典 型 机 械 设 计 范 例本次讲座的目的意义：
1、了解机械设计的一般方法与思路：
机械设计是一种创造性的劳动，需要全身心的投入，
要设法拿出自己独到的见解，哪怕是一些不十分成熟方案，在此基础上开动脑筋去加以完善；这样,可以在与同事的讨论中找出自身的差距；可以在方案逐步完善的过程中，使自己焕发出工作热情与信心；可以在设计工作过程中，使自己逐步成为内行，增长才干，获得进步。
不能从一开始就幻想有现成的资料可以利用，即使有类似的图纸可以作参考，也必须作充分的消化吸收，
否则，就有可能在设计中重复别人的错误，而且投机取巧不利于个人的专业进步，也会在周围同事中造成恶劣的印象。甚至有些是在今后相当一段时间内难以弥补的。
另外，盲目的抄袭，很难领会别人的设计理念，在听到不同意见时，会变得无所适从，在后续的生产服务中，
难以正确处理好相关问题。
2、了解空间机构设计的约束方案：
在机械原理课程中，我们曾经强调，要使空间运动的机构，具有确定的相对运动，对于各个空间构件，必须限制其多余的自由度，这在工程设计中称作导向问题；我们将通过立体仓库堆垛机的结构设计和传动方案对比，多角度展示机构运动中的约束方案设计，使相关人士掌握一定的导向技术。
3、进一步强调实践中自学成才的理念：
大学本科教育仅仅是为我们从事专业技术工作奠定了一个简单的基础平台，大量的专业知识，是需要我们在各自的专业技术岗位上继续自学成才的
，可以说，大学期间学到的各科知识，远远不能解决未来工作的实际问题，真正的专业知识和能力，
需要在实践中学习，就此而言应该是在干中学习；
而不是一切等学好了在干；就此而言，青出于蓝而胜于蓝大有道理，今天老师把相关的专业知识教给了学生。未来，学生能处理的实际问题，老师很可能望尘莫及。毛泽东主席曾说过：“读书是学习，
使用也是学习，而且是更重要的学习。”这是一条普遍真理。
4、工程设计中辉煌与风险共存，机遇与困难同在
。要把握机遇，挑战困难，不仅需要勇气、更需要有吃苦耐劳的实干精神。要有责任心，使命感。因此要在未来的工作中建功立业，还必须具备严肃认真，一丝不苟的工作态度．
下面就立体仓库设计方案的推敲，说明上述论点。
一、物流立体库的结构设计概述,
现代物业生产管理中，各种产品和原材料采用现代化立体仓库周转储运是发展方向，现代储运立体仓库通常可分为立体货架和自动化堆垛机两部分
，按照货物存储方式，立体仓库又可分为货叉式和辊道式两种；货叉式立体仓库的货架为固定钢架，
货架上不需要任何机械传动装置，由堆垛机实现物料自动化入库出库的动作要求。堆垛机的主要机械动作有：转运车巷道运输行走，货物周转箱自动提升下落，货叉伸缩向立体货架存物取货；图一所示为 8列 13行 7层立体仓库总体结构示意图。
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0 6
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01、出库平板车；
02、货架；
03、堆垛机：
04、巷道地轨；
05、堆垛机底盘；
06、立柱；
07、天轨。
立体仓库示意图
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01、出库平板车；
02、货架；
03、堆垛机：
04、巷道地轨；
05、堆垛机底盘；
06、立柱；
07、天轨。
立体仓库示意图
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立体仓库示意图
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货叉式立体仓库机械传动机构原理图
01、地 轨；
02、车 轮；
03、链 轮；
04、下 平板；
05、链 轮；
06、减 速电机；
07、货 架立柱；
08、货 架承重横担
09、中 间平板；
10、三 层货叉机构
11、货 盘 ；
12、配 重；
13、链 轮；
14、上 平板；
15、支 撑架；
16、天 轮；
17、天 轨固定钢架
18、天 轨；
19、货 叉提升电机
20、导 向立柱。
如图所示为单轨货叉式立体仓库一个巷道存货单元的机械传动结构图，下底盘 04采用带编码器的减速电机 06通过链传动驱动，由程序控制实现巷道车在同一排巷道内的行走，用光电开关或干簧管实现巷道内行走的认址定位；由于下底盘是双轮单轨行走，重心又高，为保证堆垛机巷内行走的安全稳定性，在货架上空固定有工字钢制成的天轨 18，由堆垛机上平板 14处设置的天轮 16导向，来保障巷道车行走的稳定性要求。上下平板间采用双立柱支撑
，同时双圆立柱 20也作为货叉升降的导柱。货叉 10
的升降与定位方案与下平板原理相同，只是程序要复杂一些，因为货叉上升的货位高度应略高于货架指定层高 10--20毫米，使货叉伸出时与货架悬空，
以避免与货架干涉并减小货叉的伸缩阻力；待货叉伸缩到位后由升降系统控制下降 20— 30毫米，将货盘（料箱） 11放置在货架的承重横担 08上，与此同时，货叉与料箱脱离接触，货叉悬空收缩回到原始位置。因此，货叉堆垛机每一次存放货物的顺序动作应该是,① 将物品货盘放置在货叉上（货叉处于原始收缩状态）； ② 由行走机构驱使堆垛机行走到指定的行位； ③ 由升降机构提升货盘到指定的层位； ④ 货叉 10伸出，将货盘 11送入指定的货位； ⑤ 升降机下降 15— 25毫米，将货盘 11放置在货架的承重横担上，使货盘与货叉脱离； ⑥ 货叉缩回到原始状态； ⑦ 货叉再次下降到堆垛机合适的原始高度； ⑧
堆垛机行走出巷，回到原始位置，准备执行下一个任务指令。
货盘的升降采用链传动方案：在上平板上设置
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三层货叉结构设计有带编码器的减速电机 19，通过上平板处的链轮提升系统 13，实现中间平板 09两个（或四个）受力吊点的同步升降；在固定有三层货叉的中间平板 09上，设置有轴瓦式导向机构，以实现货盘升降时的平稳、顺畅。另外为减轻货盘升降阻力，
在链轮提升系统的一端，还设置有配重 12，以平衡中间平板和三层货叉的自重。
图 3所示为三层货叉结构和工作原理图，它以带编码器的减速电机 7作为驱动元件，减速电机 7
固定在中间货叉 3上，下叉 8固定在堆垛机升降平台 09上，下叉齿条 5用螺栓固定在下叉 8上；与此对应，上叉 2上也固定有上叉齿条 4； 这样，固定在中叉 3上的减速电机 7直接驱动齿轮 6，即可实现上叉 2相对中叉 3的直线差速平移运动。另外，在各层货叉间采用滚动轴承作导向滚轮，一方面减小了相对运动的摩擦阻力，减小了运动间隙，提高了直线差动行程增倍货叉机构的运动精度、灵活性与可靠性。
货叉式立体仓库的优点是：货架结构简单，总体造价相对较低，所有机械故障全部集中在堆垛机上，故障率较低；机械维护比较方便。因此一般的
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三层货叉结构设计图3.齿 轮齿条直线差动行程增倍机构示意图货盘；2,上叉；3,中叉；4,上叉齿条；5,下叉齿条；6,驱动齿轮；7,减速电机；8,下叉；9,导向滚轮。
中小型物品存放，多采用货叉式立体仓库。
货叉式立体仓库的缺点是：当物品体积庞大，
重量超重（超过 500公斤）时，可能使货叉伸缩行程过长，刚性不足；影响货叉动作的准确性和灵活性；同时，由于货叉的存取动作需要一定的空间，
这对于每一个货位可能算不了什么，但对于整个立体仓库而言，空间浪费太大。另外，三层货叉采用的是行程增倍机构，当存物太重时，物体的惯性可能影响堆垛机动作的平稳性。因此生产实践中，对于一些超大超重的物品存放，多采用辊道式立体仓库。
辊道式立体仓库的总体布局，行走、升降机构的动作原理、定位形式与前面所述的货叉式立体仓库大致相同，只是货架结构和堆垛机货盘存取托辊驱动机构有较大的差异。
如图所示为钢板立体库的货盘，针对薄钢板存放重量、尺寸大，钢性差的特点，货盘底部用方钢管焊接形成承重框架，以满足整叠钢板储运过程中的强度刚度要求；而用薄钢板焊接形成的货盘，只起到限位导向作用。
图示钢板存放辊道式立体仓库，每一行两边分别各设置有一台减速电机 22，通过立轴 02、圆锥齿轮 03,04；可驱动该行每一层的货架上的每一个承重横托辊同步转动，在每一个货架存储单元内有一根横轴 07，横轴 07上装有一个电磁离合器 05和两个链轮 06，当该存货单元的电磁离合器 05按控制指令吸合时，可将立轴 02的转动通过横轴上的两个链轮经链传动传递给每一个承重横托辊 11，实现该存货钢板存放货盘
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01,天轨；
02,立轴；
03,圆锥齿轮；
04,圆锥齿轮；
05,电磁离合器；
06,链轮；
07,横轴；
08,天轮；
09,货盘存取托辊机构升降驱动电机
10,横轴；
11,货架横托辊；
12,链轮；
13,天轨固定钢架
14,丝杠驱动齿轮
15,圆锥齿轮；
16,联轴器；
17,导向立式托辊
18,导向立柱；
19,货盘存取托辊机构升降传动丝杠
20,上平板；
21,底盘；
22,货架托辊驱动减速电机；
23,货盘存取驱动托辊机构；
24,底盘驱动电机
25,货盘；
26,货架固定立撑辊道式立体仓库机械传动系统图
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货架俯视平面和堆垛机货盘存取驱动托辊机构平面图。
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29 03、圆锥齿轮；
04、圆锥齿轮；
05、电磁离合器；
06、链轮；
07、横轴；
11、货盘驱动横托辊；
12、链轮；
17、货盘导向立托辊；
18、导向立柱;
19、货盘存取驱动托辊机构升降传动丝杠。
23,货盘存取驱动托辊 机构 ；
27、轴承座；
28、制动插销排；
29、导向轮机构；
单元内所有承重横托辊的同步转动，进而完成该单元内货盘的进库出库任务；反之，如果该存货单元的电磁离合器没有吸合，则该存货单元内装在横轴上的圆锥齿轮 04要么不转（该行货架没有接到动作指令，电机 22并立轴 02处于静止状态），要么空转
（该行某一层存货单元有存取货物的动作要求）；
此时横轴 07上的链轮 06和该存货单元内的所有承重横托辊处于静止状态。为了避免货盘进出货架时走偏，造成货盘与货架干涉，甚至货盘被卡死，在货架上还设置有多个无动力驱动的立式导向托辊 17，
十分有效的限制货盘进出方向。同时，为了防止货架上现存的货盘在机械振动条件下自动出库，造成不应有的事故，货架的后部设置有固定立撑 26，作为货盘入库的死限位；货架前部（面临堆垛机处）
设置有制动插销排，作为安全防护装置，它由弹簧顶出，可用电磁铁吸合复位。
与前述货叉式立体库不同的是，钢板立体库的堆垛机采用货盘存取辊道驱动机构，采用单独的减速电机，可驱使货盘承重辊道双向同步转动，以完成货盘在库内双向存取的动作要求。其货架和堆垛机存取货机构的平面结构如图所示，其货盘导向与安全制动防护装置，与前述货架相同。
另外，堆垛机存取货托辊驱动机构的升降，采用丝杠螺母传动来实现，在堆垛机上平板处有一台固定的减速电机，通过圆锥齿轮驱动横轴 10转动；
在横轴 10的两端固定有两个圆锥齿轮 15，可驱使与两根丝杠 19一体的圆锥齿轮 14同步转动；在存取或托辊驱动平台 23上与两丝杠配合处，固定有两个螺母，受导向轮机构 29的制约，当两丝杠 19同步转动时，存取货托辊驱动平台 23只能沿丝杠轴线方向升降平移。导向轮 29采用偏心轴调整导向间隙，提高了平台 23的导向精度与操作的方便程度。
与货叉式立体仓库相比，辊道式立体仓库的堆垛机结构简单，动作平稳、可靠，动作空间小，整体空间利用率高，在存取货物的过程中，由于导向
、防护限位机构的作用，辊道的转动限制比较灵活
，降低了对辊道驱动电机的控制要求和难度，给整体设备的自动控制创造了更大的操作发展空间；其缺点是,每一个货位都要有一套辊道驱动装置，每一行货架都设置有两台驱动电机，货架整体造价较高；同时也给后续的设备维护，故障检测排除增加了费用和难度。
正确可靠地存取货箱，准确地认址定位是关键。认址方法是：在巷道地基上相对于每列货格安装一固定的认址片 (挡板 )，在堆垛机底部安装 4个光电开关 (GDI和 GD2)与 (GD3和 GD4)随堆垛机一起前后运动，每经过一列货格，光电开关通过认址档板发出一脉冲信号到 PLC，从而达到列认址目的；同样，在堆垛机立柱上相对干每一层安装一认址片，在其升降台安装光电开关 GD5和 GD6
随升降台一起上下运动，达到层认址的目的。光电开关的脉冲输入信号作为 PLC内部认址计数器的计数信号，计数器的当前值作为速度控制的据。
当堆垛机到达目的货格即计数器的计数值计到零时，发出停车信号使其停止运行。升降台上的光电开关 GD3又用 PLC内部的计数器接收光电脉冲，
堆垛机对其定位精度要求是很高的。比如列定位，要求堆垛机能停在目的列货格的中心线上，误差不超过 2mm。否则，由于误差的积累，在货叉存取货箱时易碰到货架或发生其他事故。但是发出停车信号后，堆垛机由于惯性还会滑行一点，这样，
光靠计数认址很难达到精确定位的目的。为此我们把认址结构片做成如下图 1所示的形式。用 1号光电开关作为认址计数开关，计数到零时发出停车信号，然后再利用 1号和 2号开关作精确定位。如果 1
号 2号开关同时有信号，说明已停准；如果只 2号开关有信号，说明己超过，点动堆垛机回退，再检测比较；如果只 1号开关有信号，说明还未到中心升降台每经过一层，计数器减 1计数，从而达到层方向认址的目的。
点，点动堆垛机前进，再检测比较；这样达到准确定位的目的。
GD1
GD2
二、堆垛机存取货叉行程增倍机构的设计与应用 现代纺织业生产管理中，纺织产品和原材料采用现代化立体仓库周转储运是发展方向，而且也最具备实现的客观条件。现代储运立体仓库通常可分为固定的立体货架和自动化堆垛机两部分，由堆垛机实现物料自动化入库出库的动作要求。堆垛机的主要机械动作有：转运车巷道运输行走，货物周转箱自动提升下落，货叉伸缩向立体货架存物取货；
其中，货叉的自动伸缩机构设计难度最大，主要表现为：
1）为了尽可能合理的利用立体货架空间，自动伸缩货叉机构在满足刚度要求的前提下，应尽可能降低自身高度，结构也不宜复杂庞大。
2）为使货物在立体货位上摆放整齐，稳定可靠，
货叉伸出行程应大于等于物品周转货箱的长度。
3）为使堆垛机存物取货动作灵活可靠，货叉伸缩机构应尽可能减小摩擦阻力和机构运动间隙。
4）根据巷道堆垛机的工作空间限制，为使货叉结构紧凑，尽可能降低造价，伸缩货叉的原动机应尽可能重量轻，体积小，并能用最小的动作行程，满足货叉双向伸缩的工作行程要求。
针对上述要求，笔者认识到：堆垛机伸缩货叉必须采用一种能使原动机动作行程增倍的双向驱动直线运动机构，为此，笔者的货叉伸缩设计方案选择了齿轮齿条组成的直线差动机构。
1、轮齿齿条组成的直线差动机构工作原理：
图 1所示为一个双联齿轮和两个齿条组成的直线差动机构，假设齿条 1为固定齿条，齿条 2为从动齿条，双联齿轮 1的分度圆直径 D1大于齿轮 2的分度圆直径 D2，当滚动的双联齿轮的齿轮 1沿固定齿条 1滚动时，由双联齿轮 2驱动的从动齿条 2将以双联齿轮中心运动相反的方向水平移动。其相对运动的距离
,L=（ D1-D2） πn,式中 n为双联齿轮转过的圈数。按此计算公式，当双联齿轮 D1=D2时，不论双联齿轮转过的圈数为多少，齿条 1与齿条 2走过的相对距离为零；
图1、齿轮齿条直线差动机构图2、直线差动行程增倍机构图 2所示为一个滚动齿轮和两个齿条组成的直线差动机构，与图一相比，从动齿条 2在滚动齿轮的上方，根据相对运动原理，滚动齿轮与固定齿条的节点为二者的速度瞬心，当滚动齿轮相对于固定齿条 1滚动时，从动齿条 2将沿滚动齿轮中心运动相同的方向，以滚动齿轮中心两倍的速度平行移动。这样，就形成了从动齿条 2相对于滚动齿轮中心速度与行程的增倍机构，为满足堆垛机货叉伸缩的动作要求提供了理论依据。
2、堆垛机三层货叉直线差动行程增倍机构的组成与工作原理：
图 3所示为一般设计人员最容易想到的存取货叉机构，它以步进电机作为驱动元件，步进电机固定物料集装箱；2,上叉；3,中叉；4,上叉齿条；5,下叉齿条；6,驱动齿轮；7,步进电机；8,下 叉；9,导向滚轮。
图3,齿 轮齿条直线差动行程增倍机构示意图在中间货叉 3上，下叉 8固定在堆垛机升降平台上，
下叉齿条 5用螺栓固定在下叉上；与此对应，上叉 2
上也固定有上叉齿条； 这样，固定在中叉 3上的步进电机 7直接驱动齿轮 6，即可实现上叉 2相对中叉 3
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三层货叉结构设计的直线差速平移运动。另外，在各层货叉间采用滚动轴承作导向滚轮，一方面减小了相对运动的摩擦阻力，减小了运动间隙，提高了直线差动行程增倍货叉机构的运动精度、灵活性与可靠性。
该设计方案结构简单，动作平稳、灵活、准确；
适用于运动精度要求较高的中小零件立体库。但依此方案为避免齿轮齿条啮合脱落，上叉 2不可能充分外伸到下叉 8以外，可能会影响到物料集装箱 1进入立体库的准确位置要求。
为使上叉充分外伸，满足物料集装箱入库的自动定位要求，可采用图 4所示的四层货叉直线差动增倍机构。该机构采用两套驱动齿轮，除步进电机直联的主动齿轮 6外，在第三层货叉上通过轴承座
12固定两个驱动齿轮 13，在第二层货叉 3与第四层物料集装箱；2,第三层货叉；3,第二层货叉；4,三层货叉齿条；5,下叉齿条；6,驱动齿轮；7,步进电机；8,下叉；9,导向滚轮；10,四 层货叉齿条；11,四 层货叉；12,四 层货叉驱动齿轮轴承座；13,四层货叉驱动齿轮；1 4,二层货叉固定齿条。
图4,四 层货叉直线差动行程增倍机构示意图货叉 11间形成又一套直线差动行程增倍机构，由此增加了上叉的外伸行程。但是，该结构的缺点也十分明显，一方面使整个存取货机构更加复杂；另一方面增加了货叉的自身高度，必将增加立体库每一层的高度，增加了立体库无效存储空间的比例。另外，上述两种设计方案均采用步进电机作驱动元件
，成本太高，使众多用户望而却步。
图 5所示为笔者设计的堆垛机三层货叉直线差动机构，图 a为三层货叉中间断面图。图 c为三层货叉伸展开的示意图；图 b为三层货叉收缩后的结构示意图。其固定货叉 1固定在巷道转运小车的自动上升降平台上；并在固定货叉 1上安装有固定齿条
5和原动机 — 双向液压油缸 3，在油缸两活塞杆端安装有两个可转动的滚动齿轮 4，滚动齿轮 4上方设置
a)
图 3 三 层直线差动货叉结构及工作原理示意图
、固定叉；2,链轮；3,双向油缸；4,滚动齿轮；5,下叉齿条；
6.上 叉齿条；7.中 间货叉；8、导 向滚轮；9、链 条；10,上叉；
11,上叉滚轮。12,链轮 支承座；
有固定在中层货叉 7上的从动齿条 6，这样，当油缸驱动齿轮 4在固定齿条上滚动时，通过从动齿条驱使中层货叉以活塞杆双倍的速度与行程沿滚轮中心运动方向平移。
根据货叉存物取货的双向伸缩行程要求，采用双层货叉行程增倍机构是不够的，还必须实现第三层货叉的行程增倍直线差动。为了实现上层货叉的增倍平移，笔者在中间货叉两端设置有两个可转动的链轮，这两个链轮相当于滑轮组的两个动滑轮，
如图 3b所示，与左端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的右端；与右端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的左端。这样链轮与链条传动就相当于齿轮与两根柔性齿条的定比传动；与齿轮齿条传动时
，速度、行程增倍机构原理相同，当中间货叉 7水平移动时，通过链轮链条传动，上叉 10就以中间货叉两倍的速度与行程沿滚轮中心移动方向水平移动。这样，当双向油缸驱动活塞杆并滚动齿轮 4
水平行走 1/6固定货叉长度的行程时，中间货叉 7
相对固定货叉 1水平移动 1/3的固定货叉长度行程；
而上叉 8相对中间货叉 5水平移动了 2/3的固定货叉长度行程；相对固定货叉 1水平移动了一个固定货叉长度行程，最终满足了货叉伸缩的行程动作要求。同时，为了最大限度的缩小货叉机构的结构尺寸，双向油缸的液压泵站设置在巷道转运小车上。
三层货叉直线差动机构的结构特点如图 3b所示，
在上叉的全部行程中，中间货叉 5相对下叉 1行走
1/3行程；上叉 8相对中间货叉 5行走 2/3行程，上叉与中间货叉之间；中间货叉与下叉之间均有合适的导向接触面长度，保证了三层货叉伸出时的相对刚度要求。最重要的是，三层货叉采用了齿轮齿条组成的直线差动行程增倍机构，能使双向驱动油缸用固定货叉自身长度的 1/3动作行程，满足上层货叉双向伸缩固定货叉自身长度的工作要求，这是其他设计方案难以实现的。
笔者设计的链传动三层货叉直线差动机构，在郑州纺织机械厂冷二分厂模具立体仓库和机加工二分厂零件管理立体库中，经多年使用效果良好，而且其结构紧凑，动作灵活，造价合理，受到了现场工程技术人员的一致好评。
三、双环转盘式轿车存放立体库的研究与分析
1、建造立体车库的意义：
随着现代汽车工业的高速发展和人民生活水平的提高，大型商场、会场门前的停车，越来越成为迫切需要解决的问题。目前许多商场、会场门前的停车场，占据了太多的空间场地，既影响了市容交通，又带来了许多安全事故隐患。因此，立体库存车方案，越来越受到社会的广泛关注；目前网上报道的立体车库，需由专用牵引车，将客户的车体牵引到车库设定的车位；工作效率低，成本高，占地面积大，自动化程度低，而且外观形象太差，并没有受到社会的青睐。为了更好的解决停车问题，笔者提出了旋转式立体车库的设计构想。
2、旋转式立体车库的设计方案：
笔者的旋转式立体车库设计方案如图一所示，
车库为双环 8层立体结构，外环大径 35米，小径 25
米；内环大径 24,9米，小径 14米；车库内外圈各有一个汽车升降机构。外圈的升降机构专用于汽车提升，内圈的升降机构专用于汽车下降。另外，在车库的四周还设置有若干专供司机出入的电梯。当一辆外来的汽车需要停车时，司机可在车库某一指定的管理位置领到一个车牌，上面写着该车应该停泊的库层车位，汽车排队由外圈提升机将该车连同司机一起提升到指定的库层，在车体上升时，车库已按车库管理中心的信号，将设定的空位 转到提升机门口。在提升机与车库一起停稳后，由司机本人将车开到车牌指定的车位，将车锁定后，通过其它外环车库；2,内环车库；3,固定环形通道；4,载车下降电梯；5,乘客电梯；6,载车主下降电梯；7,载车提升电梯。
图一、双环旋转式立体车库平面布局图。
乘人电梯下降到地下层，离开车库；取车时，也在底下层由乘人电梯上升，按车牌找到自己的车位，
上车后，用车牌发出离库信号；车库计算中心接受到信号后，按先后顺序排序操作，由计算中心控制双环车库，以最短的路径为司机准备好出库通道。
此时，内圈的升降机构也停在相应位置，开门迎候司机出库。当司机接受到计算中心发出的出库指令时，将车开进内圈的出库升降机构，下降到地下车库；由底下专用车道离开车库，由此完成旋转式立体车库的一次存取车过程。
二、旋转式立体车库的可行性分析按上述设计方案，每个车位为一扇形面。假如每个车位以小径处 3米长为界，内环可设置 14个车位，外环可设置 26个车位（按小轿车型设计，车长小于 5米）；内环预留 3个车位作机动通道，每层可存放 37辆车，全库地上八层可存放 296辆车。按每辆泊车占地 3米 × 6米 =18平方米,962平方米的圆形立体车库可代替 5328平方米的平面停车场地。而且商场、会场前，一个圆形立体车库，近 2000平方米的广告面积，带来的广告效应与经济效益，也是十分可观的。
作为存车的客户，存车、取车由车主与管理控制中心协调进行，比较符合车主的心理；车体进入车库后，就象进入了一个黑箱，除司机外，没人知道车体的准确位置，增加了存车的安全性，盗贼即使有偷车的妄想，没有车牌也无法将车开出车库。
另外，因车主参与了整个存取过程，可最大限度的简化车库的设置与机构（不再需要其他的牵引装置与机构），减少了车库的管理人员。
3、几个相关的技术问题与对策
1）车库旋转驱动功率：
由于旋转立体车库为焊接刚架结构，假设内环自重 30吨，外环自重 50吨，加上存车重量，内环
11X1.5X8=132吨；外环 26X1.5X8=312吨，要使立体车库转动，需要很大的动力。为了最大限度的减少工作负载，立体车库底盘采用 V型环滚道加钢球滚动体，组成平面推力滚动轴承结构；设滚动摩擦系数为 0.05；则形成：内圈负载力矩 T1=（ 132+30）
X10000X7X0.05=567000NM；外圈负载力矩 T2 =
（ 312+50） X10000X17.5X0.05=3167500NM，按内圈线速度 0.2M/S，外圈 0.3M/S驱动，则 T=9550P/n
n1= 60V/π D1= 60X0.2/14 π = 0.273 r/min;
n2= 60V/π D2= 60X0.3/35 π = 0.164 r/min;
P1= 567000X0.273/9550 = 16.2KW;
P2 =3167500X0.164/9550 = 54.4KW,旋转立体车库的驱动功率在常规可接受的范围以内。
2）传动方案：
按常规设计方案，要使底盘旋转，最容易想到的是减速电机加齿轮传动。因为底盘齿圈最大外径为 35米，如此大的齿圈，加工难度大，成本费用高，现场安装精度（多块对接园整精度）难以保证；为了最大限度的降低成本，笔者的设计方案如图二所示：采用链轮滚柱 传动，在上底盘 V型环轨道外侧，加工一环型槽，零件图如图三所示：在环槽上按 1″链节距（ 25,4毫米）打 4325个 Φ15.88
外环底板；2,内环底板；3,立柱；4,基础地板；5,钢球；6,上底板V 形环槽；7,下底板V形 环槽；8,油马达；9,链轮；1 0,支承架。
图二、双环旋转立体车库底盘驱动示意图图三、上底盘V形 环槽截面示意图
mm的圆孔，安装 4325个圆柱销，用圆柱销槽轮代替大齿圈；虽然 V型环轨道和大型环槽都需要数控加工，都有对接难度，但是比大齿圈加工制造成本要低许多，也降低了安装精度要求。另外，转盘式立体车库要求驱动功率太大，减速机构庞大，至少结构设计比较困难，外形也太不美观；为了简化传动机构，笔者的设计方案采用油马达驱动主动链轮，
并由此驱动环槽滚柱转动。为使结构美观，驱动可靠，底盘环槽滚柱可采用 3— 5处油马达串联驱动，
这样也有利于速度，驱动功率的调整。按前面所述传动方案，双环转盘式立体车库需要两套液压驱动系统驱动内外两环转盘；液压泵站可设置在较远处
，可增加美观，也降低了环境噪音。
3）工作效率方案按前述转盘式立体车库设计方案，客户取车时
，从地下车库内圈的专用乘人电梯上升到目标库层
，出电梯经内圈的固定环形通道，寻找自己的轿车；发现目标后，踏上慢慢转动的内外环车库平板，
接近自己的轿车（为提高工作效率，转盘大多数时间在转动，这也是本设计方案的一大缺点），坐在车上给立体车库计算机管理中心发出库信号，然后由计算中心指挥出库。按此方案，内外环车库转速太快，影响司机安全；旋转太慢，影响取车速度。
按客户心理，库外存车速度太慢，司机会考虑去别处存车；特别是取车太慢，司机在车库内心情不好
，必定会影响司机的下一次存车热情。为了加快取车速度，可在内圈均匀设置 3— 4个出库载车电梯；
汽车入库时，管理中心优先安排内圈车位，但必须预留 3--4个车位作机动车道。当轿车停在外圈车位出库时，内圈由计算机控制中心计算确定最短路径
，让内圈通道接近出库车位，内圈车库相对出库车位停稳后，由司机将车开到内圈车位，再以最短路径接近出库载车电梯，再停稳后由司机将车开进出库电梯，然后经地下层开出车库。
也可由计算中心控制内外圈，以最短路径让内外圈相对旋转；在内环车库通道接近出库车位时，让内外圈车库同步转动，此时内外环车库底板不再有相对转动，客户伺机将车开进内圈通道，
停在指定位置后，计算中心以最短路径，将车位与出库电梯对接，使出库汽车尽快出库。当然这对控制中心的计算机管理系统提出了更为复杂的控制要求，对库内光电认址机构也提出了更为严格、敏捷的精度要求。也相对提高了计算机管理系统的档次与成本。
4）、认址精度与互锁要求作为双环旋转式立体车库的控制系统，用计算机程序控制实现小轿车入库、出库的全部监测与管理，一个十分重要的前提条件就是要求内外环车位相对车体升降机构的准确认址与定位，这种认址与定位精度的准确性，直接关系双环旋转式立体车库系统控制的成败。另外，在小轿车通过升降电梯入库出库时，双环旋转式立体车库与升降电梯之间不得有相对运动，即双环旋转式立体车库与升降电梯之间的运动必须互锁。否则不仅会出现严重事故，
也影响双环旋转式立体车库与升降电梯的系统控制精度。当然，在科学技术高速发展的今天，这些不会成为双环旋转式立体车库实施的太大问题。
双环旋转式立体车库是一个多学科相关的课题
，也是目前社会急待解决的难题，其存车量、占地面积、工作效率、制造成本等要素的最佳组合方案，值得各学科相关人士仔细商榷。笔者深切希望双环旋转式立体车库的设计方案，能得到社会各方人士的关注，并不断加以完善。希望双环旋转式立体车库能尽快实施，解决问题，造福人类。
四、钢制圆筒过盈热装配工艺与技术装备
1、原有钢制圆筒过盈热装配工艺存在的问题：
工业设备中有许多重要零部件是用厚壁圆筒过盈热装配后加工而成的，如纺织印染机械中的烘筒，导布辊筒；皮带输送机上的托辊等等，有些还是压力容器，如图一所示，一般都由心轴,闷头、厚壁圆筒体采用高温过盈热装配工艺，将圆筒两头加热到 500--600℃,把闷头热装配在滚筒内，按照热涨冷缩原理，待滚筒自然冷却后将闷头抱合成一体；机械加工时，为了尽可能减小动平衡误差，以圆筒外径为定心基准加工两头心轴外圆。这样，一方面降低了滚筒零件的加工成本，
减小了心轴与圆筒的不同轴度误差，还减轻了零烘筒类零件,1、心轴,2、闷头； 3、厚壁筒体图一、过盈热装配工艺加热的典型零件件自重，另一方面也节省了材料；因此是机械加工行业最常采用的制造工艺。
在上述制造工艺中，厚壁圆筒两端加热是实现热装配工艺的关键，许多工厂采用烧焦碳地炉的落后工艺，浪费了能源，影响了环保，工人劳动强度大，生产效率低，安全条件差，特别是一些直径较大的圆筒，因焦碳深埋不住筒体，造成加热不均匀、过烧等问题，常须多次返工才能勉强装配，严重影响了产品质量，是急待解决的工艺难题。为此，笔者在郑州纺织机械厂参与了厚壁圆筒过盈热装配炉的工艺方案研讨与设备设计。2．相对落后的热装配加热工艺在调研中，笔者看到有些厂家采用开放式煤气
（或天然气）地炉的加热方案，如图二所示，在一条地沟中设置一个长长的大气式烧咀，烧煤气或天然气，被加热圆筒按流水线装配工艺沿地沟滚动加热，为提高加热效果，被加热圆筒上遮盖一些保温耐火材料。经实地考察，虽然此方案满足了流水线作业的要求，但大气式烧咀发热量低，多用于铸工造型烘干，用在地炉上效果极差，经常是贴近火焰的零件表面温度高，一旦转到上面，温度严重下降，加热极不均匀；加上保温措施不利，只能勉强用于小直径的圆筒加热，且零件表面氧化严重，
加热温度不够高，现场工人反映不如原有的焦碳地炉好用。
另外，笔者也看到一些厂家采用的专用台车式炉加热方案，如图三所示。炉型象简单的铸工定性炉或锻工炉，需加热圆筒被放置在台车上，将加热端推入炉膛加热，待加热后出炉热装配，此方案加热温度比较均匀、到位，但不符和流水线作业要求，台车一次加热辊筒太少，工作效率太低；加热辊筒多了，装到最后温度下降太多，影响装配效果；而且工人高温操作环境恶劣，劳动强度大，卸车工作条件危险；再加上装料较多或加热大直径辊筒时，炉膛透热面积较大，热损失较多，加热效率上不去。此方案因工作效率低，
工人劳动强度大，尽管在许多工厂使用，也不受现场工人欢迎。
1、煤气烧咀； 2、被加热辊筒； 3、台车； 4、台车式炉窑； 5、吊挂式炉门。
图三、台车式加热炉
3．热装配专用设备的工艺方案及结构设计
1、炉体地沟加热区； 2、地沟烧咀； 3、耐火纤维侧炉门； 4、被加热辊筒； 5、耐火纤维吊挂炉顶； 6、炉顶烧咀； 7、炉门配重； 8、
耐火纤维炉后墙； 9、耐火纤维炉前门。
图四、过盈热装配专用加热炉根据上述方案的调查比较，按照流水线作业的工艺要求，笔者提出了新的设计方案如图四所示。
采用炉底、后墙、炉顶三面固定，炉前面、两侧面共三个活动炉门随机调整密封的炉型结构。炉底地沟采用耐火砖砌制；地沟以上后墙、炉顶采用硅酸铝耐火纤维轻型结构，具体作法是：先用槽钢、角钢型材焊成炉体钢架，在钢架上焊接固定钢板网（也可以是粗铁丝网，但镀锌铁丝不太好焊接），用细铁丝把耐火纤维压缩块临时捆扎在钢板网上，再用专门的耐火泥粘接剂外敷在炉后墙和炉顶表面，透过钢板网孔粘接固定硅酸铝耐火纤维，形成严密的隔火炉墙，待耐火泥粘接剂干结后形成坚硬的墙皮壳体，既保护了硅酸铝耐火纤维使之免于风化和受潮，又密封了炉墙炉顶，形成可靠的轻型炉顶。（此外，采用传统耐火砖炉型，很难作成单墙体悬空吊顶。）从而实现了炉底炉顶炉后墙三面固定的设计要求。炉体两侧及前面有三扇吊装活动炉门，根据炉膛进料出料要求随机启动两侧活动炉门，而后随时封闭；再根据辊筒直径调整前门开启高度，最大限度的减少炉膛热量损失，提高加热效率。炉膛采用上三下四共七个烧咀供热，最大耗气量为每小时七百立方米。在加热小直径辊筒时，可只采用地沟里的四个烧咀供热；加热大直径辊筒时上下七个烧咀同时供热，提高了炉体适应能力，增加了辊筒与火焰的接触面积与时间，有效提高了加热速度。此炉汇集了流水线地炉与台车式炉窑的优势，在炉型设计上有所创新。
1993年 4月，该设计项目按图纸施工就绪后，一次试炉成功，经十年的实际使用，充分显示了各方面的优越性，具体表现为以下几点：
1）．与原焦碳地炉相比，生产效率提高三倍左右，
原来需要二至三班作业完成的热装配任务，现在一班作业即可十分轻松的完成；原来烧焦碳地炉紧张时，每日两班尚不能满足车间生产的节拍要求，现在两日一班即可满足生产计划定额，所以，此炉型解决了郑州纺织机械厂工业生产的关键。许多外地厂家也纷纷来厂参观学习，并就相关炉型结构问题与笔者交换意见，客观展示了该炉型受欢迎的程度。
2）该热装配专用炉的设计成功，可从根本上彻底结束热装配工艺直接烧煤的落后作业方式，改善了现场操作工人的劳动条件，大大降低了操作工人的劳动强度，改善了周围的工作环境，消除了粉尘污染，解决了郑州纺织机械厂长期悬而未决的技术难题，受到了现场操作工人的好评。
3）经初步测定，该热装配专用炉热效率在 15%以上。
4．进一步改进意见：
1）目前采用烧咀仍是上世纪五、六十年代使用的低压煤气烧咀。如能选用新型节能型燃烧装置，定可进一步提高热效率，降低能耗。
2）由于热装配流水作业的特点，决定了该炉型只能开放性燃烧，不论炉体是否设计烟道，烟气都会通过辊筒出现在炉前，造成高温；在炎热的夏天，
炉前工况仍不十分理想，仍需要进一步强化炉前的通风配套设施。
3）虽然该炉型一次试炉成功，但期间风险重大，
如烧咀阀门不严或炉前通风不良，形成炉前煤气淤积，贸然点火就回造成严重的人身伤亡事故。
故笔者建议，一定要特别重视炉前配套通风设施的完善、可靠性。
4）为防止炉顶、后墙透火，硅酸铝耐火纤维的施工可靠性致关重要，所以，必须由有经验的来施工，避免炉体工作时透火，造成电线、煤气管道受热，形成难以想象的重大工伤事故和损失。
动强度，改善了周围的工作环境，消除了粉尘污染，解决了郑州纺织机械厂长期悬而未决的技术难题，受到了现场操作工人的好评。
3）经初步测定，该热装配专用炉热效率在 15%以上。
4．进一步改进意见：
1）目前采用烧咀仍是上世纪五、六十年代使用的低压煤气烧咀。如能选用新型节能型燃烧装置，定可进一步提高热效率，降低能耗。
2）由于热装配流水作业的特点，决定了该炉型只能开放性燃烧，不论炉体是否设计烟道，烟气都会通过辊筒出现在炉前，造成高温；在炎热的夏天，
炉前工况仍不十分理想，仍需要进一步强化炉前的
1、了解机械设计的一般方法与思路：
机械设计是一种创造性的劳动，需要全身心的投入，
要设法拿出自己独到的见解，哪怕是一些不十分成熟方案，在此基础上开动脑筋去加以完善；这样,可以在与同事的讨论中找出自身的差距；可以在方案逐步完善的过程中，使自己焕发出工作热情与信心；可以在设计工作过程中，使自己逐步成为内行，增长才干，获得进步。
不能从一开始就幻想有现成的资料可以利用，即使有类似的图纸可以作参考，也必须作充分的消化吸收，
否则，就有可能在设计中重复别人的错误，而且投机取巧不利于个人的专业进步，也会在周围同事中造成恶劣的印象。甚至有些是在今后相当一段时间内难以弥补的。
另外，盲目的抄袭，很难领会别人的设计理念，在听到不同意见时，会变得无所适从，在后续的生产服务中，
难以正确处理好相关问题。
2、了解空间机构设计的约束方案：
在机械原理课程中，我们曾经强调，要使空间运动的机构，具有确定的相对运动，对于各个空间构件，必须限制其多余的自由度，这在工程设计中称作导向问题；我们将通过立体仓库堆垛机的结构设计和传动方案对比，多角度展示机构运动中的约束方案设计，使相关人士掌握一定的导向技术。
3、进一步强调实践中自学成才的理念：
大学本科教育仅仅是为我们从事专业技术工作奠定了一个简单的基础平台，大量的专业知识，是需要我们在各自的专业技术岗位上继续自学成才的
，可以说，大学期间学到的各科知识，远远不能解决未来工作的实际问题，真正的专业知识和能力，
需要在实践中学习，就此而言应该是在干中学习；
而不是一切等学好了在干；就此而言，青出于蓝而胜于蓝大有道理，今天老师把相关的专业知识教给了学生。未来，学生能处理的实际问题，老师很可能望尘莫及。毛泽东主席曾说过：“读书是学习，
使用也是学习，而且是更重要的学习。”这是一条普遍真理。
4、工程设计中辉煌与风险共存，机遇与困难同在
。要把握机遇，挑战困难，不仅需要勇气、更需要有吃苦耐劳的实干精神。要有责任心，使命感。因此要在未来的工作中建功立业，还必须具备严肃认真，一丝不苟的工作态度．
下面就立体仓库设计方案的推敲，说明上述论点。
一、物流立体库的结构设计概述,
现代物业生产管理中，各种产品和原材料采用现代化立体仓库周转储运是发展方向，现代储运立体仓库通常可分为立体货架和自动化堆垛机两部分
，按照货物存储方式，立体仓库又可分为货叉式和辊道式两种；货叉式立体仓库的货架为固定钢架，
货架上不需要任何机械传动装置，由堆垛机实现物料自动化入库出库的动作要求。堆垛机的主要机械动作有：转运车巷道运输行走，货物周转箱自动提升下落，货叉伸缩向立体货架存物取货；图一所示为 8列 13行 7层立体仓库总体结构示意图。
0 7
0 6
0 5
01、出库平板车；
02、货架；
03、堆垛机：
04、巷道地轨；
05、堆垛机底盘；
06、立柱；
07、天轨。
立体仓库示意图
04
03
02
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01、出库平板车；
02、货架；
03、堆垛机：
04、巷道地轨；
05、堆垛机底盘；
06、立柱；
07、天轨。
立体仓库示意图
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立体仓库示意图
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20
货叉式立体仓库机械传动机构原理图
01、地 轨；
02、车 轮；
03、链 轮；
04、下 平板；
05、链 轮；
06、减 速电机；
07、货 架立柱；
08、货 架承重横担
09、中 间平板；
10、三 层货叉机构
11、货 盘 ；
12、配 重；
13、链 轮；
14、上 平板；
15、支 撑架；
16、天 轮；
17、天 轨固定钢架
18、天 轨；
19、货 叉提升电机
20、导 向立柱。
如图所示为单轨货叉式立体仓库一个巷道存货单元的机械传动结构图，下底盘 04采用带编码器的减速电机 06通过链传动驱动，由程序控制实现巷道车在同一排巷道内的行走，用光电开关或干簧管实现巷道内行走的认址定位；由于下底盘是双轮单轨行走，重心又高，为保证堆垛机巷内行走的安全稳定性，在货架上空固定有工字钢制成的天轨 18，由堆垛机上平板 14处设置的天轮 16导向，来保障巷道车行走的稳定性要求。上下平板间采用双立柱支撑
，同时双圆立柱 20也作为货叉升降的导柱。货叉 10
的升降与定位方案与下平板原理相同，只是程序要复杂一些，因为货叉上升的货位高度应略高于货架指定层高 10--20毫米，使货叉伸出时与货架悬空，
以避免与货架干涉并减小货叉的伸缩阻力；待货叉伸缩到位后由升降系统控制下降 20— 30毫米，将货盘（料箱） 11放置在货架的承重横担 08上，与此同时，货叉与料箱脱离接触，货叉悬空收缩回到原始位置。因此，货叉堆垛机每一次存放货物的顺序动作应该是,① 将物品货盘放置在货叉上（货叉处于原始收缩状态）； ② 由行走机构驱使堆垛机行走到指定的行位； ③ 由升降机构提升货盘到指定的层位； ④ 货叉 10伸出，将货盘 11送入指定的货位； ⑤ 升降机下降 15— 25毫米，将货盘 11放置在货架的承重横担上，使货盘与货叉脱离； ⑥ 货叉缩回到原始状态； ⑦ 货叉再次下降到堆垛机合适的原始高度； ⑧
堆垛机行走出巷，回到原始位置，准备执行下一个任务指令。
货盘的升降采用链传动方案：在上平板上设置
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
三层货叉结构设计有带编码器的减速电机 19，通过上平板处的链轮提升系统 13，实现中间平板 09两个（或四个）受力吊点的同步升降；在固定有三层货叉的中间平板 09上，设置有轴瓦式导向机构，以实现货盘升降时的平稳、顺畅。另外为减轻货盘升降阻力，
在链轮提升系统的一端，还设置有配重 12，以平衡中间平板和三层货叉的自重。
图 3所示为三层货叉结构和工作原理图，它以带编码器的减速电机 7作为驱动元件，减速电机 7
固定在中间货叉 3上，下叉 8固定在堆垛机升降平台 09上，下叉齿条 5用螺栓固定在下叉 8上；与此对应，上叉 2上也固定有上叉齿条 4； 这样，固定在中叉 3上的减速电机 7直接驱动齿轮 6，即可实现上叉 2相对中叉 3的直线差速平移运动。另外，在各层货叉间采用滚动轴承作导向滚轮，一方面减小了相对运动的摩擦阻力，减小了运动间隙，提高了直线差动行程增倍货叉机构的运动精度、灵活性与可靠性。
货叉式立体仓库的优点是：货架结构简单，总体造价相对较低，所有机械故障全部集中在堆垛机上，故障率较低；机械维护比较方便。因此一般的
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
三层货叉结构设计图3.齿 轮齿条直线差动行程增倍机构示意图货盘；2,上叉；3,中叉；4,上叉齿条；5,下叉齿条；6,驱动齿轮；7,减速电机；8,下叉；9,导向滚轮。
中小型物品存放，多采用货叉式立体仓库。
货叉式立体仓库的缺点是：当物品体积庞大，
重量超重（超过 500公斤）时，可能使货叉伸缩行程过长，刚性不足；影响货叉动作的准确性和灵活性；同时，由于货叉的存取动作需要一定的空间，
这对于每一个货位可能算不了什么，但对于整个立体仓库而言，空间浪费太大。另外，三层货叉采用的是行程增倍机构，当存物太重时，物体的惯性可能影响堆垛机动作的平稳性。因此生产实践中，对于一些超大超重的物品存放，多采用辊道式立体仓库。
辊道式立体仓库的总体布局，行走、升降机构的动作原理、定位形式与前面所述的货叉式立体仓库大致相同，只是货架结构和堆垛机货盘存取托辊驱动机构有较大的差异。
如图所示为钢板立体库的货盘，针对薄钢板存放重量、尺寸大，钢性差的特点，货盘底部用方钢管焊接形成承重框架，以满足整叠钢板储运过程中的强度刚度要求；而用薄钢板焊接形成的货盘，只起到限位导向作用。
图示钢板存放辊道式立体仓库，每一行两边分别各设置有一台减速电机 22，通过立轴 02、圆锥齿轮 03,04；可驱动该行每一层的货架上的每一个承重横托辊同步转动，在每一个货架存储单元内有一根横轴 07，横轴 07上装有一个电磁离合器 05和两个链轮 06，当该存货单元的电磁离合器 05按控制指令吸合时，可将立轴 02的转动通过横轴上的两个链轮经链传动传递给每一个承重横托辊 11，实现该存货钢板存放货盘
25 26
151413121110090807060504030201
01,天轨；
02,立轴；
03,圆锥齿轮；
04,圆锥齿轮；
05,电磁离合器；
06,链轮；
07,横轴；
08,天轮；
09,货盘存取托辊机构升降驱动电机
10,横轴；
11,货架横托辊；
12,链轮；
13,天轨固定钢架
14,丝杠驱动齿轮
15,圆锥齿轮；
16,联轴器；
17,导向立式托辊
18,导向立柱；
19,货盘存取托辊机构升降传动丝杠
20,上平板；
21,底盘；
22,货架托辊驱动减速电机；
23,货盘存取驱动托辊机构；
24,底盘驱动电机
25,货盘；
26,货架固定立撑辊道式立体仓库机械传动系统图
2423
22
21
09
200108151419181712031602
货架俯视平面和堆垛机货盘存取驱动托辊机构平面图。
251219171 8
27
12
11
23
07
05
06
04
03
17
27
28
29 03、圆锥齿轮；
04、圆锥齿轮；
05、电磁离合器；
06、链轮；
07、横轴；
11、货盘驱动横托辊；
12、链轮；
17、货盘导向立托辊；
18、导向立柱;
19、货盘存取驱动托辊机构升降传动丝杠。
23,货盘存取驱动托辊 机构 ；
27、轴承座；
28、制动插销排；
29、导向轮机构；
单元内所有承重横托辊的同步转动，进而完成该单元内货盘的进库出库任务；反之，如果该存货单元的电磁离合器没有吸合，则该存货单元内装在横轴上的圆锥齿轮 04要么不转（该行货架没有接到动作指令，电机 22并立轴 02处于静止状态），要么空转
（该行某一层存货单元有存取货物的动作要求）；
此时横轴 07上的链轮 06和该存货单元内的所有承重横托辊处于静止状态。为了避免货盘进出货架时走偏，造成货盘与货架干涉，甚至货盘被卡死，在货架上还设置有多个无动力驱动的立式导向托辊 17，
十分有效的限制货盘进出方向。同时，为了防止货架上现存的货盘在机械振动条件下自动出库，造成不应有的事故，货架的后部设置有固定立撑 26，作为货盘入库的死限位；货架前部（面临堆垛机处）
设置有制动插销排，作为安全防护装置，它由弹簧顶出，可用电磁铁吸合复位。
与前述货叉式立体库不同的是，钢板立体库的堆垛机采用货盘存取辊道驱动机构，采用单独的减速电机，可驱使货盘承重辊道双向同步转动，以完成货盘在库内双向存取的动作要求。其货架和堆垛机存取货机构的平面结构如图所示，其货盘导向与安全制动防护装置，与前述货架相同。
另外，堆垛机存取货托辊驱动机构的升降，采用丝杠螺母传动来实现，在堆垛机上平板处有一台固定的减速电机，通过圆锥齿轮驱动横轴 10转动；
在横轴 10的两端固定有两个圆锥齿轮 15，可驱使与两根丝杠 19一体的圆锥齿轮 14同步转动；在存取或托辊驱动平台 23上与两丝杠配合处，固定有两个螺母，受导向轮机构 29的制约，当两丝杠 19同步转动时，存取货托辊驱动平台 23只能沿丝杠轴线方向升降平移。导向轮 29采用偏心轴调整导向间隙，提高了平台 23的导向精度与操作的方便程度。
与货叉式立体仓库相比，辊道式立体仓库的堆垛机结构简单，动作平稳、可靠，动作空间小，整体空间利用率高，在存取货物的过程中，由于导向
、防护限位机构的作用，辊道的转动限制比较灵活
，降低了对辊道驱动电机的控制要求和难度，给整体设备的自动控制创造了更大的操作发展空间；其缺点是,每一个货位都要有一套辊道驱动装置，每一行货架都设置有两台驱动电机，货架整体造价较高；同时也给后续的设备维护，故障检测排除增加了费用和难度。
正确可靠地存取货箱，准确地认址定位是关键。认址方法是：在巷道地基上相对于每列货格安装一固定的认址片 (挡板 )，在堆垛机底部安装 4个光电开关 (GDI和 GD2)与 (GD3和 GD4)随堆垛机一起前后运动，每经过一列货格，光电开关通过认址档板发出一脉冲信号到 PLC，从而达到列认址目的；同样，在堆垛机立柱上相对干每一层安装一认址片，在其升降台安装光电开关 GD5和 GD6
随升降台一起上下运动，达到层认址的目的。光电开关的脉冲输入信号作为 PLC内部认址计数器的计数信号，计数器的当前值作为速度控制的据。
当堆垛机到达目的货格即计数器的计数值计到零时，发出停车信号使其停止运行。升降台上的光电开关 GD3又用 PLC内部的计数器接收光电脉冲，
堆垛机对其定位精度要求是很高的。比如列定位，要求堆垛机能停在目的列货格的中心线上，误差不超过 2mm。否则，由于误差的积累，在货叉存取货箱时易碰到货架或发生其他事故。但是发出停车信号后，堆垛机由于惯性还会滑行一点，这样，
光靠计数认址很难达到精确定位的目的。为此我们把认址结构片做成如下图 1所示的形式。用 1号光电开关作为认址计数开关，计数到零时发出停车信号，然后再利用 1号和 2号开关作精确定位。如果 1
号 2号开关同时有信号，说明已停准；如果只 2号开关有信号，说明己超过，点动堆垛机回退，再检测比较；如果只 1号开关有信号，说明还未到中心升降台每经过一层，计数器减 1计数，从而达到层方向认址的目的。
点，点动堆垛机前进，再检测比较；这样达到准确定位的目的。
GD1
GD2
二、堆垛机存取货叉行程增倍机构的设计与应用 现代纺织业生产管理中，纺织产品和原材料采用现代化立体仓库周转储运是发展方向，而且也最具备实现的客观条件。现代储运立体仓库通常可分为固定的立体货架和自动化堆垛机两部分，由堆垛机实现物料自动化入库出库的动作要求。堆垛机的主要机械动作有：转运车巷道运输行走，货物周转箱自动提升下落，货叉伸缩向立体货架存物取货；
其中，货叉的自动伸缩机构设计难度最大，主要表现为：
1）为了尽可能合理的利用立体货架空间，自动伸缩货叉机构在满足刚度要求的前提下，应尽可能降低自身高度，结构也不宜复杂庞大。
2）为使货物在立体货位上摆放整齐，稳定可靠，
货叉伸出行程应大于等于物品周转货箱的长度。
3）为使堆垛机存物取货动作灵活可靠，货叉伸缩机构应尽可能减小摩擦阻力和机构运动间隙。
4）根据巷道堆垛机的工作空间限制，为使货叉结构紧凑，尽可能降低造价，伸缩货叉的原动机应尽可能重量轻，体积小，并能用最小的动作行程，满足货叉双向伸缩的工作行程要求。
针对上述要求，笔者认识到：堆垛机伸缩货叉必须采用一种能使原动机动作行程增倍的双向驱动直线运动机构，为此，笔者的货叉伸缩设计方案选择了齿轮齿条组成的直线差动机构。
1、轮齿齿条组成的直线差动机构工作原理：
图 1所示为一个双联齿轮和两个齿条组成的直线差动机构，假设齿条 1为固定齿条，齿条 2为从动齿条，双联齿轮 1的分度圆直径 D1大于齿轮 2的分度圆直径 D2，当滚动的双联齿轮的齿轮 1沿固定齿条 1滚动时，由双联齿轮 2驱动的从动齿条 2将以双联齿轮中心运动相反的方向水平移动。其相对运动的距离
,L=（ D1-D2） πn,式中 n为双联齿轮转过的圈数。按此计算公式，当双联齿轮 D1=D2时，不论双联齿轮转过的圈数为多少，齿条 1与齿条 2走过的相对距离为零；
图1、齿轮齿条直线差动机构图2、直线差动行程增倍机构图 2所示为一个滚动齿轮和两个齿条组成的直线差动机构，与图一相比，从动齿条 2在滚动齿轮的上方，根据相对运动原理，滚动齿轮与固定齿条的节点为二者的速度瞬心，当滚动齿轮相对于固定齿条 1滚动时，从动齿条 2将沿滚动齿轮中心运动相同的方向，以滚动齿轮中心两倍的速度平行移动。这样，就形成了从动齿条 2相对于滚动齿轮中心速度与行程的增倍机构，为满足堆垛机货叉伸缩的动作要求提供了理论依据。
2、堆垛机三层货叉直线差动行程增倍机构的组成与工作原理：
图 3所示为一般设计人员最容易想到的存取货叉机构，它以步进电机作为驱动元件，步进电机固定物料集装箱；2,上叉；3,中叉；4,上叉齿条；5,下叉齿条；6,驱动齿轮；7,步进电机；8,下 叉；9,导向滚轮。
图3,齿 轮齿条直线差动行程增倍机构示意图在中间货叉 3上，下叉 8固定在堆垛机升降平台上，
下叉齿条 5用螺栓固定在下叉上；与此对应，上叉 2
上也固定有上叉齿条； 这样，固定在中叉 3上的步进电机 7直接驱动齿轮 6，即可实现上叉 2相对中叉 3
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
三层货叉结构设计的直线差速平移运动。另外，在各层货叉间采用滚动轴承作导向滚轮，一方面减小了相对运动的摩擦阻力，减小了运动间隙，提高了直线差动行程增倍货叉机构的运动精度、灵活性与可靠性。
该设计方案结构简单，动作平稳、灵活、准确；
适用于运动精度要求较高的中小零件立体库。但依此方案为避免齿轮齿条啮合脱落，上叉 2不可能充分外伸到下叉 8以外，可能会影响到物料集装箱 1进入立体库的准确位置要求。
为使上叉充分外伸，满足物料集装箱入库的自动定位要求，可采用图 4所示的四层货叉直线差动增倍机构。该机构采用两套驱动齿轮，除步进电机直联的主动齿轮 6外，在第三层货叉上通过轴承座
12固定两个驱动齿轮 13，在第二层货叉 3与第四层物料集装箱；2,第三层货叉；3,第二层货叉；4,三层货叉齿条；5,下叉齿条；6,驱动齿轮；7,步进电机；8,下叉；9,导向滚轮；10,四 层货叉齿条；11,四 层货叉；12,四 层货叉驱动齿轮轴承座；13,四层货叉驱动齿轮；1 4,二层货叉固定齿条。
图4,四 层货叉直线差动行程增倍机构示意图货叉 11间形成又一套直线差动行程增倍机构，由此增加了上叉的外伸行程。但是，该结构的缺点也十分明显，一方面使整个存取货机构更加复杂；另一方面增加了货叉的自身高度，必将增加立体库每一层的高度，增加了立体库无效存储空间的比例。另外，上述两种设计方案均采用步进电机作驱动元件
，成本太高，使众多用户望而却步。
图 5所示为笔者设计的堆垛机三层货叉直线差动机构，图 a为三层货叉中间断面图。图 c为三层货叉伸展开的示意图；图 b为三层货叉收缩后的结构示意图。其固定货叉 1固定在巷道转运小车的自动上升降平台上；并在固定货叉 1上安装有固定齿条
5和原动机 — 双向液压油缸 3，在油缸两活塞杆端安装有两个可转动的滚动齿轮 4，滚动齿轮 4上方设置
a)
图 3 三 层直线差动货叉结构及工作原理示意图
、固定叉；2,链轮；3,双向油缸；4,滚动齿轮；5,下叉齿条；
6.上 叉齿条；7.中 间货叉；8、导 向滚轮；9、链 条；10,上叉；
11,上叉滚轮。12,链轮 支承座；
有固定在中层货叉 7上的从动齿条 6，这样，当油缸驱动齿轮 4在固定齿条上滚动时，通过从动齿条驱使中层货叉以活塞杆双倍的速度与行程沿滚轮中心运动方向平移。
根据货叉存物取货的双向伸缩行程要求，采用双层货叉行程增倍机构是不够的，还必须实现第三层货叉的行程增倍直线差动。为了实现上层货叉的增倍平移，笔者在中间货叉两端设置有两个可转动的链轮，这两个链轮相当于滑轮组的两个动滑轮，
如图 3b所示，与左端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的右端；与右端链轮啮合的链条分别固定在上下货叉的左端。这样链轮与链条传动就相当于齿轮与两根柔性齿条的定比传动；与齿轮齿条传动时
，速度、行程增倍机构原理相同，当中间货叉 7水平移动时，通过链轮链条传动，上叉 10就以中间货叉两倍的速度与行程沿滚轮中心移动方向水平移动。这样，当双向油缸驱动活塞杆并滚动齿轮 4
水平行走 1/6固定货叉长度的行程时，中间货叉 7
相对固定货叉 1水平移动 1/3的固定货叉长度行程；
而上叉 8相对中间货叉 5水平移动了 2/3的固定货叉长度行程；相对固定货叉 1水平移动了一个固定货叉长度行程，最终满足了货叉伸缩的行程动作要求。同时，为了最大限度的缩小货叉机构的结构尺寸，双向油缸的液压泵站设置在巷道转运小车上。
三层货叉直线差动机构的结构特点如图 3b所示，
在上叉的全部行程中，中间货叉 5相对下叉 1行走
1/3行程；上叉 8相对中间货叉 5行走 2/3行程，上叉与中间货叉之间；中间货叉与下叉之间均有合适的导向接触面长度，保证了三层货叉伸出时的相对刚度要求。最重要的是，三层货叉采用了齿轮齿条组成的直线差动行程增倍机构，能使双向驱动油缸用固定货叉自身长度的 1/3动作行程，满足上层货叉双向伸缩固定货叉自身长度的工作要求，这是其他设计方案难以实现的。
笔者设计的链传动三层货叉直线差动机构，在郑州纺织机械厂冷二分厂模具立体仓库和机加工二分厂零件管理立体库中，经多年使用效果良好，而且其结构紧凑，动作灵活，造价合理，受到了现场工程技术人员的一致好评。
三、双环转盘式轿车存放立体库的研究与分析
1、建造立体车库的意义：
随着现代汽车工业的高速发展和人民生活水平的提高，大型商场、会场门前的停车，越来越成为迫切需要解决的问题。目前许多商场、会场门前的停车场，占据了太多的空间场地，既影响了市容交通，又带来了许多安全事故隐患。因此，立体库存车方案，越来越受到社会的广泛关注；目前网上报道的立体车库，需由专用牵引车，将客户的车体牵引到车库设定的车位；工作效率低，成本高，占地面积大，自动化程度低，而且外观形象太差，并没有受到社会的青睐。为了更好的解决停车问题，笔者提出了旋转式立体车库的设计构想。
2、旋转式立体车库的设计方案：
笔者的旋转式立体车库设计方案如图一所示，
车库为双环 8层立体结构，外环大径 35米，小径 25
米；内环大径 24,9米，小径 14米；车库内外圈各有一个汽车升降机构。外圈的升降机构专用于汽车提升，内圈的升降机构专用于汽车下降。另外，在车库的四周还设置有若干专供司机出入的电梯。当一辆外来的汽车需要停车时，司机可在车库某一指定的管理位置领到一个车牌，上面写着该车应该停泊的库层车位，汽车排队由外圈提升机将该车连同司机一起提升到指定的库层，在车体上升时，车库已按车库管理中心的信号，将设定的空位 转到提升机门口。在提升机与车库一起停稳后，由司机本人将车开到车牌指定的车位，将车锁定后，通过其它外环车库；2,内环车库；3,固定环形通道；4,载车下降电梯；5,乘客电梯；6,载车主下降电梯；7,载车提升电梯。
图一、双环旋转式立体车库平面布局图。
乘人电梯下降到地下层，离开车库；取车时，也在底下层由乘人电梯上升，按车牌找到自己的车位，
上车后，用车牌发出离库信号；车库计算中心接受到信号后，按先后顺序排序操作，由计算中心控制双环车库，以最短的路径为司机准备好出库通道。
此时，内圈的升降机构也停在相应位置，开门迎候司机出库。当司机接受到计算中心发出的出库指令时，将车开进内圈的出库升降机构，下降到地下车库；由底下专用车道离开车库，由此完成旋转式立体车库的一次存取车过程。
二、旋转式立体车库的可行性分析按上述设计方案，每个车位为一扇形面。假如每个车位以小径处 3米长为界，内环可设置 14个车位，外环可设置 26个车位（按小轿车型设计，车长小于 5米）；内环预留 3个车位作机动通道，每层可存放 37辆车，全库地上八层可存放 296辆车。按每辆泊车占地 3米 × 6米 =18平方米,962平方米的圆形立体车库可代替 5328平方米的平面停车场地。而且商场、会场前，一个圆形立体车库，近 2000平方米的广告面积，带来的广告效应与经济效益，也是十分可观的。
作为存车的客户，存车、取车由车主与管理控制中心协调进行，比较符合车主的心理；车体进入车库后，就象进入了一个黑箱，除司机外，没人知道车体的准确位置，增加了存车的安全性，盗贼即使有偷车的妄想，没有车牌也无法将车开出车库。
另外，因车主参与了整个存取过程，可最大限度的简化车库的设置与机构（不再需要其他的牵引装置与机构），减少了车库的管理人员。
3、几个相关的技术问题与对策
1）车库旋转驱动功率：
由于旋转立体车库为焊接刚架结构，假设内环自重 30吨，外环自重 50吨，加上存车重量，内环
11X1.5X8=132吨；外环 26X1.5X8=312吨，要使立体车库转动，需要很大的动力。为了最大限度的减少工作负载，立体车库底盘采用 V型环滚道加钢球滚动体，组成平面推力滚动轴承结构；设滚动摩擦系数为 0.05；则形成：内圈负载力矩 T1=（ 132+30）
X10000X7X0.05=567000NM；外圈负载力矩 T2 =
（ 312+50） X10000X17.5X0.05=3167500NM，按内圈线速度 0.2M/S，外圈 0.3M/S驱动，则 T=9550P/n
n1= 60V/π D1= 60X0.2/14 π = 0.273 r/min;
n2= 60V/π D2= 60X0.3/35 π = 0.164 r/min;
P1= 567000X0.273/9550 = 16.2KW;
P2 =3167500X0.164/9550 = 54.4KW,旋转立体车库的驱动功率在常规可接受的范围以内。
2）传动方案：
按常规设计方案，要使底盘旋转，最容易想到的是减速电机加齿轮传动。因为底盘齿圈最大外径为 35米，如此大的齿圈，加工难度大，成本费用高，现场安装精度（多块对接园整精度）难以保证；为了最大限度的降低成本，笔者的设计方案如图二所示：采用链轮滚柱 传动，在上底盘 V型环轨道外侧，加工一环型槽，零件图如图三所示：在环槽上按 1″链节距（ 25,4毫米）打 4325个 Φ15.88
外环底板；2,内环底板；3,立柱；4,基础地板；5,钢球；6,上底板V 形环槽；7,下底板V形 环槽；8,油马达；9,链轮；1 0,支承架。
图二、双环旋转立体车库底盘驱动示意图图三、上底盘V形 环槽截面示意图
mm的圆孔，安装 4325个圆柱销，用圆柱销槽轮代替大齿圈；虽然 V型环轨道和大型环槽都需要数控加工，都有对接难度，但是比大齿圈加工制造成本要低许多，也降低了安装精度要求。另外，转盘式立体车库要求驱动功率太大，减速机构庞大，至少结构设计比较困难，外形也太不美观；为了简化传动机构，笔者的设计方案采用油马达驱动主动链轮，
并由此驱动环槽滚柱转动。为使结构美观，驱动可靠，底盘环槽滚柱可采用 3— 5处油马达串联驱动，
这样也有利于速度，驱动功率的调整。按前面所述传动方案，双环转盘式立体车库需要两套液压驱动系统驱动内外两环转盘；液压泵站可设置在较远处
，可增加美观，也降低了环境噪音。
3）工作效率方案按前述转盘式立体车库设计方案，客户取车时
，从地下车库内圈的专用乘人电梯上升到目标库层
，出电梯经内圈的固定环形通道，寻找自己的轿车；发现目标后，踏上慢慢转动的内外环车库平板，
接近自己的轿车（为提高工作效率，转盘大多数时间在转动，这也是本设计方案的一大缺点），坐在车上给立体车库计算机管理中心发出库信号，然后由计算中心指挥出库。按此方案，内外环车库转速太快，影响司机安全；旋转太慢，影响取车速度。
按客户心理，库外存车速度太慢，司机会考虑去别处存车；特别是取车太慢，司机在车库内心情不好
，必定会影响司机的下一次存车热情。为了加快取车速度，可在内圈均匀设置 3— 4个出库载车电梯；
汽车入库时，管理中心优先安排内圈车位，但必须预留 3--4个车位作机动车道。当轿车停在外圈车位出库时，内圈由计算机控制中心计算确定最短路径
，让内圈通道接近出库车位，内圈车库相对出库车位停稳后，由司机将车开到内圈车位，再以最短路径接近出库载车电梯，再停稳后由司机将车开进出库电梯，然后经地下层开出车库。
也可由计算中心控制内外圈，以最短路径让内外圈相对旋转；在内环车库通道接近出库车位时，让内外圈车库同步转动，此时内外环车库底板不再有相对转动，客户伺机将车开进内圈通道，
停在指定位置后，计算中心以最短路径，将车位与出库电梯对接，使出库汽车尽快出库。当然这对控制中心的计算机管理系统提出了更为复杂的控制要求，对库内光电认址机构也提出了更为严格、敏捷的精度要求。也相对提高了计算机管理系统的档次与成本。
4）、认址精度与互锁要求作为双环旋转式立体车库的控制系统，用计算机程序控制实现小轿车入库、出库的全部监测与管理，一个十分重要的前提条件就是要求内外环车位相对车体升降机构的准确认址与定位，这种认址与定位精度的准确性，直接关系双环旋转式立体车库系统控制的成败。另外，在小轿车通过升降电梯入库出库时，双环旋转式立体车库与升降电梯之间不得有相对运动，即双环旋转式立体车库与升降电梯之间的运动必须互锁。否则不仅会出现严重事故，
也影响双环旋转式立体车库与升降电梯的系统控制精度。当然，在科学技术高速发展的今天，这些不会成为双环旋转式立体车库实施的太大问题。
双环旋转式立体车库是一个多学科相关的课题
，也是目前社会急待解决的难题，其存车量、占地面积、工作效率、制造成本等要素的最佳组合方案，值得各学科相关人士仔细商榷。笔者深切希望双环旋转式立体车库的设计方案，能得到社会各方人士的关注，并不断加以完善。希望双环旋转式立体车库能尽快实施，解决问题，造福人类。
四、钢制圆筒过盈热装配工艺与技术装备
1、原有钢制圆筒过盈热装配工艺存在的问题：
工业设备中有许多重要零部件是用厚壁圆筒过盈热装配后加工而成的，如纺织印染机械中的烘筒，导布辊筒；皮带输送机上的托辊等等，有些还是压力容器，如图一所示，一般都由心轴,闷头、厚壁圆筒体采用高温过盈热装配工艺，将圆筒两头加热到 500--600℃,把闷头热装配在滚筒内，按照热涨冷缩原理，待滚筒自然冷却后将闷头抱合成一体；机械加工时，为了尽可能减小动平衡误差，以圆筒外径为定心基准加工两头心轴外圆。这样，一方面降低了滚筒零件的加工成本，
减小了心轴与圆筒的不同轴度误差，还减轻了零烘筒类零件,1、心轴,2、闷头； 3、厚壁筒体图一、过盈热装配工艺加热的典型零件件自重，另一方面也节省了材料；因此是机械加工行业最常采用的制造工艺。
在上述制造工艺中，厚壁圆筒两端加热是实现热装配工艺的关键，许多工厂采用烧焦碳地炉的落后工艺，浪费了能源，影响了环保，工人劳动强度大，生产效率低，安全条件差，特别是一些直径较大的圆筒，因焦碳深埋不住筒体，造成加热不均匀、过烧等问题，常须多次返工才能勉强装配，严重影响了产品质量，是急待解决的工艺难题。为此，笔者在郑州纺织机械厂参与了厚壁圆筒过盈热装配炉的工艺方案研讨与设备设计。2．相对落后的热装配加热工艺在调研中，笔者看到有些厂家采用开放式煤气
（或天然气）地炉的加热方案，如图二所示，在一条地沟中设置一个长长的大气式烧咀，烧煤气或天然气，被加热圆筒按流水线装配工艺沿地沟滚动加热，为提高加热效果，被加热圆筒上遮盖一些保温耐火材料。经实地考察，虽然此方案满足了流水线作业的要求，但大气式烧咀发热量低，多用于铸工造型烘干，用在地炉上效果极差，经常是贴近火焰的零件表面温度高，一旦转到上面，温度严重下降，加热极不均匀；加上保温措施不利，只能勉强用于小直径的圆筒加热，且零件表面氧化严重，
加热温度不够高，现场工人反映不如原有的焦碳地炉好用。
另外，笔者也看到一些厂家采用的专用台车式炉加热方案，如图三所示。炉型象简单的铸工定性炉或锻工炉，需加热圆筒被放置在台车上，将加热端推入炉膛加热，待加热后出炉热装配，此方案加热温度比较均匀、到位，但不符和流水线作业要求，台车一次加热辊筒太少，工作效率太低；加热辊筒多了，装到最后温度下降太多，影响装配效果；而且工人高温操作环境恶劣，劳动强度大，卸车工作条件危险；再加上装料较多或加热大直径辊筒时，炉膛透热面积较大，热损失较多，加热效率上不去。此方案因工作效率低，
工人劳动强度大，尽管在许多工厂使用，也不受现场工人欢迎。
1、煤气烧咀； 2、被加热辊筒； 3、台车； 4、台车式炉窑； 5、吊挂式炉门。
图三、台车式加热炉
3．热装配专用设备的工艺方案及结构设计
1、炉体地沟加热区； 2、地沟烧咀； 3、耐火纤维侧炉门； 4、被加热辊筒； 5、耐火纤维吊挂炉顶； 6、炉顶烧咀； 7、炉门配重； 8、
耐火纤维炉后墙； 9、耐火纤维炉前门。
图四、过盈热装配专用加热炉根据上述方案的调查比较，按照流水线作业的工艺要求，笔者提出了新的设计方案如图四所示。
采用炉底、后墙、炉顶三面固定，炉前面、两侧面共三个活动炉门随机调整密封的炉型结构。炉底地沟采用耐火砖砌制；地沟以上后墙、炉顶采用硅酸铝耐火纤维轻型结构，具体作法是：先用槽钢、角钢型材焊成炉体钢架，在钢架上焊接固定钢板网（也可以是粗铁丝网，但镀锌铁丝不太好焊接），用细铁丝把耐火纤维压缩块临时捆扎在钢板网上，再用专门的耐火泥粘接剂外敷在炉后墙和炉顶表面，透过钢板网孔粘接固定硅酸铝耐火纤维，形成严密的隔火炉墙，待耐火泥粘接剂干结后形成坚硬的墙皮壳体，既保护了硅酸铝耐火纤维使之免于风化和受潮，又密封了炉墙炉顶，形成可靠的轻型炉顶。（此外，采用传统耐火砖炉型，很难作成单墙体悬空吊顶。）从而实现了炉底炉顶炉后墙三面固定的设计要求。炉体两侧及前面有三扇吊装活动炉门，根据炉膛进料出料要求随机启动两侧活动炉门，而后随时封闭；再根据辊筒直径调整前门开启高度，最大限度的减少炉膛热量损失，提高加热效率。炉膛采用上三下四共七个烧咀供热，最大耗气量为每小时七百立方米。在加热小直径辊筒时，可只采用地沟里的四个烧咀供热；加热大直径辊筒时上下七个烧咀同时供热，提高了炉体适应能力，增加了辊筒与火焰的接触面积与时间，有效提高了加热速度。此炉汇集了流水线地炉与台车式炉窑的优势，在炉型设计上有所创新。
1993年 4月，该设计项目按图纸施工就绪后，一次试炉成功，经十年的实际使用，充分显示了各方面的优越性，具体表现为以下几点：
1）．与原焦碳地炉相比，生产效率提高三倍左右，
原来需要二至三班作业完成的热装配任务，现在一班作业即可十分轻松的完成；原来烧焦碳地炉紧张时，每日两班尚不能满足车间生产的节拍要求，现在两日一班即可满足生产计划定额，所以，此炉型解决了郑州纺织机械厂工业生产的关键。许多外地厂家也纷纷来厂参观学习，并就相关炉型结构问题与笔者交换意见，客观展示了该炉型受欢迎的程度。
2）该热装配专用炉的设计成功，可从根本上彻底结束热装配工艺直接烧煤的落后作业方式，改善了现场操作工人的劳动条件，大大降低了操作工人的劳动强度，改善了周围的工作环境，消除了粉尘污染，解决了郑州纺织机械厂长期悬而未决的技术难题，受到了现场操作工人的好评。
3）经初步测定，该热装配专用炉热效率在 15%以上。
4．进一步改进意见：
1）目前采用烧咀仍是上世纪五、六十年代使用的低压煤气烧咀。如能选用新型节能型燃烧装置，定可进一步提高热效率，降低能耗。
2）由于热装配流水作业的特点，决定了该炉型只能开放性燃烧，不论炉体是否设计烟道，烟气都会通过辊筒出现在炉前，造成高温；在炎热的夏天，
炉前工况仍不十分理想，仍需要进一步强化炉前的通风配套设施。
3）虽然该炉型一次试炉成功，但期间风险重大，
如烧咀阀门不严或炉前通风不良，形成炉前煤气淤积，贸然点火就回造成严重的人身伤亡事故。
故笔者建议，一定要特别重视炉前配套通风设施的完善、可靠性。
4）为防止炉顶、后墙透火，硅酸铝耐火纤维的施工可靠性致关重要，所以，必须由有经验的来施工，避免炉体工作时透火，造成电线、煤气管道受热，形成难以想象的重大工伤事故和损失。
动强度，改善了周围的工作环境，消除了粉尘污染，解决了郑州纺织机械厂长期悬而未决的技术难题，受到了现场操作工人的好评。
3）经初步测定，该热装配专用炉热效率在 15%以上。
4．进一步改进意见：
1）目前采用烧咀仍是上世纪五、六十年代使用的低压煤气烧咀。如能选用新型节能型燃烧装置，定可进一步提高热效率，降低能耗。
2）由于热装配流水作业的特点，决定了该炉型只能开放性燃烧，不论炉体是否设计烟道，烟气都会通过辊筒出现在炉前，造成高温；在炎热的夏天，
炉前工况仍不十分理想，仍需要进一步强化炉前的
