐渐显现以及国际经济形势的好转，电梯平衡补偿链下游行业进入新一轮景气周期从而带来电梯平衡补偿链市场需求的膨胀，电梯平衡补偿链行业的销售回升明显，供求关系得到改善，行业盈利能力稳步提升 【2】 。同时，在国家“十三五”规划和产业结构调整的大方针下，电梯平衡补偿链面第 3 页 共 8 页临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来新的发展契机。随着电梯平衡补偿链市场竞争的愈发激烈，快速有效的掌握市场发展情况成为企业及决策者成功的关键 5。中国产业调研网发布的2018-2025年中国电梯行业现状分析与发展趋势研究报告认为，在未来几年，全球电梯行业将呈现出良好的增长速度。而中国电梯市场的爆炸性增长将使该行业受益。虽然由于中国房地产市场的发展缓慢直接影响到电梯行业，但是在过去几年中，中国的电梯生产和销售保持在20% 以上的年增长率，中国更是占世界电梯市场份额的一半以上，通过市场调研及文献查阅和专利查询可知，目前国内生产高速电梯补偿链的厂家都采用纯人工的方式进行堆叠，效率低下，而且远远达不到平直的要求【2】 。本设计所研发的电梯平衡补偿链盘绕机器人是目前国内唯一的用于补偿链生产冷定型工艺中的高精度智能化专用盘绕装备，无需人工校准盘绕，避免了来自挤出机的热成型后的高温补偿链的PVC等复合材料所释放的有害气体对校准盘绕工人健康的损害，保护了职业健康。提高了盘绕精度，保证了自然冷却定型后的补偿链产品具有良好的平直性品质，提高了高速电梯运行的平稳性、舒适性和安全性；一般盘绕的速度是一个普通工人的三到四倍，不仅仅大大提高了产生效率，而且为电梯及电梯配件产业集群的技术进步和核心竞争力的提升提供了良好的技术支撑 8。2课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1 课题的研究目标本小组主要研究的目标是如何将从挤出机出来的具有既软又重、受力易变形、定位易扭转等物理特性的全塑性电梯平衡补偿链按指定跑道型轨迹进行堆放，以保证其冷定型后的平直品质，给电梯提供一种理想的、可平稳运行的平衡补偿链 4。以及研究如何实现生产过程中的智能化，高效率化，减少工作人员数量和劳动强度。1-机架，2-补偿链，3-支撑轮，4-托辊，5-X 向路轨，6-X 向小车，7-Y 向横梁，8-Y 向路轨，9-Y 向小车，10-摩擦轮系统，11-变层系统，12- 机械指系统。图 5 电梯平衡补偿链盘绕机器人的机构模型本课题研究的是支撑轮及托辊系统。第 4 页 共 8 页支撑系统达到的目标：由于从挤出机出来的补偿链处于温热柔软状态，摩擦轮系统将位于地面的链条先提升到一定高度，再水平沿着指定的跑道型轨迹行走拖曳。本系统起到支撑撑导向的过渡作用，并能在一定角度范围转动，能够将来自挤出机的补偿链连续导入到摩擦轮槽，保证连续盘绕的需要 7。本装置固定安装在盘绕装备 Y 向宽度的正中位置，如图 5 所示。在盘绕最底层（或下面几层）外圈的离挤出机较近的圆弧段轨迹时，摩擦轮将运动到盘绕装备的最左或最右边（或较左或较右靠边）的位置。此时，位于先摩擦轮上和位于导向装置的导向轮上的补偿链，被拉成与盘绕轨迹的直线方向的偏角最大（或较大） ，如果导向装置不能绕铅垂线水平转动，或导向装置绕铅垂线水平转动的角度过大，都会使补偿链同时与导向轮和前摩擦轮相切的位置关系遭受破坏，导致补偿链从导向装置的导向轮槽中或从先摩擦轮槽滑出，使盘绕不能连续进行 7。本装置可以绕铅垂线灵活地水平转动，且转动角可以根据需要被限制，能很好地使补偿链始终保持与导向轮和前摩擦轮相切的位置，保证补偿链不会从导向装置的导向轮槽中或从先摩擦轮槽滑出，其结构如图 6 所示 7。2-补偿链；3-1-导向轮；3-2-挡辊； 3-3 导向轮支架固定板；3-4-限位长螺栓；3-5-限位板;；3-6-旋转关节上连接板；3-7-旋转关节套杯；3-8-旋转关节固定轴；3-9-导向轮支架图 6 支撑导向系统如图 6 所示，本装置包括导向轮 3-1、导向轮机架 3-9、3-3 导向轮支架固定板、水平旋转关节（3-8、3-9） 、挡辊 3-2、两个限位长螺 3-4、限位板 3-5 和 3-6-旋转关节上连接板。导向轮 3-1 和挡辊 3-2 固定在导向轮机架 3-9 上，导向轮机架固定板 3-3下方连接导向轮机架，上面固定旋转关节轴 3-6，旋转关节套杯 3-7 与上连接板相 3-6固连；与导向轮机架固定板 3-3 连接的所有部件都同步绕水平旋转关节的轴可以作 360度的水平旋转 7。通过在旋转关节套杯 3-7 的外圆柱面上设置限位板 3-5，在限位板上不与垫块接触的下部制有两螺纹通孔与两个限位长螺栓相配合的办法，可限制导向轮绕通过其轮宽第 5 页 共 8 页中线的铅垂轴转动所需的最大角度 90 度，以避免导向轮绕通过其轮宽中线的铅垂轴轴向左或向右的转角过大，使补偿链同时导向轮和先摩擦轮相切的位置关系遭受破坏，影响盘绕的连续性。在导向轮的前上方设置挡辊，可进一步防止补偿链离开导向轮时从导向轮槽滑出，在导向轮的后下方设置导链环，可进一步使来自挤出机的补偿链能够顺利进入导向轮槽 7。托辊系统达到的目标：如图 7 为托辊系统模型，当摩擦轮 10 按预定轨迹远离挤出机时，其与支撑导向轮3 之间的一段电梯平衡补偿链，会因自重下坠，托辊系统就是用于承托该段链条，起到减少摩擦轮拉力损耗的作用 7。托辊系统与 X 向小车 6 通过连接杆 4-6 固定连接，托辊滚筒 4-5 之间用柔性链 4-4连接，托辊滚筒固定在滑块 4-2 上；当 X 向小车 6 驶离挤出机时，托辊滚筒 4-5 带着滑块沿直线路轨 4-1 依次拉开；当 X 向小车 6 驶近挤出机时，托辊滚筒依次靠近，托辊间所设的防撞块 4-2 接触。该装置结构合理，能够伸缩自如 7。6-X 小车，10-摩擦轮，4-1- 直线路轨，4-2-滑块，4-3-防撞块，4-4-柔性链，4-5- 托辊滚筒，4-6-连接杆图 7 托辊系统2.2 课题的研究内容内容： 1调查研究、查阅文献和搜集资料。2阅读和翻译与课题内容有关的外文资料（外文翻译不能少于 2 万印刷字符，约合 5000 汉字） 。3撰写文献综述，确定设计方案。4工艺计算；结构和强度设计计算；材料的选择。5撰写毕业设计说明书。6绘制图纸（总装配图、部件图、零件图） 。2.3 拟解决的关键问题本设备属于国内首创设计的设备，需要实现以下两个基本要求：第 6 页 共 8 页（1）能够盘绕 11 种规格的补偿链，链堆的底层长至少为 8 米、外宽至少为 2.5 米、内宽 0.5 米的跑道型轨迹，层叠盘绕到至少 0.8 米高。（2）能够实现智能化高精度盘绕。本系统需要是实现的要求：（1） 保证补偿链不会从导向装置的导向轮槽中或从先摩擦轮槽滑出。（2） 能够伸缩自如，保证补偿链不会因自重下坠，并且要起到减少摩擦轮拉力损耗的作用。二、研究方案的确定1.方案的原理、特点与选择依据电梯平衡补偿链盘绕机器人设计是由支撑轮及托辊系统、平衡链拖曳系统、X 方向运动系统、Y 方向运动系统、Z 方向变层运动系统、端部机械手及导链环六个部分组成（7） 。目前，我国电梯平衡链的生产厂家，对从挤出机出来的外裹 PVC 材料的温热补偿链的堆放，仍然采用人工拖曳的方式，由于平衡链自身重量大以及工作环境差，这个工种的工人很难找到。因此需要设计一套高智能化的盘绕机器人，以配合挤出机的挤出速度，自动有序地将补偿链按照规定要求堆放在平板车上，用以完全取代人工，提高生产效率和产品冷定型后的质量。本设计通过设置提链装置将挤出机的补偿链源源不断地提供给本装置，通过送链装置将提链装置提供的补偿链供给盘链装置，通过盘链装置的运动轨迹设计以实现逐圈逐层盘绕。本设计自动化程度高，通过软、硬件结合，可降低劳动强度。本设计可以实现按照预定的盘绕轨迹全自动化、高精度地将补偿链逐圈逐层盘绕至所需高度的目标。而且设计结构相对简单，容易生产制造 6。2设计步骤1）先构思、比较、分析，确定支撑轮及托辊系统的设计方案；2）完成相应的机械设计计算工作；3）根据设计过程画出该部分机构的零件图并用 CAD 画出各零件的零件图；4）根据零件图画出组装图和三维图；5）撰写设计计算说明书。三、作者已进行的准备及资料搜集情况(1)通过自学 SolidWorks 和 PORE 等软件为零件的建立模型打下了基础。(2)阅读相关书籍， 机械制造设计实用手册 ， 机械设计与制造 。(3)从期刊中下载阅读相关文献资料。四、阶段性工作计划与设计目标与应用价值阶段性工作计划：周 次 工 作 内 容 检 查 方 式17-19 查阅文献、翻译外文文献 提交翻译，按毕业设计规范排版12 文献检索，写出文献综述 提交文献综述，按毕业设计规范排版第 7 页 共 8 页23 企业调研，确定最佳方案 提交调研报告，以及方案比较及最佳方案45 最佳方案的设计计算 提交相应的设计计算说明书68 绘图（CAD 图） 提交全部图纸（电子稿）912 整理并撰写设计说明书 提交设计说明书13 装订设计资料，修改并打印设计图 纸 提交全套资料（纸质）14对学生提交全部毕业设计（论文）材料进行查重，对重复率高的令其修改。查重15-16 答辩准备及答辩阶段设计目标与应用价值：本设计所研制的电梯平衡补偿链盘绕机器人，是国
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