石瑜

（工程公司修建分公司，四川 攀枝花 617000）

吊車是各重輕型企業(yè)應(yīng)用很廣泛的一種起重運(yùn)輸機(jī)械。它方便、高效，但是，大型吊車受廠房空間、結(jié)構(gòu)的限制，對(duì)于廠房空間狹窄、結(jié)構(gòu)不規(guī)則、小范圍內(nèi)的起重和搬運(yùn)，可以選擇小型移動(dòng)式的簡易吊車，這種吊車的結(jié)構(gòu)及提升重量等可以根據(jù)實(shí)際需求和現(xiàn)場(chǎng)情況來設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)機(jī)械加工間等小范圍內(nèi)的起重和搬運(yùn)。

1 設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工間的原料、半成品、成品的搬運(yùn)，以及協(xié)助機(jī)床裝卸工件等瑣碎的簡單操作，而設(shè)計(jì)的移動(dòng)式吊車最大提升重力G ＝7500N，提升的線速度為v0＝0.23m/s，提升的最大高度為H=2.5m。根據(jù)原始數(shù)據(jù)要求及現(xiàn)場(chǎng)的加工制作能力，其工作機(jī)構(gòu)是指吊車的起升機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)裝置也僅限于為起升機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力傳動(dòng)的系統(tǒng)。吊車的東西南北方向運(yùn)行，則是依靠吊車底部安裝的萬向輪，并利用人力推動(dòng)來控制的。

2 方案設(shè)計(jì)及原理說明

移動(dòng)式吊車的工作原理：是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪和一對(duì)開式齒輪傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給卷筒，再通過鋼絲繩和滑輪組提升重物。

（1）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這里的工作機(jī)構(gòu)是指吊車的起升機(jī)構(gòu)，即包括卷筒、滑輪和鋼絲繩。

（2）鋼絲繩。鋼絲繩是起重工作中最常用的繩索，它拉力強(qiáng)度高，耐磨損。根據(jù)不同鋼絲繩的特點(diǎn)，這里選擇纖維芯的交互捻鋼絲繩。鋼絲繩的受力情況如圖1。

已知G ＝7500N，G 由兩根鋼絲繩分擔(dān)，因此得到：Fmax=當(dāng)滑輪組效率時(shí)，則

其中，s、φ 由手冊(cè)查得為：鋼絲繩安全系數(shù)s=5，鋼絲繩破斷系數(shù)φ=0.82。從有關(guān)手冊(cè)上查得，大于24330N 的破斷拉力總和是26000N，由此得到，應(yīng)采用直徑0.4mm 的鋼絲擰成直徑為6.2mm 的6 股，其抗拉強(qiáng)度為1850N/mm2。

（3）滑輪。定滑輪能起改變繩索和拉力方向的作用，而動(dòng)滑輪能起到省力的作用。滑輪組合既可以省力，又可改變作用力方向。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式D ≥(e-1)d，其中系數(shù)e=16，d 為鋼絲繩直徑d=6.2mm，則滑輪直徑D ≥(16-1)×6.2=93 mm，取滑輪的直徑為整數(shù)并略大于計(jì)算值：D 滑=120mm。

（4）卷筒。它是起重機(jī)械中不可缺少的一個(gè)組成部分，卷筒的直徑的大小決定著卷筒轉(zhuǎn)速地快慢，若在傳動(dòng)比不變的情況下，為了減小電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，必須減小卷筒的轉(zhuǎn)速，則卷筒的直徑增大，考慮到提升速度和傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)，取卷筒直徑為200mm。

（5）傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算。

②計(jì)算傳動(dòng)比，確定傳動(dòng)方案根據(jù)公式總的傳動(dòng)比為：i總＝19.6，為了獲得i總＝19.6 的傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)一個(gè)由帶傳動(dòng)和開式齒輪傳動(dòng)組成的方案，如圖2 所示。根據(jù)手冊(cè)上查得，可將總的傳動(dòng)比i總＝19.6 分配為i帶=3.4，i 齒=5.76，齒輪的傳動(dòng)比稍大于帶輪的傳動(dòng)比。如此選擇的依據(jù)是齒輪嚙合的傳動(dòng)比最好不是整數(shù)，這樣有利于齒輪均勻磨損，而且應(yīng)該盡量提高小帶輪包角，以提高承載能力。

③計(jì)算效率、驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)功率查表所得到各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率η總為它們乘積：η總=η帶×η齒×η2滾≈0.88。因此，得到P電≈2.05kW 說明所選電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。

④計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩。各軸的功率為：電動(dòng)機(jī)軸功率p1=p電=2.2kW，小齒輪軸功率p2=2.1kW，卷筒軸功率p3=2kW。

p3比卷筒軸的實(shí)際所需功率P卷＝1.8 k W 要大一些，因此，能保證正常的工作。在鋼絲繩最大拉力下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：=411.37N·m，方向?yàn)轫槙r(shí)針。但是吊車提升重物，卷筒要逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)才行。

因此，必須使小齒輪給大齒輪施加一個(gè)作用力F，使大齒輪產(chǎn)生逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，并且還要使T大齒輪＞T卷才能提升起重物。而這個(gè)力F 是由電動(dòng)機(jī)的額定功率傳遞來的，即電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩為T電=25.10N·m 小齒輪的轉(zhuǎn)矩：T小齒輪＝81.93N m卷筒軸的轉(zhuǎn)矩≈439.17N·m。計(jì)算結(jié)果表明，T大齒輪大于T卷能夠使卷筒得到逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到提升的目的。

（6）制動(dòng)器的選擇。設(shè)計(jì)的吊車是依靠電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)提升和卸下重物的。考慮到工作中的必要停止，應(yīng)設(shè)有一個(gè)制動(dòng)器，制動(dòng)力矩必須大于軸上的最大力矩。為了使安裝位置合理，結(jié)構(gòu)緊湊，在小齒輪上安裝制動(dòng)器。根據(jù)公式T制＝K制T軸，得到其制動(dòng)力矩為T制≥1.5×81.93 ＝122.90N m，可以選用電磁閘瓦制動(dòng)器JWZ-200。

①傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。

帶傳動(dòng)：已知帶所傳遞的功率P電＝2.2kW，查表取工況系數(shù)kA=1.3，則設(shè)計(jì)功率為P帶＝KA·P電＝2.86kW

根據(jù)P帶＝2.86kW 和n電＝837r/min，查表得為A 型V帶，選取內(nèi)帶輪直徑d帶1＝125mm，大帶輪直徑d帶2=i帶×d帶1＝3.4×125 ＝425mm。查表取帶的基準(zhǔn)長度為2500mm：

計(jì)算V 帶根數(shù)，查得單根V 帶所能傳遞的功率為P單＝1.23kW，根據(jù)公式，則≈2.3，取Z=3。

小齒輪分度圓直徑d1=mz1=3.5×22=77mm；

大齒輪分度圓直徑d2=mz2=3.5×125=437.5mm；

小齒輪齒頂圓直徑da1=m(z1+2)=3.5×24=84mm；

大齒輪齒頂圓直徑da2=m(z2+2)=3.5×127=444.5mm；

小齒輪齒根圓直徑df1=m(z1-2.5)=3.5×19.5=68.25mm；

大齒輪齒根圓直徑df2=m(z2-2.5）=3.5×122.5 =428.75mm；

大，小齒輪齒寬B= mφ ·m=12×3.5=42mm

3 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）輪軸和卷筒軸的結(jié)構(gòu)。將軸的材料選定為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，軸徑為d2=38mm，卷筒軸的材質(zhì)也一樣，則：d3≥39.6mm，取標(biāo)準(zhǔn)并適量增大d3=45mm。d2、d3均為齒輪軸和卷筒軸的最小直徑。

（2）帶輪的結(jié)構(gòu)。已知選用A 型V 帶，小帶輪材料選用HT2000，設(shè)計(jì)為實(shí)心輪。外徑da2=d帶+2ha=425+2×3=431mm，孔徑d 等于和它裝配的軸頭直徑一致，取38mm，材料也為HT200。

輪緣內(nèi)徑d緣=da2-2(h+δ )=395mm；

輪 緣 外 徑d轂=(1.8 ～2)d軸取d轂=76mm；輪 轂 寬 度L=(1.5 ～2)d軸=(1.5 ～2)×38=57 ～76，取L=70mm。

（3）卷筒的結(jié)構(gòu)。根據(jù)大齒輪的結(jié)構(gòu)，可將卷筒設(shè)計(jì)成軸向聯(lián)接的組合式卷筒，鋼絲繩在卷筒上只繞一層，卷筒的表面設(shè)計(jì)成螺旋槽面，根據(jù)查有關(guān)手冊(cè)，得出螺旋槽深h=2.5mm，間距p=8mm，半徑R=4mm。工作時(shí)，卷筒上鋼絲繩與定滑輪的偏角不能大于5°。而卷筒的長度可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)為230mm。卷筒壁厚取為15mm。鋼絲繩末端在卷筒上的固定要牢固可靠。

（4）滑輪結(jié)構(gòu)?；喴话阌没诣T鐵，已知D滑=120mm，則D0=126.2mm，繩槽角一般為α=30°～45°，查表得h=17.5mm。

（6）制動(dòng)裝置及軸承。選擇的制動(dòng)器為JWZ－200 制動(dòng)器。它的制動(dòng)瓦塊寬度為90mm，而制動(dòng)輪的寬度要略大于瓦塊，取95mm。它的硬度不低于HRL35 ～45，表面粗糙度不低于0.8μm。

5 設(shè)計(jì)小結(jié)

起重運(yùn)輸機(jī)械是一門專業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)科，這里對(duì)制動(dòng)和平衡等問題只作了粗略的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)多采用標(biāo)準(zhǔn)件，可以降低設(shè)計(jì)的難度。