減速器內置式大噸位超高揚程電動葫蘆結構優化及經濟性分析

吳麗霞，徐文娟

（咸寧職業技術學院，湖北 咸寧 437100）

減速器內置式大噸位超高揚程電動葫蘆結構優化及經濟性分析

吳麗霞，徐文娟

（咸寧職業技術學院，湖北 咸寧 437100）

大噸位超高揚程電動葫蘆，因起升高度的加大需要采用大卷筒和多層纏繞結構增加容繩量，因此電動葫蘆整體結構大，所需要的材料多，制造成本高。本文從整體結構、外觀尺寸、所用材料重量等多方面對減速器內置式與減速器外置式電動葫蘆進行了對比，結果表明減速器內置式大噸位超高揚程電動葫在不降低原使用性能的前提下，能減小整機體積，減輕整機重量，同時還能降低制造成本，為生產者帶來一定的經濟效益。

電動葫蘆；優化；結構；成本

電動葫蘆是起重機中最常用的一種起吊設備[1]，大噸位超高揚程電動葫蘆因起升高度的加大需要采用大卷筒和多層纏繞結構增加容繩量，這樣導致電動葫蘆整體結構大，所占空間大，所需要的材料多，制造成本高。為了提高其安全性能，降低生產成本，優化大噸位超高揚程電動葫蘆結構，可以從三個方面改進：（1）采用高強度鋼絲繩，減小鋼絲繩直徑，縮短卷筒長度[2]，減小整機體積；（2）將減速器內置于卷筒內部，減小整機體積和重量[3]；（3）采用多層纏繞。

本文以某公司生產的12t-120m型電動葫蘆（型號HC120G.00 120KN）為例，對第二種減速器內置于卷筒內部的改進方法進行分析說明。該葫蘆具體技術要求及參數如下：工作級別M4，容繩長度120 m，卷繞層數1層，鋼絲繩長度不小于170 m，單出繩，三組滑輪，單繩拉力12 t，慢速起升時起重速度為2 m/min，快速起升時起重速度為20 m/min，出繩角度約41.5°，上側出繩，滾筒繩槽旋向與出繩位置保證不咬繩。電動葫蘆提供機械剎車裝置、超載裝置，制動距離（對臂架）不超過10 mm，除有過載報警功能外，還應有輕載停車功能（即輕載為1.5-0.5 T時卷揚停止工作）。

1 結構優化

1.1 減速器外置式結構介紹

原電動葫蘆采用外置式減速器，屬于常規設計，結構如圖1所示。卷筒兩端由軸承座支撐，一端裝有高度限制器，另一端通過聯軸器與減速器輸出端相連。減速器放在卷筒一端，依靠減速器安裝座支撐。減速器輸入端通過制動輪聯軸器與電動機相連。經設計計算，卷筒直徑（底徑）為φ730 mm，鋼絲繩選用28NAT35WX7-2160-610KN型號，卷筒長度為1 880 mm，減速器輸入端到輸出端聯軸器長度為1 100 mm，整機底座長度為4 575 mm.

圖1 減速器外置式電動葫蘆結構

1.2 減速器內置式結構設計

在不改變卷筒外形尺寸且不降低其使用性能的前提下，將卷筒結構改進優化成減速器內置式。這種結構形式在歐、美一些國家已用到，在國內用得較少。采用此種結構時，卷筒一端由軸承座支撐改為由法蘭支撐，并通過法蘭聯接在減速器上，這樣不會影響卷筒使用性能，同時還減少了聯接的零件，提高了傳動效率。

1.2.1 減速器內置式主要結構

圖2為減速器內置式電動葫蘆結構。減速器裝于卷筒內，卷筒一端裝有高度限制器，由軸承座支撐，另一端通過法蘭與減速器輸出端相連，減速器依靠減速器安裝座支撐，即減速器安裝座同時也支撐卷筒的另一端。減速器的輸入端通過制動輪聯軸器接電動機。

圖2 減速器內置式電動葫蘆結構

1.2.2 減速器內置式主要參數及尺寸

優化后，整個電動葫蘆中，卷筒直徑為φ730mm，卷筒長度為1 880 mm，減速器輸入端到輸出端聯軸器長度為220 mm，整機底座長度為3 695 mm.

1.3 優化前后結構對比

減速器外置與內置兩種結構相比主要存在以下區別（見表1）：（1）在采用相同外形尺寸的卷筒，同樣的電機、減速器、制動器的情況下，減速器內置時，減速器的大部分結構置于卷筒內部，能夠使整機長度減少880 mm，減小了整機體積和重量，節約了空間，大大降低了安裝要求。（2）在內置式結構中，直接利用法蘭將減速器與卷筒相聯，減少了一個卷筒軸承座和一個聯軸器，但多了一個法蘭盤。焊接件均采用Q235B鋼板，密封圈、軸承、軸承端蓋、螺栓等小件忽略不計。

表1 優化前后主要尺寸、結構變化一覽表

2 成本核算

（1）機座鋼材重量計算

整機機座是利用鋼板焊接而成，軸承座焊接在整機機座之上，如圖3所示。

圖3 軸承座安裝示意圖

機座包含兩個工字形焊接底座腳及一塊頂板，結構如圖4所示。

圖4 機座結構圖

減速器內置時所節省的機座鋼材體積VⅠ：

VⅠ=Al=（200×12×4+176×8×2+750×6）×880＝1.489×107mm3

上式中，A為機座橫截面積，l為減速器內置時機座減少的長度。減速器內置時所減輕的機座鋼材重量MⅠ：MⅠ=1.489×104×7.85×10-3=116.887 kg（2）卷筒軸承座鋼材重量計算（見圖5）

圖5 軸承座結構

1）卷筒軸承座安裝軸承的部分為鑄件，所用鋼材體積V′=2.974×106mm3.

2）卷筒軸承座下半部分為焊接件，分為上座和下座。

a.上座由以下板件焊接而成：

兩塊矩形側板，體積為V1＝2blt=2×336×135×10=907 200 mm3

上式中，b為單塊矩形側板寬度；l為單塊矩形側板長度；t為單塊矩形側板厚度。

兩塊梯形（近似）支架板，體積為V2=（b1+b2）ht=（331+481）×295×14＝3 353 560 mm3.

上式中，b1為單塊梯形支架板頂邊長度，b2為單塊梯形支架板底邊長度，h單塊梯形支架板高度，t為單塊梯形支架板厚度。

兩個三角形筋板，體積為V3=bht=78×194×14=211 848 mm3

上式中，b為單塊三角筋板寬度，h為單塊三角筋板寬度，t為單塊三角筋板厚度。

一塊矩形底板，體積為V4= bht=671×214×25=3 589 850 mm3

上式中，b為單塊矩形底板寬度，l為單塊矩形底板長度，t為單塊矩形底板厚度。

上座總體積為：V上＝V1+V2+V3+V4＝907 200+3 353 560+211 848+3 589 850＝8 039 526 mm3

b.下座由以下板件焊接而成：

一塊矩形頂板，體積為Va=blt=710×260×25=4 615 000 mm3

上式中，b為單塊矩形頂板寬度，l為單塊矩形頂板長度、t為單塊矩形頂板厚度。

兩塊矩形支架板，體積Vb=blt=110×671×4×2=590 480mm3

上式中，b為單塊矩形支架板寬度，l為單塊矩形支架板長度，t為單塊矩形支架板厚度。

四塊梯形（近似）支架板，采用兩塊拼合以后的近似平行四邊形進行計算，體積為Vc=blt=（129+32）×51.5×10×2=165 830 mm3

上式中，b為兩塊梯形支架板拼合成平行四邊形以后的平行四邊形底邊長度，l為平行四邊形高度，t為平行四邊形厚度。

下座總體積為：V下＝Va+Vb+Vc=4 615 000+590 480+165 830=5 371 310 mm3

卷筒軸承座下半部分焊接件總體積為：

卷筒軸承座重量MⅡ：

MⅡ=（2.974+13.411）×103×10-3×7.85=128.622 kg

（3）聯軸器成本

減速器外置時需要用聯軸器，型號為GПCL14-170，重量約為MⅢ=421 kg，市場價格約為1 200元。

（4）聯接法蘭鋼材重量計算

減速器內置時需要采用法蘭聯接，聯接法蘭大小如圖6所示。

圖6 聯接法蘭

3 結論

本文以某公司生產的12t-120m型電動葫蘆為例，將減速器外置式結構改進優化為內置式，使整機長度減少了880 mm，整機重量減輕了659.558 kg.同時，減速器內置使得卷筒一端由原來的支撐座支撐更改為由法蘭直接與減速器相連，再由支撐座支撐減速器。經試驗，此種聯接結構不會影響整機的可靠性和實用性，同時還減少了聯接的零件，提高了傳動效率，且降低了成本。整臺電動葫蘆核算起來，減速器內置式較減速器外置式要節約成本1 801.61元，尤其對于安裝空間有限制要求的，使用起來更為方便和經濟。

[1]徐文娟.高揚程電動葫蘆的改造設計[J].咸寧學院學報2011，12（31）：73-75.

[2]趙定元．國內鋼絲繩電動葫蘆的技術現狀及發展方向[J]．起重機運輸機械，2004（7）：7-8.

[3]葉振良.淺析鋼絲繩電動葫蘆的技術現狀及前景[J]．工業設計，2011（11）：109-110.

The Structure Optimization and Economic Analysis of Reducer Built-in Large-tonnage High Lift Electric Hoist

WU Li－xia，XU Wen-juan
（Xianning Vocational and Technical College，Xianning Hubei 437100，China）

The hoisting height increase of the large-tonnage highlift electric hoist requires a large drum and multiple layer coiling structure to increase rope capacity，so the whole structure of electric hoist is large，required materials are a lot，and the manufacturing cost is high.But the large-tonnage high lift electric which has built-in reducer，on the premise of not reducing the original performance，it can reduce the volume，and weight of equipment and the manufacturing costs.

electric hoist；optimize；structure；cost

TH122

A

1672-545X（2017）08-0107-03

2017-05-14

咸寧職業技術學院院級重點課題“大噸位超高揚程電動葫蘆的技術研究”的成果，批準文號：2015Y007

吳麗霞（1980-），女，湖北人，講師，工程師，工程碩士，研究方向：機械設計與制造。