環鏈葫蘆起重鏈輪的改進

馮永剛，陶文勇，鄧偉林

（1.浙江工業職業技術學院，浙江 紹興 312000；2.浙江雙鳥機械有限公司，浙江 嵊州 312400）

0 引言

HSH 手扳、HSZ 手拉環鏈葫蘆是浙江某機械有限公司的主要出口產品。進入21 世紀以來，隨著全球經濟一體化的加快，中國經濟突飛猛進，中國起重設備市場也逐漸成為國際起重設備市場重要的一部分。其中環鏈葫蘆的快速發展，短短幾年內已有了相當大的進步。20 世紀末部分外資企業進入中國市場，加入了中國市場的競爭，加之我國起重行業的不斷擴大、發展，因此，起重葫蘆市場價格、質量競爭激烈。作為葫蘆中的心臟——起重鏈輪對葫蘆的質量起到了決定性的作用。據信息反饋，葫蘆在起重時，鏈條爬鏈、咬鏈、鏈輪斷裂現象普遍存在。雖然采取了各種措施，但效果不明顯。所以，必須對原有的工藝進行改進，解決葫蘆在起重時的爬鏈、咬鏈、鏈輪斷裂現象。

1 傳統起重鏈輪的優缺點分析

在傳統的制造中起重鏈輪采用球墨鑄鐵（QT1200-1）材料制造。因球墨鑄鐵鏈輪具有耐磨性高、潤滑性好、鑄造效率高、加工周期短等優點。其缺點主要是由于球墨鑄鐵鏈輪屬砂型澆注件，鑄件的連接或轉角部分容易產生內應力、縮孔和縮松，而起重鏈輪的鏈窩應一次澆注成形，更需符合圖紙要求，雖然環鏈起重鏈輪安裝要求精度低，而承載能力較大，有一定的緩沖和減震性能，結構尺寸更為緊湊，如不符合圖紙要求易發生跳齒或急速反向運動。但鑄件因縮孔、縮松等原因很難保證產品的質量。因此，起重鏈鑄造工藝嚴格、廢品率高，一旦鑄造或球化不合格，韌性下降，即產生斷裂，極易造成重大事故。

2 第一次改進措施及存在問題分析

結合球墨鑄鐵鏈輪的優缺點，對起重鏈輪進行了第一次改進，采用合金鋼（40Cr）材料經加工切削成形，達到原設計要求，如圖1。

40Cr 材料經調質處理后，切削加工性好，具有良好的綜合力學性能，低溫沖擊性及缺口敏感性、淬透性好。經淬火后，用于制造表面高硬度、低沖擊、重載、耐磨的零件。起重鏈輪經熱處理后可得到較高的疲勞強度，不會斷裂。起重鏈條如圖2（以φ8×24 為例）。

圖1 起重鏈輪鏈窩圖

圖2 起重鏈條圖

起重鏈輪鏈窩在普通立銑床上經靠模仿形銑切削加工只能得到如圖1形狀，因靠模只能同一方向運動，而不能多方向運動。圖1 中R14 不能限制圖2 中起重鏈條負重平環鏈前移，平環鏈的半徑為R13，R14 不能限制R13，鏈條和起重鏈輪鏈窩嚙合不良，容易造成起重鏈條爬鏈。起重鏈條爬鏈后，就直接產生平環鏈咬傷現象，及各加工面產生的棱角導致立環的刮傷。

3 第二次改進措施及分析

對起重鏈輪的改進主要是應用熱鍛成形工藝。熱鍛成形工藝可以直接、快速、精確地將設計思想物化為原型，從而可以對產品設計進行快速修改和功能試驗，可有效地縮短產品研發周期，快速提供市場所需產品。熱鍛成形原理是原材料經加熱后，在設定的模具中有外力作用下，鍛件受擠壓，在模膛中得到充填。

熱鍛成形在工作中承受較大的工作壓力和沖擊負荷，模具型腔與加熱后的金屬坯料相接觸，再加上與工件的強力摩擦，使其本身溫度高達400～600℃，工件出模后型腔還要用水或壓縮空氣進行冷卻。隨后再與熾熱的工件相接觸。如此循環冷熱反復交變。因此，熱鍛模應具有足夠高的韌性，高溫強度、高溫硬度、良好的耐磨性，耐熱疲勞性、淬透性和切削加工性。

熱鍛成形工藝吸取了球鐵件鏈窩一次成形的優點及合金鋼（40Cr）材料切削加工鏈輪具有較高的疲勞強度、不會斷裂等優點。合金鋼（40Cr）材料經中頻磁感應爐的恒溫控制，經熱鍛成形模在經改造后的壓力機上一次成形，就得到了理想的起重鏈輪鏈窩形狀。鏈窩形狀如圖3。

為什么圖3 所示的形狀是理想的起重鏈輪鏈窩的形狀呢？分析如下：

起重鏈輪平環鏈（如圖1）的半徑為R13。圖2 中鏈窩的平環鏈半徑是R14，因它的中間有一條11 mm 寬的立環槽溝。所以，葫蘆起重時，鏈條平環鏈與鏈輪的鏈窩接觸不是在R14 的圓弧上，而是在立環槽溝與R14 圓弧相交的交點上。接觸只是2 個點，而不是2 條圓弧線，如圖4。

圖3 經熱鍛成形后起重鏈輪鏈窩簡圖

經起吊重物后，起重鏈輪接觸點磨損，起重鏈平環前移，鏈條與鏈輪嚙合變化越大、起吊頻率越高，鏈輪接觸點磨損越嚴重，鏈條與鏈輪的嚙合變化越大，起重爬鏈、咬鏈現象越嚴重。導致起吊重物不能輕松升降及重物突然下墜，造成事故。圖3的起重鏈輪平環鏈形狀能起到限制起重鏈平環前移，如圖5，從而達到理想的效果。

因起重鏈與起重鏈輪鏈窩接觸是圓弧面，而不是點，所以，起重鏈輪鏈窩不易磨損，起吊頻次越高，嚙合越好。從而起到保護起重鏈條的作用。因此，圖3 所示的形狀是理想的起重鏈輪鏈窩的形狀。

圖4 合金鋼切削加工鏈窩與起重鏈的嚙合圖

圖5 熱鍛成形鏈窩與起重鏈嚙合圖

4 二次改進后的效果

同樣用合金鋼（40Cr）材料的起重鏈輪經熱鍛成形工藝可以減少切削加工工序，經濟效益明顯。如銑鏈窩、避開槽、車削中間立環槽，可節省1.70 元。原材料減少0.7 kg，中頻磁感應加熱與壓力機的耗電量0.6 kWh。每只約節省3 元。按照年產量10 萬只計算，總節約30 萬元。

圓鋼材料的熱鍛成形，可省略大立銑與專用小銑床等設備。

用熱鍛成形工藝生產的起重鏈輪，使手扳、手拉葫蘆避免了葫蘆在起重時鏈條的爬鏈、咬鏈及鏈輪斷裂，提高了產品質量，得到了國內外客商的認可。

從實際使用來看，該工藝的改進取得了較明顯的效果，生產效率高、產量高（4～6 只/min）、減少原材料的浪費，經濟效益明顯，產品的尺寸一致性好，質量得到保證。

5 結語

熱鍛鏈成形工藝在起重鏈輪中的應用，通過時間、成本、工序安排與合理的組織，企業可以在保證質量的前提下，減少能耗、縮短工期，提高起重葫蘆市場競爭力，為實現可持續發展提供支持和保障。

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