摘要：某车间生产线所需纸箱输送的工作量较大，且多为人工输送，增加了企业生产成本，而应用连续式自动链条升降机则能够有效地提高效率和减少人工成本。为此，本文通过技术创新，摒弃机械行业常用的复杂结构升降机，充分利用链条带附件的特殊结构及刚柔性，用左右对称的一对闭环链条附件上均布的接料板接料，再将前述的接料板机构前后对称设计，使两条接料板与纸箱形成面接触，承载稳定性好，通过同步齿轮传动可使前后两组闭环链条对称传动，从而实现升降及输送目的。当不同大小规格的纸箱通过升降机的进料口时，康耐视扫码枪扫描纸箱上条码，并将信号传送给二楼分料口的拨料机构，实现不停机拨料分料。
关键词：连续式自动链条升降机；设计；纸箱生产输送线
在某车间生产线的物流输送中，纸箱输送的工作量较大，而传统的输送方式是人工把纸箱运输到现场然后开箱，增加了人工成本，且工作效率也相对较低。随着自动化技术的不断提高，许多生产线实现了自动化输送。因工艺需要和车间场地的约束，本项目的两条输送线必须分布在不同的楼层，存在3米的楼层高度差，而且纸箱底部没有封住，这对纸箱在升降过程中的可靠性及稳定性有较高的要求。为了满足纸箱生产输送线分布在不同楼层的升降要求，本文利用solidworks设计并仿真了连续式自动链条升降机，相对于市面上往复式、C型和Z型结构的升降机来说，其结构简单，传动效率高，运行稳定，安装维修较为方便，且制造成本是其他升降机成本的1/3。
1 连续式自动链条升降机项目的整体布局
本项目设计了以连续式自动链条升降机为核心的智能输送线，仅需2名工人操作，在3楼由人工折好纸箱后，通过防滑PVC输送带输送至连续式自动链条升降机入口，再通过升降机平稳地输送到2楼的辊筒线上，通过扫码枪识别线体所对应的纸箱，在分拣口分料机构把纸箱拨到下坡辊道，纸箱滑到生产线的纸箱包装工位，完成整个生产作业流程。此连续式自动链条升降机项目的空间布局见图1-1。
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2 连续式自动链条升降机的工艺要求和设计参数
本项目中某生产线所需的纸箱参数要求是：最大节拍是6s，纸箱需求数量共计为6000个/10h，纸箱长度最大为1200mm，最小为600 mm。输送线速度V=30M/min，三楼到二楼的高速升降机速度V=40M/min。升降速度快，这对链条升降机的稳定性提出了较高的要求。所以升降机在完成一个运动周期所用的最大时间是6S，运动过程的工步包括：链条组件接料板到位——接料机构旋转到位，同时进料机构旋转到位并送料（0.5S）——对中机构调整不同大小纸箱的对中姿态，同时接料机构反转回原点和进料机构反转回原点（0.5S）——升降机下降到二楼出料位（4S）——出料电动滚筒输出纸箱，同时三楼接料和进料机构同步动作，输入纸箱（0.5S）。
纸箱Mmax=10kg,接料板组件M=30 kg,升降机的最大负载力Fmax=300N,最小功率Pmin=kFv，其中安全系数表示为k，最大荷载表示为F，升降的最大速度表示为v；升降机的最小扭矩Tmin= KFd/2，其中顶部主动链轮节圆直径表示为d；升降机负载的惯性动量J=M（V/2π）2。
3 连续式自动链条升降机的结构设计过程
根据链条升降机的功能需求和实现功能的执行机构设计该升降机的结构，按照最大产品和各机构所需的空间来确定链条升降机的外形尺寸。第一，确定升降机的示意图：利用闭环链条的连续性可实现高速运行。利用链条带附件的特点可以安装接料板，由于纸箱需要两个接料板平衡支撑，每个接料板需要一对闭环链条，所以2个接料板放置方向与进料方向平行。采用一对同步齿轮驱动闭环链条可使2个接料板同步对称运动，由于接料板均布在闭环链条上，所以均布接料板的间距和纸箱进出料高度差的距离相同，保证动作的叠加性。不同大小的纸箱用电动缸保证对中性。纸箱没有封底，所以纸箱进料时底部需要旋转机构支撑，纸箱下降时旋转机构避位。第二，确定升降机的运动简图，根据不同纸箱的大小，确定接料板的中心距，闭环链条的周长和高度，每个机构原点到工位的行程，机构本身的空间等。第三，设计升降机的装配图并进行刚强度仿真和多体动力学仿真,确认结构的应力不超过材料的许用应力和设备的合位移、X、Y方向的位移不超过机架正向和侧向的刚度变形量。具体结构如下图所示:
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4 连续式自动链条升降机的性能优势及技术创新
4.1 性能优势
在机械方面，升降机的机架采用焊接性能较好的A3碳钢焊接而成，有很好的刚强度，保证设备在高速运动的冲击力作用下的稳定性强。动力源采用带刹车的SEW减速电机，可根据接料位感应器的反馈快速定位。主动链轮中间安装扭力限制器作为升降机的过载保护，避免升降机在运行过程中卡住造成严重故障。闭环链条采用米思米品牌，避免链条在高速冲击力下运行造成下垂。链轮采用45#优质碳钢，齿面采用淬火热处理，硬度达到HRC58～62，确保齿根弯曲疲劳强度强；同时配对链轮孔内的键槽同时加工，保证左右两边的链条高度一致。链条放入内置有耐磨和自滑功能的非金属材料凹型链条导轨内，可以使链条在运行过程中平稳无抖动。同步齿轮的硬齿面采用特殊淬火技术，保证齿面的接触疲劳强度强。旋转接料机构采用带缓冲的SMC气缸，避免机构急停损坏气缸，延长了设备的使用寿命。送料动力源采用表面包耐磨胶的电动滚筒，避免对产品外观造成损坏。调节纸箱对中姿态的电动缸采用国内知名品牌力姆泰克，松下伺服电机可精确地调节不同纸箱位置，使纸箱的对中度极大的提高，避免纸箱在运动过程中出现定位不准的现象。
在电控方面，不同纸箱的标签定位有差异，本项目选用稳定性好的康耐视扫码枪，采用激光扫描，具有扫码范围大，解码响应速度快，分辨率高的特点，避免纸箱在前进过程中的晃动给扫码带来不稳定因素；链条接料工位的定位传感器不易受到可见光的干扰，探测距离较远，装配简单，价格便宜，使用方便。
4.2 技术创新
采用结构简单的闭环链条实现连续高速运行，避免传统的往复式升降机械手+平移输送的复杂组合结构，成本低，是同类升降机成本的1/3，而且避免复杂的结构带来其他因素。
此升降机设计巧妙，兼容性强，只通过2个接料板就可以兼容产品长度最大1200㎜，最小600㎜。
通过调节闭环链条导向轮的宽度来进一步调节接料板的间距，使设备的柔性增加，便于设备后续的扩展和升级改造。
纸箱底部没有胶带封底，接料和送料工位的衔接和对中机构能够保证纸箱的姿态，避免纸箱底部的纸片插入缝隙中造成卡料故障。
本升降机属于高速机，采用Solidworks软件设计后进行刚强度仿真和多体动力学仿真，避免缺少高速机的设计经验给项目带来风险。
二楼辊道线的分拣口不停机拨料。与传统的阻挡机构阻挡纸箱后，输送滚筒停止运动拨料机构拨料相比，新的辊筒线在分拣口设置足够长的斜辊道，使纸箱在输送线外侧护栏统一定位，用扫码枪快速扫码识别纸箱后将信号传递给拨料马达，拨料马达快速将纸箱拨到下坡辊道，纸箱经缓冲后稳定地在下坡辊道下滑。
5 升降机带来的经济效益
本文以某车间生产线纸箱输送为例，并与生产线传统的人工现场输送纸箱的操作模式相比较，每条生产线需要的人工工资为7万/每年，该车间共10条生产线，每年人工成本为70万元。而本项目升降机的成本只需5万，投资整条纸箱输送线可以2年回本，而且设备本身属于公司的固定资产。纸箱输送线带来的经济效益对比表见表1-1。
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总之，通过设计该连续式自动链条升降机，并经客户试产检验合格，验证了连续式自动链条升降机的各项性能均符合技术协议里相关的验收标准。同传统的往复式升降机相比，连续式自动链条升降机不但稳定性和可靠性更强，而且运行速度更快，制造成本更低，应用前景非常广阔。
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