起重機傳動系統(tǒng)研究分析

趙博

摘 要：本文對起重機傳動系統(tǒng)裝置輕量化技術(shù)、振動分析和傳動機構(gòu)效率檢測等進行闡述，分析論述傳動系統(tǒng)改進方向。

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

中圖分類號：TH215 文獻標志碼：A

0 概述

起重機械是一種集物料起重、運輸和裝卸為一體的吊裝設(shè)備，其廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)、工程作業(yè)、商品流通和日常生活的各個領(lǐng)域。隨著國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，對起重機的的要求不斷提高，對其技術(shù)能力、安全性能提出更加嚴格的要求，然而在整個起重機械設(shè)計、制造中，傳動系統(tǒng)技術(shù)占有重要地位，通過對起重機傳動裝置輕量化技術(shù)、振動分析、傳動機構(gòu)效率檢測進行研究，以對設(shè)備不斷優(yōu)化、改進，提高在國際市場的競爭力。

1 起重機傳動方式

在起重機實際應(yīng)用中，傳動系統(tǒng)包括很多種傳遞方式，而其普遍采用閉式傳動和開式傳動。

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

（2）開式傳動，這種構(gòu)造形式適用于機械運動速度較低的情況，由于開式齒輪傳動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傳動中。起重機的各種傳動方案之間雖然有所區(qū)別，但是每一種傳動方案所用的零部件基本上一致，開式傳動和閉式傳動各方案的區(qū)別在于：減速器高速軸與電動機之間是通過高速浮動軸連接還是直接通過聯(lián)軸器連接；在低速級、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 傳動裝置輕量化技術(shù)

對于大中型起重設(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，因此對起重設(shè)備進行輕量化設(shè)計，成為國際國內(nèi)重要研究課題，其中大型齒輪傳動裝置輕量化技術(shù)是指將輕量化材料、輕量化設(shè)計和輕量化制造技術(shù)的集中應(yīng)用，目前較為先進的技術(shù)有：

（1）諧波齒輪傳動技術(shù)，又稱為諧波齒輪傳動技術(shù)，是波發(fā)生器在按一定變形規(guī)律產(chǎn)生周期性移動彈性變形波的作用下，通過柔性構(gòu)件彈性變形運動與剛性構(gòu)件相互作用來實現(xiàn)傳動的新型機構(gòu)，它具有傳動比大、體積小、重量輕、傳動精度高和回差小等優(yōu)點。諧波齒輪傳動結(jié)構(gòu)一般分為：剛輪、柔輪和波發(fā)生器，通常采用機械滾動軸承的波發(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，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）無齒輪傳動技術(shù)，國際上從20世紀30年代初便開始被研究，由于無齒輪傳動相比傳統(tǒng)齒輪傳動省略了減速器，從而簡化了傳動系統(tǒng)，其體積、重量得到大幅度減少，通過利用PLC變頻器等自動控制系統(tǒng)對電機進行控制，實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的特征，但由于電機技術(shù)開發(fā)難度大，此項技術(shù)尚未進行實際應(yīng)用，但該技術(shù)顛覆了起重機傳統(tǒng)的設(shè)計理念，消除了傳統(tǒng)起重機長期存在的噪聲大、效率低、斷齒、斷軸等問題，因此無齒傳動技術(shù)為未來起重機重要發(fā)展方向。

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

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

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

3 傳動機構(gòu)效率檢測

起重機傳動機構(gòu)主要有減速機、聯(lián)軸器、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等。作為傳動部件，傳動效率的高低直接體現(xiàn)出其能耗指標，機械效率越高，傳動機構(gòu)能耗越低，因此對傳動部件的效率研究是非常有經(jīng)濟意義的。

（1）減速機效率檢測，起重機的起升、運行、回轉(zhuǎn)和變幅等機構(gòu)依靠減速器，因此對減速器機械效率測量有著非常大的意義，其原理為系統(tǒng)通過對減速器的輸入、輸出軸受載荷所產(chǎn)生的機械偏角以及輸入、輸出軸扭矩來實現(xiàn)對機械傳動效率的實際測量。減速機的實時效率可按下式進行測量計算：

η=P1/P2=（n1×T1）/（ n2×T2）

因此對減速機低速軸輸出端轉(zhuǎn)速n1、扭矩T1與高速軸輸入端轉(zhuǎn)速n2、扭矩T2進行測量從而計算得任意時間端的減速機的實時效率。

（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，將他們組成一個串行吊裝系統(tǒng)進行分析，通過黑箱理論對其進行研究分析，從而得到吊具系統(tǒng)傳動效率。

4 傳動系統(tǒng)振動分析

在起重機起升機構(gòu)中，由于齒輪傳動系統(tǒng)的振動，常常導(dǎo)致停機事故，不但影響生產(chǎn)效率，還存在巨大的安全隱患，因此對傳動系統(tǒng)振動進行分析，從而保證起重機安全穩(wěn)定運行，根據(jù)以往案例經(jīng)驗進行分析，產(chǎn)生振動主要有如下幾個方面：（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)致整個系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象，再加上齒合不良，將振動進一步放大。通常有效解決措施為：①對支撐件進行加固；②局部增加彈性元件；③對齒合間隙進行調(diào)整，降低誤差。（2）減速箱與開式齒輪傳動系統(tǒng)中的小齒輪剛性連接，增加其齒面摩擦，影響整體齒合機制，使得本身固有振動頻率放大，因此，通過采用專用潤滑劑，增加齒合面潤滑降低齒面磨損，從而保證良好齒合狀態(tài)。

5 起重機械液壓傳動

液壓傳動是現(xiàn)代流動式起重機廣泛采用的傳動方式。它通過液壓泵將內(nèi)燃機的機械能轉(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構(gòu)的液壓執(zhí)行元件，還原成機械能。

結(jié)語

隨著起重機傳動系統(tǒng)不斷研究、改進、新技術(shù)的實際應(yīng)用，必然使起重機技術(shù)產(chǎn)生革命性的發(fā)展，使國產(chǎn)起重機在國際市場占有重要地位。

參考文獻

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