起升機構(gòu)卷筒聯(lián)接齒輪安全性探討

董富祥 任志超

（浙江麒龍起重機械有限公司 紹興 312043）

1 起升機構(gòu)減速器與卷筒的聯(lián)接型式

一般通用橋式起重機（起重量≤50t）的起升機構(gòu)減速器與卷筒的聯(lián)接型式見圖1，是通過減速器的低速端外齒盤與卷筒組的內(nèi)齒輪盤嚙合聯(lián)接在一起。該型式的卷筒組中間軸一般是長軸型式，兩端部裝有調(diào)心軸承，一端裝入減速器外齒輪盤中間位置的內(nèi)孔內(nèi)，另一端裝在卷筒超載限制器座子上。減速器齒輪盤內(nèi)的軸承承受卷筒上的徑向載荷，齒輪用來承受卷筒扭矩。該型式具有安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單的特點，被長期廣泛使用在通用橋式起重機的起升機構(gòu)上。

另一種聯(lián)接型式見圖2，是通過減速器的低速軸與卷筒組的卷筒聯(lián)軸器聯(lián)接在一起。該型式的卷筒組采用短軸型式，卷筒一端設(shè)有卷筒聯(lián)軸器，另一端設(shè)有短軸安裝在超載限制器的座子上。卷筒聯(lián)軸器的齒式聯(lián)軸器傳遞卷筒扭矩，卷筒聯(lián)軸器承載環(huán)的外球面與外套的內(nèi)球面組成的接觸副承受徑向載荷。該型式具有安全可靠性高、調(diào)心能力大的優(yōu)點，越來越多的使用在各類型的起重機起升機構(gòu)上。

圖1 減速器和卷筒通過齒盤聯(lián)接

圖2 減速器和卷筒通過聯(lián)軸器聯(lián)接

2 聯(lián)接齒輪的安全性分析

上述兩種聯(lián)接，雖然型式有所不同，但均采用齒輪傳遞卷筒扭矩的型式。

第一種聯(lián)接型式，使用在一般的工作場合可以滿足安全性能要求。但是，如果起重機工作級別為A7級及以上，或者使用在諸如吊運熔融金屬等危險性較大的起重機上時，聯(lián)接齒輪可能存在嚴重的安全隱患。實際使用中，發(fā)生過齒輪盤齒輪嚴重磨損導致齒輪厚度超過允許磨損量的情況，必須引起高度重視，對已經(jīng)在使用的該類型起重機應(yīng)加強監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)、消除安全隱患。

第二種聯(lián)接型式，在選擇卷筒聯(lián)軸器的型號規(guī)格時，必須考慮到不同工作制的工況要求，對工作級別為A7級及以上，或者使用在諸如吊運熔融金屬等危險性較大的起重機上時，特別要注意卷筒聯(lián)軸器的扭矩許用值是和工作制A5不同的。

3 聯(lián)接齒輪的強度計算

強度計算分為齒輪的彎曲強度和表面比壓強度計算兩種。前者一般都能滿足要求，后者則必須認真計算，校核是否滿足設(shè)計要求。

現(xiàn)以吊運熔融金屬的QDR20t起重機起升減速器卷筒采用上述第一種聯(lián)接型式為例，計算齒輪的表面比壓強度如下：

已知，QDR20t起重機整機工作級別A7，起升減速器QY3D-315（硬齒面減速器，速比i=31.5），外齒輪m×z=6×56，齒寬40，起升電動機YZR250M2-8/37kW，卷筒內(nèi)齒輪盤材質(zhì)采用通常的ZG340-640。查減速器QY3D-315樣本，高速軸許用輸入功率為62.1kW、低速外齒輪輸出許用扭矩為25000N·m、低速外齒輪的許用徑向載荷為52kN，上述三項承載力指標均能滿足設(shè)計規(guī)范的要求，故減速器選型合理。

齒輪盤聯(lián)接的卷筒內(nèi)齒輪表面比壓強度：

式中：

K1——與機構(gòu)類型有關(guān)的系數(shù)，起升機構(gòu)用時K1=3；

K2——與機構(gòu)工作級別有關(guān)的系數(shù)，M5時K2=1；M7～M8時，K2=2；

M計——卷筒因鋼絲繩最大作用力而受到的扭矩，

b——齒輪寬度，b=40mm；

m——齒輪模數(shù)，m=6mm；

z——齒數(shù)，z=56；

[p]——許用比壓強度，內(nèi)齒輪盤材質(zhì)ZG340-640時，[p]=15N/mm2，故

由上計算得出，卷筒內(nèi)齒輪盤的齒面比壓強度不能滿足要求。由此可見，卷筒內(nèi)齒輪盤采用通常材質(zhì)ZG340-640僅能滿足A5～A6工作制的工況要求，如使用在A7～A8工作制或者吊運諸如熔融金屬等危險性較大的物品時，是不能滿足齒面比壓強度要求的。

導致此安全隱患的直接原因，是隨著減速器設(shè)計制造的齒輪材質(zhì)強度等級越來越高，現(xiàn)在的硬齒面或中硬齒面減速器的承載能力比先前的軟齒面減速器要高很多，如果卷筒組的內(nèi)齒輪盤仍按照原來通常使用的ZG340-640材質(zhì)制作，就產(chǎn)生了外齒輪承載能力高，而內(nèi)齒輪承載能力低的情況。筆者經(jīng)過計算后，對A7～A8工作制或者吊運諸如熔融金屬等危險性較大的物品的起升機構(gòu)采用第一種聯(lián)接型式的卷筒內(nèi)齒輪盤材質(zhì)得出以下結(jié)論：

1）當起升機構(gòu)采用硬齒面減速器時，卷筒內(nèi)齒輪盤材質(zhì)須采用ZG42CrMo；

2）當起升機構(gòu)采用中硬齒面減速器時，卷筒內(nèi)齒輪盤材質(zhì)須采用ZG40Cr；

3）當起升機構(gòu)采用軟齒面減速器時，卷筒內(nèi)齒輪盤材質(zhì)才可以采用ZG340-640。

4 結(jié)束語

早前設(shè)計制造的≤75t吊運熔融金屬起重機，起升機構(gòu)減速器與卷筒的聯(lián)接型式大多采用圖1的結(jié)構(gòu)型式，卷筒內(nèi)齒輪盤通常采用ZG340-640，故在使用中必須加強對卷筒內(nèi)齒輪的定期檢驗，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)齒輪盤的齒輪磨損超出正常允許磨損量，應(yīng)及時進行整改。

對于今后設(shè)計制造的工作級別為A7～A8，或吊運熔融金屬起重機，必須高度重視減速器齒面材質(zhì)與卷筒內(nèi)齒輪盤材質(zhì)的匹配和卷筒內(nèi)齒輪盤的齒面比壓強度問題，避免安全隱患的存在。