趙博

摘 要：本文對(duì)起重機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)裝置輕量化技術(shù)、振動(dòng)分析和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率檢測(cè)等進(jìn)行闡述，分析論述傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；輕量化技術(shù)；振動(dòng)分析

中圖分類號(hào)：TH215 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

起重機(jī)械是一種集物料起重、運(yùn)輸和裝卸為一體的吊裝設(shè)備，其廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、工程作業(yè)、商品流通和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)起重機(jī)的的要求不斷提高，對(duì)其技術(shù)能力、安全性能提出更加嚴(yán)格的要求，然而在整個(gè)起重機(jī)械設(shè)計(jì)、制造中，傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)占有重要地位，通過對(duì)起重機(jī)傳動(dòng)裝置輕量化技術(shù)、振動(dòng)分析、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率檢測(cè)進(jìn)行研究，以對(duì)設(shè)備不斷優(yōu)化、改進(jìn)，提高在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 起重機(jī)傳動(dòng)方式

在起重機(jī)實(shí)際應(yīng)用中，傳動(dòng)系統(tǒng)包括很多種傳遞方式，而其普遍采用閉式傳動(dòng)和開式傳動(dòng)。

（1）閉式傳動(dòng)，為了提高傳動(dòng)效率并且節(jié)約能耗，一般在卷筒和電動(dòng)機(jī)之間采用圓柱齒輪減速器。蝸輪減速器的傳動(dòng)效率低，經(jīng)常受到地理?xiàng)l件的限制，因此應(yīng)用較少。

（2）開式傳動(dòng)，這種構(gòu)造形式適用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度較低的情況，由于開式齒輪傳動(dòng)適用于圓周絲堵較低的工況，因此將其放在靠近卷筒的最后一級(jí)傳動(dòng)中。起重機(jī)的各種傳動(dòng)方案之間雖然有所區(qū)別，但是每一種傳動(dòng)方案所用的零部件基本上一致，開式傳動(dòng)和閉式傳動(dòng)各方案的區(qū)別在于：減速器高速軸與電動(dòng)機(jī)之間是通過高速浮動(dòng)軸連接還是直接通過聯(lián)軸器連接；在低速級(jí)、減速器低速軸端與卷筒的連接方式可以分為通過聯(lián)軸器直接連接和增加開式齒輪的方式。

2 傳動(dòng)裝置輕量化技術(shù)

對(duì)于大中型起重設(shè)備，體積大、質(zhì)量大、能耗高等問題已成為制約其提高工作效率、降低制造使用成本的瓶頸，因此對(duì)起重設(shè)備進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，成為國(guó)際國(guó)內(nèi)重要研究課題，其中大型齒輪傳動(dòng)裝置輕量化技術(shù)是指將輕量化材料、輕量化設(shè)計(jì)和輕量化制造技術(shù)的集中應(yīng)用，目前較為先進(jìn)的技術(shù)有：

（1）諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)，又稱為諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)，是波發(fā)生器在按一定變形規(guī)律產(chǎn)生周期性移動(dòng)彈性變形波的作用下，通過柔性構(gòu)件彈性變形運(yùn)動(dòng)與剛性構(gòu)件相互作用來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的新型機(jī)構(gòu)，它具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、傳動(dòng)精度高和回差小等優(yōu)點(diǎn)。諧波齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)一般分為：剛輪、柔輪和波發(fā)生器，通常采用機(jī)械滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)就是將薄壁滾珠軸承安裝在凸輪的外緣，通過凸輪和滾珠的相互作用實(shí)現(xiàn)外圈襯環(huán)的彈性變形，輸入端采用凸輪，通過內(nèi)孔與輸入軸相連。杯型底部被稱為膜片部，膜片部通常作為輸出端，起到法蘭的作用。將波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)時(shí)，在工作過程中柔輪將產(chǎn)生彈性變形，而波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)一周，柔輪上某點(diǎn)發(fā)生彈性變形的循環(huán)次數(shù)稱為諧波齒輪的波數(shù)。

（2）無齒輪傳動(dòng)技術(shù)，國(guó)際上從20世紀(jì)30年代初便開始被研究，由于無齒輪傳動(dòng)相比傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)省略了減速器，從而簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，其體積、重量得到大幅度減少，通過利用PLC變頻器等自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的特征，但由于電機(jī)技術(shù)開發(fā)難度大，此項(xiàng)技術(shù)尚未進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，但該技術(shù)顛覆了起重機(jī)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，消除了傳統(tǒng)起重機(jī)長(zhǎng)期存在的噪聲大、效率低、斷齒、斷軸等問題，因此無齒傳動(dòng)技術(shù)為未來起重機(jī)重要發(fā)展方向。

（3）少齒差行星齒輪傳動(dòng)，在少齒差行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中主要采用一種新型齒輪傳動(dòng)裝置：環(huán)式減速器，其原理為：利用雙曲柄齒輪機(jī)構(gòu)為核心，帶動(dòng)圓周平動(dòng)，在此過程中星輪不做擺線運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)有多齒接觸，具有較好的承載、過載能力，并且此種傳動(dòng)形式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、重量輕、體積小和傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到迅速發(fā)展。

（4）點(diǎn)線嚙合齒輪傳動(dòng)是一種具有線性嚙合性質(zhì)又有點(diǎn)嚙合性質(zhì)的一種新型嚙合傳動(dòng)，其小齒輪為一個(gè)漸開線變位短齒齒輪，大齒輪齒廓上部為漸開線凸齒廓，下部為過渡曲線的凹齒廓，大小齒輪相互嚙合時(shí)，既有接觸線為直線的線嚙合，又有凹凸齒廓接觸的點(diǎn)嚙合。其一般分為3種形式，（a）單點(diǎn)線嚙合齒輪傳動(dòng)，小齒輪為一個(gè)變位的漸開線短齒，大齒輪的上部為漸開線凸齒廓，下部為過渡曲線的凹齒廓，大小齒輪組成單點(diǎn)線齒輪傳動(dòng)。（b）雙點(diǎn)線嚙合齒輪傳動(dòng)，大小齒輪嚙合時(shí)形成雙點(diǎn)嚙合與線嚙合，因此稱為雙點(diǎn)線嚙合齒輪。（c）少齒數(shù)點(diǎn)線嚙合齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)的小齒輪最少齒數(shù)可以做到2～3齒，因而傳動(dòng)比可以很大。點(diǎn)線嚙合齒輪傳動(dòng)具有噪聲低、承載能力高、磨損小等特點(diǎn)，因此此項(xiàng)技術(shù)已在起重機(jī)中初步應(yīng)用。

將新型傳動(dòng)裝置輕量化技術(shù)應(yīng)用到起重機(jī)械設(shè)備中，替代傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置，能夠高效地解決起重機(jī)能耗高等問題，通過技術(shù)不斷研發(fā)、突破，使得我國(guó)起重機(jī)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率檢測(cè)

起重機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有減速機(jī)、聯(lián)軸器、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等。作為傳動(dòng)部件，傳動(dòng)效率的高低直接體現(xiàn)出其能耗指標(biāo)，機(jī)械效率越高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能耗越低，因此對(duì)傳動(dòng)部件的效率研究是非常有經(jīng)濟(jì)意義的。

（1）減速機(jī)效率檢測(cè)，起重機(jī)的起升、運(yùn)行、回轉(zhuǎn)和變幅等機(jī)構(gòu)依靠減速器，因此對(duì)減速器機(jī)械效率測(cè)量有著非常大的意義，其原理為系統(tǒng)通過對(duì)減速器的輸入、輸出軸受載荷所產(chǎn)生的機(jī)械偏角以及輸入、輸出軸扭矩來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)效率的實(shí)際測(cè)量。減速機(jī)的實(shí)時(shí)效率可按下式進(jìn)行測(cè)量計(jì)算：

η=P1/P2=（n1×T1）/（ n2×T2）

因此對(duì)減速機(jī)低速軸輸出端轉(zhuǎn)速n1、扭矩T1與高速軸輸入端轉(zhuǎn)速n2、扭矩T2進(jìn)行測(cè)量從而計(jì)算得任意時(shí)間端的減速機(jī)的實(shí)時(shí)效率。

（2）吊具系統(tǒng)效率研究，吊具系統(tǒng)通常由卷筒、吊鉤、鋼絲繩和滑輪等件組成，將他們組成一個(gè)串行吊裝系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過黑箱理論對(duì)其進(jìn)行研究分析，從而得到吊具系統(tǒng)傳動(dòng)效率。

4 傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)分析

在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中，由于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)，常常導(dǎo)致停機(jī)事故，不但影響生產(chǎn)效率，還存在巨大的安全隱患，因此對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)進(jìn)行分析，從而保證起重機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)以往案例經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，產(chǎn)生振動(dòng)主要有如下幾個(gè)方面：（1）開式齒輪承載支撐系統(tǒng)本身的固有頻率與其齒合頻率接近，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象，再加上齒合不良，將振動(dòng)進(jìn)一步放大。通常有效解決措施為：①對(duì)支撐件進(jìn)行加固；②局部增加彈性元件；③對(duì)齒合間隙進(jìn)行調(diào)整，降低誤差。（2）減速箱與開式齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的小齒輪剛性連接，增加其齒面摩擦，影響整體齒合機(jī)制，使得本身固有振動(dòng)頻率放大，因此，通過采用專用潤(rùn)滑劑，增加齒合面潤(rùn)滑降低齒面磨損，從而保證良好齒合狀態(tài)。

5 起重機(jī)械液壓傳動(dòng)

液壓傳動(dòng)是現(xiàn)代流動(dòng)式起重機(jī)廣泛采用的傳動(dòng)方式。它通過液壓泵將內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液壓油的液壓能，在各種液壓控制元件的控制下，將液壓能傳遞給各機(jī)構(gòu)的液壓執(zhí)行元件，還原成機(jī)械能。

結(jié)語

隨著起重機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)不斷研究、改進(jìn)、新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，必然使起重機(jī)技術(shù)產(chǎn)生革命性的發(fā)展，使國(guó)產(chǎn)起重機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)占有重要地位。

參考文獻(xiàn)

[1]安存勝，馬占營(yíng)，聶福全.起重機(jī)齒輪傳動(dòng)裝置輕量化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2015（10）：146-150.

[2]唐朝輝，何非，李向東，等.橋式起重機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率檢測(cè)方法研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016（37）：140-143.

[3]曾漢生，唐朝輝，童一飛，等.橋式起重機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率檢測(cè)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2015（12）：67-69.

[4]劉寶軍.大型門式起重機(jī)開式齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)原因分析[J].裝備制造技術(shù)，2012（7）：148-156.