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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【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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I电梯平衡补偿链盘绕机器人设计-支撑轮及托辊系统设计摘要：电梯平衡补偿链是一种用来平衡电梯桥箱与钢丝绳侧重量的重要物件。本机器人主要用来将包裹了 PVC、还处于温热柔软状态的补偿链，按照跑道形轨迹进行堆叠，便于冷却定型。要实现这一目的，需要很多部分的装置进行协调配合。由于补偿链自重较重，本课题支撑轮及托辊系统设计，主要是配合拖拽系统，保证导入盘绕机器人的补偿链始终与摩擦轮入口一致，并能托住摩擦轮前面的补偿链，以防其因自重下坠。支撑轮及托辊系统包括支撑轮系统、导向系统、托辊系统几个部分。主要对其进行结构设计及关键零部件的选型计算。关键词：电梯、补偿链、托辊、支撑轮；IIElevator Balanced Compensation Chain Coiling Robot Design - Support Wheels and Roller System DesignAbstract: The elevator balance compensation chain is an important item used to balance the weight of the elevator bridge box and the wire rope side. The robot is mainly used to wrap the PVC, is still in the soft and soft state of the compensation chain, according to the track-shaped track for stacking, easy to cool and shape. To achieve this goal, many parts of the device need to be coordinated.Due to the heavy weight of the compensation chain, this subject supports the design of the wheel and the idler system, mainly with the drag system, ensuring that the compensation chain introduced into the coiling robot is always consistent with the friction wheel inlet, and can support the compensation chain in front of the friction wheel to Prevent it from falling due to its own weight.The support wheel and the roller system include several parts of the support wheel system, the guide system and the idler system. Mainly for its structural design and key component selection calculations.Keywords: Elevator, compensation chain, idler, support wheel;III目 录摘要 .I目 次 .II绪论 .11.1 电梯平衡补偿链简介 .11.2 课题背景及意义 .11.3 国内外生产研究现状 .31.4 本设计的主要工作 .42 本机器人的方案原理介绍 .52.1 本机器人的总体方案 .52.2 本课题完成的设计方案介绍 .62.2.1 课题总体方案介绍 .62.2.2 支撑导向系统 .72.2.3 托辊系统 .83 课题装置零部件设计 .103.1 支撑轮系统 .113.1.1 支撑轮支架 .123.1.2 支撑轮与万向节连接板 .123.1.3 支撑轮中心轴 .133.1.4 支撑轮轴承端盖 .143.1.5 支撑轮 .143.2 导向系统。 .143.2.1 导向套杯 .153.2.2 旋转关节固定轴 .163.2.3 旋转关节轴承上端盖 .173.2.4 旋转关节轴承下端盖 .183.2.5 旋转关节轴承固定板 .193.2.6 轴承内圈固定套筒 .193.2.7 万向节与导轨连接板底板 .193.2.8 导向限位板 .203.2.9 支撑轮与导轨连接盖板 .213.3 托辊系统 .223.3.1 托辊轴承座滑块连接板 .233.3.2 托辊滚筒 .24IV3.3.3 托辊连接轴 .253.3.4 托辊防撞块 .253.3.5 托辊轴承盖板 .263.3.6 托辊轴承垫圈 .263.3.7 托辊连接杆 .273.3.8 托辊斜撑固定座 .273.3.9 基座与杆连接板 .283.3.10 滑块 .293.3.11 托辊横梁 .293.3.12 托辊架支撑座 .303.3.13 托辊轴承支座 .314 相关零部件的选型与计算 .324.1 支撑轮及托辊系统零部件选型 .324.1.1 牛筋杆的选用 .324.1.2 直线路轨的选用 .324.1.3 鱼眼轴承 .334.2 支撑轮中心轴计算与校核 .334.2.1 确定轴转速 .334.2.2 确定轴的最小直径 .334.2.3 中心轴最小直径估算 .344.2.4 轴的校核 .344.3 轴承的选择与校核 .364.3.1 初选轴承型号 .364.3.2 轴承寿命校核 .364.4 键的选择 .374.4.1 键的类型选择 .374.4.2 键的校核 .37设计小结 .38参考文献 .39致谢 .40第 1 页 共 37 页绪论1.1 电梯平衡补偿链简介随着中国楼房的快速发展，电梯的发展也越来越迅速，市面上的电梯基本上有曳引式的和液压式的电梯。每一种电梯，通常必须有几个比较重要的组成机构像桥箱、补偿链、对重等。如图 1-1 所示： 11 曳引钢丝绳 2对重 3补偿链 4轿厢 5随行电缆图 1-1 电梯组成部件示意图电梯在运行层数比较低的时候，电梯的平稳性几乎不会有太大的影响。但是当电梯运行的层数较高，此时如果没有电梯平衡补偿链的话，电梯晃动的幅度会比较的大，电梯的平稳性和安全性会大大降低，并且会对电梯的使用使用寿命产生较大的影响 3。对于乘坐电梯的人们来说，舒适度会大大折扣，并且留有很大的安全隐患。因此在楼层建的比较高的时候，也就是电梯运行的距离比较大的时候，就需要电梯平衡补偿链去平衡这种变化所带来的影响，这就是电梯平衡补偿链的作用 3。 电梯平衡补偿链的判断标准有：补偿链的柔韧性、耐寒性、链条外裹层是否会开裂、强度、耐气候性、耐腐蚀性、在电梯整体的运行测试中是否可以使电梯运行安全平稳、达到静音舒适的效果等几个方面。电梯平衡补偿链通常有穿绳型、包塑型、全塑型、裹纤维型这几种常见的类型 4。1.2 课题背景及意义在 21 世纪以来，中国的改革开放程度越来越大，各种十分高的楼房层出不穷，而作为高层楼房的标配的电梯就得到了十分迅速的发展。根据调查研究显示在 2010 年以后，电梯的增长速度持续增高，并且现在中国的电梯数量已经占据了世界电梯总数量的一半以上，所以电梯行业的发展将有十分广阔的空间 5。第 2 页 共 37 页而电梯数量再增加，人们对于电梯的舒适性，安全性也是非常的关心，我们在坐不同电梯的感受是不一样的，有的非常的平稳舒适，而且速度非常的快，有的电梯就感觉有一些晃动。这里就有一个电梯平衡补偿链在发挥十分重要的作用，在有近千亿的市场的情况下，并且中国在电梯制造出口不断增加的情况下，电梯平衡补偿链也将会有更大的市场空间 6。 使用电梯平衡补偿链能够有效减小驱动电机的运动负载，因此在电梯运行的时候能够保证其运行的稳定性。电梯在速度上可以分成低速电梯、中速电梯、高速电梯和超高速电梯。现在的中速电梯和高速电梯在平衡补偿链上都用在外端包一层 PVC 的复合橡胶材料的补偿链，是在机器挤出的时候，在其温度还比较高的同时包裹成型。如图 1-2 所示，全塑橡胶型的补偿链具有很多的优点，具有强度高，柔性好、弹性好、耐疲劳、寿命长和阻燃等优点 10。在中速电梯和高速电梯中应用的非常广阔。除了强度高等性能优点外，锚链条的能够随着电梯的运动而运动，而且锚链条之间的每一个链扣之间的独立运动性好。不过如果锚链条制造的不够的笔直的话，那么在电梯的运行中就会出现很多问题。比如人们在乘坐电梯时的最直接的感受就是，电梯晃动的十分的厉害，而且伴随着较大的噪声，让乘坐的人没有舒服的感觉。而最重要的是这会大大的降低电梯的使用寿命，并且伴随着安全隐患，补偿链如果不直的话在运行的时候就会有特别大的扭矩，上升的高度越高，速度快，扭矩就越大。所以在生产补偿的时候尽可能保证他的直线度 8。图 1-2 全塑型平衡补偿链要想确保全塑性电梯平衡补偿链的平直品质的要点，就是在在机器挤出补偿链的同时让处于一定温度情况下的补偿链按照规定轨迹进行堆叠，然后在室温的下冷定成型。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 1-3 为理想的高精度盘绕堆放效果 11。第 3 页 共 37 页图 1-3 理想的高精度盘绕状况图随着建筑行业的高速发展，楼房的建造数量也越来越多，高层建筑更是如雨后春笋般的拔地而起。随着而来的就是要求，配套电梯的数量也必须越来越多，因而电梯的主要部件之一的，电梯平衡补偿连的生产量也就必须大大提高。电梯补偿链的生产效率，生产品质的要求也就越来越重要。目前，国内的生产厂家都是通过人工拖拽的方式进行补偿链的堆叠，如图 1-4 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 13。1-4 人工盘绕状况图本课题所设计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，具有良好的经济和应用前景 8。第 4 页 共 37 页1.3 国内外生产研究现状按照电梯的分类，电梯在中速和高速时，并且电梯的运行高度达到 30M 以上的情况下，根据实际测试的数据显示，在这种情况下，电梯就必须安装平衡补偿链。电梯在实际运行中的各种条件，都不相同。并且电梯的型号，能够承载的人数的数量，所使用的场合标准也都不尽相同。所以在在电梯的选用电梯的时候，不能只考虑经济性，而必须注重的是电梯运行的安全性能 12。根据相关数据显示中国在 2018 年以后，电梯的需求量将会进一步增加，不仅仅是中国全球的建筑行业都在蓬勃发展，所以电梯的市场将会进一步增大。而根据中国产业调研网上的数据显示来看，中国这几年国内电梯的产量就已经快翻了两番，而出口电梯的数量更是稳步增长。虽然中国电梯的生产数量越来越多，但是电梯平衡补偿链的生产方式，却始终没有较大的改善。根据电梯相关专利显示，中国目前生产补偿链的厂家，都是用传统人工堆叠的方式进行补偿链的堆叠，不仅仅不能够保证生产的速度，更是无法保证补偿链的质量。根本无法满足电梯平衡补偿连要求所要达到的直线度 5。并且市面上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。1.4 本设计的主要工作电梯平衡绳是电梯的重要组成部分,本课题的研究方向是在提高电梯平衡补偿链的生产效率情况下，尽可能的实现补偿链的自动化生产。设计出一套能够代替传统人工堆叠的，能够改善工作环境、条件的机器人设备，从而能够降低动人工作的劳动强度，减少电梯补偿链生产的成本，提高补偿链生产效率 7。主要的工作是在自己查阅相关文献资料以后，了解补偿链的相关信息。在了解了补偿链的作用和生产轻的条件下，设计出满足机械结构轻巧、方便维护保养、自动化高、成本低的高可靠性的支撑及托辊系统。然后按照这个要求构思、分析、确定支撑论及托辊系统的设计方案，完成有关的机械设计校核计算。然后完成相关的机构的装配图和零件图的绘制。最后完成计算说明书的书写 9。第 5 页 共 37 页2 本机器人的方案原理介绍2.1 本机器人的总体方案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 18。图 2-1 电梯平衡补偿链盘绕机器人的机构模型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。本设计电梯平衡补偿链盘绕机器人的机械机型如图 2-1 所示，共有以下几个部分构成： 机架 1、用于拖曳补偿链的摩擦轮系统 10、牵引补偿链按定轨迹堆放的 X 向运动系统（5、6）和 Y 向运动系统（7、8、9） 、变层系统 11、强制偏离的补偿链复位的机械指系统 12、支撑导向系统 3 以及承托补偿链防其下坠的托辊系统 4 等部分组成。分成六个系统 1）X 方向运动系统设计；2）Y 方向运动系统设计;3) Z 方向变层运动系统设计; 4)端部机械手及导链环设计;5)平衡链拖曳系统设计; 6)支撑轮及托辊系统设计 18。第 6 页 共 37 页2.2 本课题完成的设计方案介绍2.2.1 课题总体方案介绍根据对电梯平衡补偿链的调查研究，电梯补偿链是在锚链外端包一层 PVC材料，现在在我们国家生产堆叠补偿链依旧是人工操作。由于补偿链的重量，以及如果不按照要求要堆叠补偿链的话，会对补偿链的使用质量造成很大的影响。电梯平衡补偿链会折弯，并且在安装到电梯以后电梯会有很大的噪声，影响电梯的使用寿命和电梯的平衡性。人工堆叠补偿链还有一个很大的问题，就是在体力消耗十分大的情况下生产效率也十分的低下，同时还无法保证装质量。本设计是整套机器人的其中一个部分，主要的作用就是在补偿链从生产设备出来以后，由支撑导向系统承载补偿链，并且能够实现补偿链在一定的角度内旋转，而不会让补偿链滑出支撑轮，并且通过托辊系统在协助其他部分，让补偿链按照规定的堆叠运动的同时，尽可能的减少补偿链运行过程中摩擦力的损耗 8。本课程设计是电梯平衡补偿链盘绕机器人设计-支撑轮及托辊系统设计，主要的工作要求是：让刚刚加工好的处于温热柔软状态，摩擦轮系统将位于地面的链条先提升到
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