齊力寧　趙冬智

摘要：近些年，隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)和工程機(jī)械行業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了工廠自動(dòng)化行業(yè)水平迅速提高。在這樣的發(fā)展趨勢(shì)下，輸送設(shè)備及其相關(guān)行業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)格局演化加快，并在很多方面表現(xiàn)出了新的態(tài)勢(shì)。舉升機(jī)是整個(gè)輸送系統(tǒng)中設(shè)備交接的樞紐，是整個(gè)輸送系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：舉升機(jī)；重型；傳動(dòng)桿；歐拉公式；臨界力；屈服載荷；失穩(wěn)載荷

1.引言

舉升機(jī)越來(lái)越多的應(yīng)用于現(xiàn)代化物料的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，通過(guò)其舉升輸送對(duì)物料實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和運(yùn)輸，傳動(dòng)桿作為舉升機(jī)力的傳遞的中樞神經(jīng)，發(fā)揮著極其重要的作用，本文介紹了一種重型舉升機(jī)傳動(dòng)桿的改進(jìn)。

2.舉升機(jī)的組成

舉升機(jī)由導(dǎo)向裝置、連桿、傳動(dòng)軸裝置、曲柄機(jī)構(gòu)、框架、傳動(dòng)桿、從動(dòng)軸裝置、定位置、電機(jī)減速機(jī)、調(diào)整墊、定位塊組成。

3.舉升機(jī)工作原理

電機(jī)減速機(jī)輸出軸把動(dòng)力傳遞給曲柄機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿帶動(dòng)傳動(dòng)桿同步運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)桿把力均勻的傳遞給前后從動(dòng)軸，然后通過(guò)從動(dòng)軸上的4個(gè)擺臂輪控制舉升物小范圍內(nèi)的上升或下降。擺臂輪在帶動(dòng)舉升物件上升或下降的過(guò)程中產(chǎn)生側(cè)向力由導(dǎo)向裝置強(qiáng)制克服。（擺臂輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活）

4.受壓的臨界力分析

改進(jìn)前舉升機(jī)傳動(dòng)桿的受力為壓力，改進(jìn)后舉升機(jī)傳動(dòng)桿的受力為拉力。在材料力學(xué)里，雖然拉、壓桿件的變形公式是一樣的，這類變形是由大小相等方向相反，力的作用線與桿件軸線重合的一對(duì)力引起的。在變形上表現(xiàn)為桿件長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)或縮短。但是在實(shí)際情況中，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)壓桿施加軸向壓力，當(dāng)其壓應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的極限應(yīng)力時(shí)，它便變彎曲，或因彎曲而折斷。這種不能保持壓桿原有直線平衡狀態(tài)而突然變彎的現(xiàn)象，稱為壓桿直線狀態(tài)的平衡喪失了穩(wěn)定性，簡(jiǎn)稱壓桿失穩(wěn)。

如上圖、在桿端施加一軸向力P（上圖a），當(dāng)P不大時(shí)，壓桿保持直線平衡狀態(tài)，當(dāng)沿桿軸線垂直方向施加一橫向干擾力時(shí)，壓桿只發(fā)生微小的彎曲（上圖b），干擾力消除后，桿經(jīng)過(guò)多次擺動(dòng)后仍能恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)（上圖c）；當(dāng)軸向力增大超過(guò)某一值Pcr時(shí)，壓桿由原來(lái)的穩(wěn)定平衡狀態(tài)過(guò)渡到不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即干擾力消除后，壓桿不能恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)（上圖d）。這種過(guò)渡狀態(tài)成為臨界狀態(tài)，其中Pcr稱為臨界力。臨界力是壓桿由穩(wěn)定的平衡狀態(tài)向不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)過(guò)渡的臨界點(diǎn)，對(duì)壓桿的穩(wěn)定性強(qiáng)弱與否起關(guān)鍵性作用。

5.桿件拉伸時(shí)力學(xué)性能

1、

（1）彈性階段（ob段）變形為彈性變形（2）屈服階段（bc 段）應(yīng)力停止增加，而變形不斷增加，產(chǎn)生塑性變形，材料失去抵抗變形的能力；（3）強(qiáng)化階段（ce段）應(yīng)力超過(guò)σs后，材料逐漸恢復(fù)抵抗變形的能力，產(chǎn)生塑性變形；（4）局部變形階段（ef 段）局部截面迅速收縮，產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，f 點(diǎn)處斷裂

6.臨界力Pcr大小的影響因素

臨界力Pcr的大小表征壓桿失穩(wěn)的難易，臨界力的大小與影響壓縮直桿彎曲變形的因素有關(guān)，（1）桿的長(zhǎng)度l ：l越大，抵抗彎曲變形的能越小，Pcr就越小。（2）抗彎剛度EI：EI值越大，抵抗彎曲變形的能力就越大，Pcr值就越大。（3）桿端支承 桿端支承越牢固，越不容易發(fā)生彎曲變形，Pcr侄就越大。

綜合以上幾個(gè)方面，可得細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力計(jì)算公式——稱為歐拉公式 ，即

，其中μ為支承系數(shù)——與支承形式有關(guān)的系數(shù)。

7.臨界應(yīng)力總圖

壓桿的臨界應(yīng)力是其柔度λ的函數(shù)，其函數(shù)圖 象稱為臨界應(yīng)力總圖。如下Q235鋼的臨界應(yīng)力總圖

其中臨界應(yīng)力公式分界點(diǎn)為

——應(yīng)用歐拉公式

——應(yīng)用拋物線公式

工程上以λc作為分界點(diǎn)，這是由于在實(shí)際工程中，壓桿所受的壓力存在偏心等緣故。

8.計(jì)算分析

以本舉升機(jī)為例：舉升載荷為15噸的舉升物，傳動(dòng)桿最大受力為P=84KN，改進(jìn)前桿件受壓力其長(zhǎng)度為5000mm，改進(jìn)后桿件受拉力其長(zhǎng)度為2500mm，傳動(dòng)桿的材質(zhì)為35鋼，σp=220* N/ ，E=210* N/ 規(guī)定穩(wěn)定安全系數(shù)Nw=12（考慮到人員安全性取此系數(shù)），改進(jìn)前后傳動(dòng)桿直徑d大小分析如下：

（1）改進(jìn)前

傳動(dòng)桿的臨界載荷：Pc=Nw*P=12*84KN=1008KN，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-1-124得μ=1，由歐拉公式得：Pc= = =1008000N。計(jì)算得：傳動(dòng)桿直徑d=79mm，校核柔度λ：λ= = =377，λ1= = = 97，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-1-123 λ>λ1 壓桿比例極限內(nèi)穩(wěn)定，計(jì)算沒(méi)有問(wèn)題。

（2）改進(jìn)后

改進(jìn)后傳動(dòng)桿的受力由壓力改為拉力，而且改為兩根傳動(dòng)桿受拉，每根傳動(dòng)桿的受力直接減小一半。

傳動(dòng)桿受力：P=84/2=42KN 傳動(dòng)桿臨界載荷：Pc=Nw*P=12*42KN=504KN 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-17 取 =550Mpa 當(dāng)拉桿受拉力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)Pc= * /4 即：0.86*3.14*550* =504000 計(jì)算得傳動(dòng)桿直徑d=37mm

K-綜合影響系數(shù) 取K=0.86 -材料的極限強(qiáng)度

綜上所述不難看出，改進(jìn)后的舉升機(jī)傳動(dòng)桿直徑減小，其強(qiáng)度大大增加，不僅節(jié)約了成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，ISBN978-7-122-01409-2，化學(xué)工業(yè)出版社

[2]材料力學(xué)，9787112132058，中國(guó)建筑工業(yè)出版社