某品牌電動葫蘆行走機構在汽車廠的應用性改造

周小川

【摘 要】上汽通用五菱汽車股份有限公司某側圍生產線采用某品牌電動葫蘆吊運，通過對現用電動葫蘆和生產線使用環境的分析，提出了某品牌電動葫蘆行走機構的提速方案，根據最佳方案對某品牌電動葫蘆行走機構進行改造驗證，某電動葫蘆行走速度從28 m/min提速至35 m/min。文章經過詳細的研究分析，提供了一種改造方案，通過改造的方式彌補設備出廠短板，對其他類似需求的改造具有一定的參考價值。

【關鍵詞】電動葫蘆;行走機構;設備改造

【中圖分類號】TH211.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）11-0118-02

1 背景

因市場及生產需求，上汽通用五菱汽車股份有限公司某側圍生產線生產節拍計劃由20 JPH提升至40 JPH。在項目推進過程中，有4臺電動葫蘆最快行走速度無法滿足節拍要求，形成瓶頸，人員操作、工藝等方面已無法提速，只能從電動葫蘆尋找突破口。咨詢某電動葫蘆供應商后，得到的答復是其生產的電動葫蘆行走機構最快行走速度為28 m/min，已經是各品牌相同規格行走機構的最快速度，無法提速。供應商提供的行走速度為額定負載下最高行走速度，此規格電動葫蘆的額定負載為0.8 T，而側圍電動葫蘆的實際負載僅為0.2 T，意味著行走電機的實際功率未達到額定功率，在保證安全和設備正常運行的前提下對速度進行提升，可能就是解決項目提速瓶頸的突破口。因此，需要對整套電動葫蘆進行詳細的分析、對比。

2 額定載荷與非額定載荷下的理論速度

2.1 忽略電動葫蘆啟動的過程和吊具擺動造成的影響

額定載荷下，當電動葫蘆做勻速直線運動時，行走機構提供的牽引力F額大小等于所受滾動摩擦力f額，方向相反。

F額=f額=μN額

其中，μ為行走輪與軌道的滾動摩擦系數，是常數;N額等于整套電動葫蘆、吊具、車體所受的總重力，為800 kg。

行走機構輸出功率：

P額= F額×V額

其中，V額=28 m/min。

非額定載荷下，當電動葫蘆做勻速直線運動時，行走機構提供的牽引力F非的大小等于所受滾動摩擦力f非，方向相反。

F非=f非=μN非

其中，μ為行走輪與軌道的滾動摩擦系數，是常數;N非等于整套電動葫蘆、吊具、車體所受的總重力，為200 kg。

行走機構輸出功率：

P非=F非×V非

由于行走機構的速度是恒定的，所以V非=V額=28 m/min;如果通過更改結構，把行走機構的速度加快，則行走機構輸出功率相應增大，當P非=P額時：

V非====112 m/min

2.2 電動葫蘆行走機構啟動過程

可以將整個啟動過程優化為勻加速的直線運動，加速時間為0.5 s，行走機構提供的牽引力：

F=ma

其中，m為整套電動葫蘆、吊具、車體的總重量，a為行走加速度。

電動葫蘆行走電機的功率、扭矩、輸出轉速的關系：

T=9 549 p/n

其中，T為行走電機輸出扭矩，P為行走電機輸出功率，n為電機輸出轉速，為常數。

當行走電機輸出功率保持額定功率時，輸出扭矩T恒定，電機輸出齒輪受力恒定，是安全可靠的，行走機構的牽引力是通過更改減速器傳動比增大的，在保證減速箱各零部件強度的情況下，不會對行走電機造成影響。

但是由于加速時間一樣，最終速度越快，加速度越大，則吊具的擺動幅度越大，且可能因為需求的驅動力過大而產生打滑，增加啟動時間，而且電動葫蘆廠家未提供行走電機的詳細參數，因此只能根據現場使用情況和正常情況下的吊具擺動幅度進行估算，在不考慮行走機構減速器機械機構的情況下，最高行走速度提速幅度應不大于50%，即不超過42 m/min。

3 電動葫蘆行走機構的結構及更改方案選擇

某電動葫蘆行走機構的行走電機為齒輪減速三相異步電動機的一種，由高轉差率三相異步電動機與齒輪減速器直接耦合而成，行走機構由齒輪減速器連為一體，經4級變速，將電機的扭矩傳遞到行走輪上。

齒輪減速器可簡化為如圖1所示。

要提升驅動輪的輸出轉速，有4種更改方式可以實現：①改變Ⅰ級減速比，增大齒輪1，減小齒輪2;②改變Ⅱ級減速比，減小齒輪2，增大齒輪3;③改變Ⅲ級減速比，增大齒輪3，減小齒輪4;④改變Ⅳ級減速比，減小齒輪5，增大驅動輪。

其中，齒輪1為行走電機輸出齒輪，與電機轉子連為一體，無法更改;齒輪2安裝在電機上，安裝方式固定，更改后無法與齒輪1嚙合，所以齒輪2無法更改;齒輪3與齒輪2連為一體，就是圖2驅動部分中的變速齒輪，齒輪3可以更改，但增大后，齒輪3與齒輪4的中心距增大，行走電機在墻板上的安裝位置將發生改變，如移動幅度過大，將造成電機無法安裝、行走電機輸出齒輪1與掛軸干涉。齒輪4和驅動輪可以更改，但由于此處需要卡在軌道上，驅動輪與齒輪4直徑差不能減小，只能同時增大，齒輪4增大的幅度比驅動輪小，要達到理論速度，驅動輪體積會特別大，與現有軌道無法配合使用，且驅動輪內軸承是焊在墻板上的，不易拆卸，整體加工成本較高，最佳方案就是增大齒輪3，此方案只需加工一個變速齒輪，并對現有墻板結構進行銑削加工。

改造后示意圖如圖2所示。

4 變速齒輪

4.1 測量、計算原齒輪參數，計算更改后齒輪3齒數

因篇幅限制，以下僅列出結果，未列計算步驟。

模數Mn2=1;齒輪2齒數Z2=103;齒輪2變位系數X2=0;齒輪2齒寬B2=9 mm;齒頂高系數ha*=1.00;頂隙系數c*=0.25;壓力角α*=20°。

模數Mn3=2;齒輪3齒數Z3=18;齒輪3變位系數X3=0.5;齒輪3齒寬B3=20 mm;齒頂高系數ha*=1;頂隙系數c*=0.25;壓力角α*=20°。

模數Mn4=2;齒輪4齒數Z4=76;齒輪4變位系數X4=-0.5;齒輪4齒寬B4=20 mm;齒頂高系數ha*=1;頂隙系數c*=0.25;壓力角α*=20°。

齒輪3與齒輪4的嚙合參數;總變位系數Xsum=0;標準中心距A0=94（mm）。實際中心距A=94 mm。

根據電機的安裝位置、掛軸與電機輸出齒輪的距離，可以計算出更改后齒輪3與齒輪4的最大中心距為99 mm，由于總變位系數為0，則齒輪3的分度圓直徑d3=46 mm，則齒數Z3=23，實際取Z3=22。

4.2 計算更改后齒輪3后行走電機速度

在保持其他參數不變的前提下，只更改齒輪3的參數，則V改前∶V改后=Z 3改前∶Z 3改后，代入數據，V改后=34.22 m/s。

4.3 計算改后齒輪3的參數

因篇幅限制，以下僅列出結果，未列計算步驟。

模數Mn3=2;齒輪3齒數Z3=22;齒輪3變位系數X3=0.5;齒輪3齒寬B3=20 mm;齒頂高系數ha*=1;頂隙系數c*=0.25;壓力角α*=20°。

4.4 齒輪強度校核

因篇幅限制，以下僅列出結果，未列計算步驟。

強度校核數據：齒輪3接觸疲勞強度許用值[σH]3=1 018.5 MPa;齒輪3彎曲疲勞強度許用值[σF]3=863.5 MPa;齒輪4接觸疲勞強度許用值[σH]4=1 018.5 MPa;齒輪4彎曲疲勞強度許用值[σF]4=863.5 MPa;接觸強度計算應力σH=833 MPa;接觸疲勞強度校核σH≤[σH]=滿足;齒輪3彎曲疲勞強度計算應力σF3=185.8 MPa;齒輪4彎曲疲勞強度計算應力σF4=192.5 MPa;齒輪3彎曲疲勞強度校核σF3≤[σF]3=滿足;齒輪4彎曲疲勞強度校核σF4≤[σF]4=滿足。

5 行走機構更改驗證

通過更換齒輪3、更改行走電機安裝位置、更改掛軸結構，電動葫蘆行走速度滿足提速需求。

因篇幅限制，行走電機齒輪3、安裝墻板、行走電機、掛軸等零部件的改造圖紙此文省略。

經過現場驗證及幾個月的實際使用，設備運行正常，吊具擺動幅度可控，改造成功。

6 結語

電動葫蘆作為一種常用吊裝設備，廣泛應用于汽車制造四大工藝車間，在電動葫蘆設備的選型過程中，往往遇到規格參數無法匹配應用場合的情況，本文經過詳細的研究分析，提供了一種改造方案，通過改造的方式彌補設備出廠短板，對其他類似需求的改造具有一定的參考價值。

參 考 文 獻

[1]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].第8版.北京：高等教育出版社，2011.

[2]成大先.機械設計手冊：機械傳動（單行本）[M].第5版.北京：化學工業出版社，2010.

[3]張志文.起重機械手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2009.