王小棟

大連重工·起重集團，遼寧大連 116000

門座螺桿變幅機構設計分析

王小棟

大連重工·起重集團，遼寧大連 116000

門座起重機的變幅機構通常采用擺動臂架的角度來改變起重機的幅度。常見的變幅機構驅動系統(tǒng)有：螺桿式驅動，齒條式驅動，液壓驅動，繩索滑輪式驅動等數(shù)種。本文對門座螺桿變幅機構設計進行了分析。

門座起重機；變幅機構；設計分析

1 概述

門座起重機的變幅機構通常采用擺動臂架的角度來改變起重機的幅度。常見的變幅機構驅動系統(tǒng)有：螺桿式驅動，齒條式驅動，液壓驅動，繩索滑輪式驅動等數(shù)種。其中螺桿變幅機構是電動機通過減速器、齒輪箱和螺母帶動螺桿作直線和擺動運動，從而驅動臂架，使臂架繞鉸點轉動，完成變幅動作。其組成如圖1。

螺桿總成和電動機裝配等安裝在能繞水平和垂直軸線擺動的十字軸支架上，以適應變幅過程中螺桿擺動、補償間隙、補償變形和安裝誤差等需要，使螺桿與螺母嚙合良好，螺桿免受額外彎曲。

與其他機械式驅動相比，螺桿驅動不僅結構緊湊，傳動平穩(wěn)，無噪音，而且體積最小，重量輕，因而多用于大型的動臂起重機中。但由于它的傳動效率較低，不易充分潤滑，磨損較大，并且價格昂貴，維修不便，進而降低機構工作的可靠性。為了彌補這些缺點，螺桿通常都制作成二頭至四頭。

2 螺桿變幅機構的計算

變幅機構計算的主要內(nèi)容是：計算變幅阻力，確定計算載荷；確定驅動功率，選擇和驗算電動機；確定制動轉矩，選擇和設計制動器；確定傳動比，選擇和設計傳動裝置。

變幅機構計算的關鍵是：掌握變幅機構的載荷特點；正確分析和求取各種工況下的變幅阻力。

2.1 變幅機構的載荷特點

1）不論臂架是收幅還是伸幅，變幅過程中作用在平衡式變幅機構上的阻轉矩方向是變化的，呈雙向作用載荷特點；作用在非平衡式變幅機構上的阻轉矩方向是不變的，呈單向作用載荷特點；

2）起重機在規(guī)定的幅度范圍內(nèi)工作時，不同幅度位置上的變幅阻轉矩是變化的（變載荷特點），變幅電動機應按等效阻轉矩來選擇；

3）變幅機構的不同傳動零件承受不同的慣性載荷（動載荷特點），其疲勞強度和靜強度計算載荷應取不同的值。

2.2 變幅阻力的計算

1）直臂架變幅機構的阻力計算；

2）組合臂架的變幅機構的阻力計算。

2.3 機構的計算中采用以下兩種計算載荷組合方式

工作狀態(tài)下的正常載荷組合（I類載荷）和工作狀態(tài)下最大載荷組合（II類載荷）相應的變幅阻力可通過組合不同的變幅阻力項求得。

2.4 電動機的選擇和驗算

電動機功率的確定和電動機的驗算，需要注意的是，電氣控制系統(tǒng)應保證變幅啟動時間不宜過快，否則會導致臂架系統(tǒng)過大的動載荷，并應在變幅驅動系統(tǒng)采取相應措施。

2.5 制動器的選擇和驗算

變幅制動器應工作可靠，保證制動過程的平穩(wěn)性并具有足夠的制動安全系數(shù)。一般選用壓推桿制動器。

2.6 減速器的選擇

變幅機構通常采用標準系列減速器。例如QJ系列減速器。QJ系列減速器具有安裝方便、中心矩大、傳動比范圍寬和承載能力高等特點。非平衡變幅機構的減速器可按與起升機構相同的方法來選擇。

3 螺桿變幅機構的設計注意事項

3.1 設法提高螺桿螺母傳動效率

螺桿變幅機構傳動效率較低，因而一般采用多頭滑動螺桿（2～4頭）或滾珠螺桿傳動。在選用時，必須考慮制造條件、生產(chǎn)成本等現(xiàn)實情況。

3.2 螺桿變幅機構的合理支撐方式

螺桿長度較大，加工和裝配精度較難保證。為了保證螺桿正常工作，需要把螺桿變幅機構安裝在能繞水平和垂直軸線擺動的十字軸支架上（見圖2）。十字軸的軸線必須通過螺母中心。

3.3 伸縮套筒的合理選型與安裝角度

伸縮套筒用于防塵、防雨和防漏油，避免螺桿磨損。伸縮套筒有密封式（強制稀油潤滑的場合）和非密封式（非強制稀油潤滑的場合）兩種。如果要防止?jié)櫥托孤┬栌们罢?，僅防塵防雨，則用后者，門座螺桿變幅機構中主要使用密封式。

伸縮套筒（見圖3）根據(jù)螺桿伸縮長短和結構布置情況分成幾段。每段由2mm的不銹鋼板卷成的筒體和法蘭組焊而成，其外圓需要精加工，精度H6，表面粗超度1.6，以保證套筒伸縮自如。在內(nèi)外套筒之間裝有橡膠密封圈，防止漏油及灰塵和雜物的侵入。

起重機總體設計時，應使螺桿始終處于仰角或俯角狀態(tài)，以便螺桿往復運動時帶出的油，能夠由小套筒逐段流入大套筒，最后通過潤滑管路流回油箱。

3.4 螺桿變幅機構的潤滑

螺桿變幅機構的齒輪副和螺桿螺母副必須具有良好的潤滑。一般分為自帶式潤滑和強制式潤滑兩種。門座螺桿變幅機構中主要使用后一種。

1）自帶式潤滑

自帶式潤滑是將仰角式螺桿后部浸入油池中，螺桿伸縮將油帶上螺母進行潤滑。潤滑后，前端通過潤滑管路流回油箱，后端直接流回油箱。

2）強制式潤滑

強制式潤滑則是通過泵站將潤滑油直接注入齒輪副和螺桿螺母傳動副中。

3.5 螺桿螺母的材料和加工

螺桿通常選用Y40Mn、35、45等鋼材。Y40Mn鋼切削加工性能好，但耐磨性能差；35、45號鋼需采取正火或調(diào)質處理。

螺母通常選用鑄造青銅ZQSn10-1、ZQAl9-4。對于大尺寸的螺母應采用35、45鋼作外套，內(nèi)外套之間過盈配合，且用緊固螺釘鎖定。

螺桿和螺母的螺紋表面粗超度1.6。矩形螺紋常用底徑定心，其公差配合H8/e8，粗超度1.6，外徑粗超度6.3～3.2。螺桿副的軸向配合間隙取為：外徑150mm～200mm時，采用0.8mm～1.0mm，磨損后允許最大間隙為6mm；外徑200mm～250mm時，采用1mm～1.2mm，磨損后允許最大間隙為8mm。

3.6 螺桿變幅機構的安全保護

為防止臂架墜落，往往需要在變幅驅動系統(tǒng)設置離心式限速器或載荷自制制動器，或者驅動系統(tǒng)采用可以自鎖的蝸輪減速器。為了保證螺桿變幅機構正常工作，必須設置可靠的安全保護裝置。

1）變幅機構應設有幅度指示器、終點限位開關；

2）臂架上應裝有彈簧或橡膠緩沖裝置；

3）螺桿總成中應設有安全螺母，防止螺桿磨損后發(fā)生滑絲和沖擊；

4）還應設置各機構之間的聯(lián)鎖開關。

在現(xiàn)實生產(chǎn)中，要求實現(xiàn)工作性帶載變幅，為了盡可能降低變幅機構的驅動功率和提高機構的操作性能，進而提高生產(chǎn)率，目前門座起重機變幅機構普遍采用載重水平位移和臂架自重平衡兩項措施，以達到平衡式變幅要求。

圖1

圖2

圖3

[1]黃海.基于工業(yè)設計中功能法的門座起重機形態(tài)設計[D].武漢理工大學，2002-06-01.

[2]戴啟玲.雙頭單螺桿泵短幅內(nèi)擺線螺桿[D].襯套副嚙合特性研究 大慶石油學院，2008-03-25.

[3]柳大勇，李華，左連春.變幅機構螺桿及螺母的加工[J].重技術，1998(4).

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A

1674-6708（2011）48-0048-02