湖北三六重工有限公司　　周冬青

極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆小車的研究設(shè)計

湖北三六重工有限公司周冬青

針對企業(yè)現(xiàn)有電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑相對較大，一般在1～10m，改進(jìn)電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)，在小車與葫蘆本體連接處增加旋轉(zhuǎn)裝置，使電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑可控制在200～1000mm，在受限空間上能轉(zhuǎn)彎運行，擴大電動葫蘆使用范圍，提高工作效率，最終給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，供有關(guān)企業(yè)和專業(yè)技術(shù)人員參考。

電動葫蘆小車；轉(zhuǎn)彎半徑；旋轉(zhuǎn)裝置

現(xiàn)有的電動葫蘆在轉(zhuǎn)彎時，要求軌道的轉(zhuǎn)彎半徑都很大，一般在1～10m，甚至超過10cm，這是由電動葫蘆結(jié)構(gòu)決定的。在現(xiàn)實情況中，由于受空間位置限制及其他特殊要求，要求電動葫蘆運行轉(zhuǎn)彎半徑很小，特別是在電力、化工等企業(yè)。企業(yè)在難以實現(xiàn)小轉(zhuǎn)彎半徑的情況下，解決方法往往是在起吊設(shè)備轉(zhuǎn)彎處垂直各鋪設(shè)一條直軌道，另各裝一臺電動葫蘆進(jìn)行轉(zhuǎn)運，大大增加了設(shè)備成本并降低了工作效率。為了解決電動葫蘆能在小轉(zhuǎn)彎半徑軌道上連續(xù)運行，使電動葫蘆使用范圍擴大，并在受限空間上布置小轉(zhuǎn)彎軌道，減少所需電動葫蘆數(shù)量，節(jié)約企業(yè)設(shè)備成本，提高工作效率，主要從電動葫蘆小車的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計出適合小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車。

1　分析影響電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑的因素及解決方案

1.1現(xiàn)有電動葫蘆結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的電動葫蘆主要分為兩大部分，上部分是電動葫蘆行走部分，稱電動葫蘆小車，下部分是電動葫蘆起吊部分，也是電動葫蘆的本體部分。電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)主要由電動機、減速器、車輪、主動走輪墻板、被動走輪墻板組成，電動葫蘆小車與本體部分采用銷軸進(jìn)行連接，如圖1所示。

圖1　現(xiàn)有電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)圖

1.2影響電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑的因素

電動葫蘆的本體結(jié)構(gòu)和起吊噸位及揚程有關(guān)，但對一定起吊噸位和揚程的葫蘆本體體積變化影響不大，即在一定起吊噸位和揚程的情況下，電動葫蘆本體結(jié)構(gòu)變化不大，通過改變其結(jié)構(gòu)對改變轉(zhuǎn)彎半徑不能起較大作用。電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)變數(shù)較大，它的結(jié)構(gòu)直接影響其轉(zhuǎn)彎半徑。單臺CD型小車是四車輪小車，即單邊小車墻板上安裝有兩個車輪，主動車輪和被動車輪。由于四車輪小車從一直線軌道運行進(jìn)入一弧形軌道，并能順利通過，軌道的半徑受輪緣卡軌條件限制，因此輪緣與軌道之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，車輪才能轉(zhuǎn)彎，通過軌道如圖2所示，其轉(zhuǎn)彎半徑根據(jù)經(jīng)驗公式計算：

式中：Rmin─最小轉(zhuǎn)彎半徑mm；

K─兩輪中心距mm；

D─車輪的工作直徑mm；

Dy─車輪輪緣直徑mm；

B─兩車輪輪緣之間的距離mm；

M─車輪軌道寬度mm。

圖2　車輪通過圓弧軌道示意圖

從公式中分析，（B-M）為兩輪緣與車輪軌道的兩邊間隙和，一般設(shè)計為4～8mm，超過范圍值則會在直線運行時產(chǎn)生偏擺；D 和Dy兩個參數(shù)是車輪的尺寸，與負(fù)載大小有關(guān)，一般變化不大；變化最大的是兩輪中心距K，兩輪中心距離越小，最小轉(zhuǎn)彎半徑越小，但兩輪中心距要大于車輪直徑才能轉(zhuǎn)彎，否則在轉(zhuǎn)彎時，兩輪會發(fā)生干涉。

1.3現(xiàn)有的解決方案

根據(jù)因素分析，目前解決減小轉(zhuǎn)彎半徑的方案有如下幾種：第一，將兩輪中心距在設(shè)計時設(shè)計到最小，甚至將四車輪小車改裝成兩車輪小車，即單邊小車墻板上安裝有一個車輪，這樣可以減小電動葫蘆的轉(zhuǎn)彎半徑，但電動葫蘆運行平穩(wěn)性較差，容易側(cè)翻。第二，加大車輪輪緣與軌道的間隙，這會使小車在直線軌道上運行時產(chǎn)生偏擺，且間隙的調(diào)整只能是4～8mm。第三，將承載梁設(shè)計成能繞鉛垂軸線轉(zhuǎn)動，這種方法改變的不是小車，而是小車軌道，會使承載梁鋼結(jié)構(gòu)附加彎矩，車輪受力也不均勻。

當(dāng)CD型電動葫蘆小車在兩車輪中心距最小時，運行過程中遇到小轉(zhuǎn)彎軌道能繼續(xù)運行，即也要讓兩對小車車輪運行的軌跡不受電動葫蘆主體的限制，設(shè)計出電動葫蘆小車與電動葫蘆主體之間能相對轉(zhuǎn)動，這樣不論電動葫蘆本體多大，都不會影響轉(zhuǎn)彎半徑，可稱這種電動葫蘆小車為極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車。

2　極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1小車結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖3　極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆整體結(jié)構(gòu)簡圖

現(xiàn)有電動葫蘆小車如圖1所示，采用銷軸6將電動葫蘆本體與小車連接，這種結(jié)構(gòu)小車和葫蘆本體是不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的。極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車，在CD型電動葫蘆小車原有結(jié)構(gòu)上加了一個旋轉(zhuǎn)裝置，如圖3所示。極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆在電動葫蘆本體與小車連接時采用的是旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由連接橫梁、小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸、推力球軸承、螺母、卡板、關(guān)節(jié)軸承、連接板、軸套等組成，并在小車墻板上增加水平導(dǎo)向輪裝置。在旋轉(zhuǎn)裝置中，小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸上部穿過連接橫梁，并在其上裝有推力球軸承，用螺母連接，再用卡板固定。小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸下面吊的是電動葫蘆本體，所以是要受軸向力的，用推力球軸承使小車旋轉(zhuǎn)平衡，吊軸可以繞其軸線轉(zhuǎn)動并能進(jìn)行調(diào)心。小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸下部通過關(guān)節(jié)軸承和銷軸連接，關(guān)節(jié)軸承是一種特殊結(jié)構(gòu)的滑動軸承，其主要由一個有外球面的內(nèi)圈和一個有內(nèi)球面的外圈組成，能承受較大的負(fù)荷，可以承受徑向載荷、軸向載荷或徑向、軸向同時存在的聯(lián)合負(fù)荷。由于關(guān)節(jié)軸承表面為球面形，可在一定角度范圍內(nèi)作調(diào)心運動，在銷軸與關(guān)節(jié)軸承不同心度較大時，仍能正常工作，同時調(diào)節(jié)鋼絲繩電動葫蘆主體與小車之間受力平衡。

圖4　旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)

2.2旋轉(zhuǎn)裝置與小車、葫蘆本體的連接

旋轉(zhuǎn)裝置中的連接橫梁將小車主動走輪墻板和被動走輪墻板連接起來，連接橫梁兩端用雙螺母將其鎖緊，并在連接橫梁兩端絲桿頭處安裝開口銷，防止其松動脫落。旋轉(zhuǎn)裝置中的銷軸穿過軸套，關(guān)節(jié)軸承將電動葫蘆主體兩架板連接，并用卡簧固定，利用關(guān)節(jié)軸承調(diào)節(jié)受力平衡。

2.3水平導(dǎo)向輪安裝

極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車在小車主、被動走輪墻板上和貼近小車運行軌道的翼緣處各安裝兩個水平導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪在小車轉(zhuǎn)彎時除起導(dǎo)向作用外，還可保護小車走輪內(nèi)側(cè)輪緣不與軌道產(chǎn)生擠壓摩擦而受損。

圖5　水平導(dǎo)向輪安裝示意圖

3　改進(jìn)后的電動葫蘆小車工作情況及優(yōu)點

極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車，通過小車旋轉(zhuǎn)裝置將電動葫蘆本體與小車連接為一個整體，小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸與連接橫梁之間通過推力球軸承的作用，使小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸可360°自由旋轉(zhuǎn)，在水平方向上，由于小車上部整體與小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸之間處于一個360°可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，電動葫蘆主體也就與每一對小車車輪處于360°可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，它在運行時只受限于兩對小車車輪之間的距離，一般兩對小車車輪之間的距離在200～1000mm，小轉(zhuǎn)彎軌道半徑可控制在200～1000mm，兩對小車車輪下面都采用旋轉(zhuǎn)裝置，在轉(zhuǎn)彎時，各處于自己的運行軌跡上，不受限于連接的葫蘆主體，從而不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時卡死的情況。

改進(jìn)后的極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車有三大優(yōu)點：①其軌道弧形處轉(zhuǎn)彎半徑可控制在200～1000mm，不受空間位置限制影響；②主、被動小車都采用旋轉(zhuǎn)裝置，使小車通過小轉(zhuǎn)彎軌道時不會出現(xiàn)卡死的情況；③在小車主、被動走輪墻板上增加了水平導(dǎo)向輪，可減少小車走輪內(nèi)輪緣與軌道翼緣的摩擦，保護走輪，防止受損。

［1］張志新.電動葫蘆特殊曲率半徑小車［J］.科技創(chuàng)新與品牌，2012.08.

［2］徐文娟.高揚程電動葫蘆改造設(shè)計［J］.咸寧學(xué)院學(xué)報，2011.12.

［3］張云.單軌小車轉(zhuǎn)彎問題的分析和計算［J］.機械設(shè)計與制造，1999.12.

周冬青，1964年12月出生，湖北嘉魚人，研究生，高級工程師，研究方向：起重運輸機械。