一種用于狹窄空間使用的吊車設計方案

石瑜

（工程公司修建分公司，四川 攀枝花 617000）

吊車是各重輕型企業應用很廣泛的一種起重運輸機械。它方便、高效，但是，大型吊車受廠房空間、結構的限制，對于廠房空間狹窄、結構不規則、小范圍內的起重和搬運，可以選擇小型移動式的簡易吊車，這種吊車的結構及提升重量等可以根據實際需求和現場情況來設計。本設計主要是針對機械加工間等小范圍內的起重和搬運。

1 設計的理論依據

根據現場的實際需要，為實現機械加工間的原料、半成品、成品的搬運，以及協助機床裝卸工件等瑣碎的簡單操作，而設計的移動式吊車最大提升重力G ＝7500N，提升的線速度為v0＝0.23m/s，提升的最大高度為H=2.5m。根據原始數據要求及現場的加工制作能力，其工作機構是指吊車的起升機構，傳動裝置也僅限于為起升機構提供動力傳動的系統。吊車的東西南北方向運行，則是依靠吊車底部安裝的萬向輪，并利用人力推動來控制的。

2 方案設計及原理說明

移動式吊車的工作原理：是由電動機帶動皮帶輪和一對開式齒輪傳動，將運動和動力傳遞給卷筒，再通過鋼絲繩和滑輪組提升重物。

（1）機構的設計。這里的工作機構是指吊車的起升機構，即包括卷筒、滑輪和鋼絲繩。

（2）鋼絲繩。鋼絲繩是起重工作中最常用的繩索，它拉力強度高，耐磨損。根據不同鋼絲繩的特點，這里選擇纖維芯的交互捻鋼絲繩。鋼絲繩的受力情況如圖1。

已知G ＝7500N，G 由兩根鋼絲繩分擔，因此得到：Fmax=當滑輪組效率時，則

其中，s、φ 由手冊查得為：鋼絲繩安全系數s=5，鋼絲繩破斷系數φ=0.82。從有關手冊上查得，大于24330N 的破斷拉力總和是26000N，由此得到，應采用直徑0.4mm 的鋼絲擰成直徑為6.2mm 的6 股，其抗拉強度為1850N/mm2。

（3）滑輪。定滑輪能起改變繩索和拉力方向的作用，而動滑輪能起到省力的作用。滑輪組合既可以省力，又可改變作用力方向。根據經驗公式D ≥(e-1)d，其中系數e=16，d 為鋼絲繩直徑d=6.2mm，則滑輪直徑D ≥(16-1)×6.2=93 mm，取滑輪的直徑為整數并略大于計算值：D 滑=120mm。

（4）卷筒。它是起重機械中不可缺少的一個組成部分，卷筒的直徑的大小決定著卷筒轉速地快慢，若在傳動比不變的情況下，為了減小電機軸的轉速，必須減小卷筒的轉速，則卷筒的直徑增大，考慮到提升速度和傳動比的設計，取卷筒直徑為200mm。

（5）傳動裝置的設計和計算。

②計算傳動比，確定傳動方案根據公式總的傳動比為：i總＝19.6，為了獲得i總＝19.6 的傳動比，設計一個由帶傳動和開式齒輪傳動組成的方案，如圖2 所示。根據手冊上查得，可將總的傳動比i總＝19.6 分配為i帶=3.4，i 齒=5.76，齒輪的傳動比稍大于帶輪的傳動比。如此選擇的依據是齒輪嚙合的傳動比最好不是整數，這樣有利于齒輪均勻磨損，而且應該盡量提高小帶輪包角，以提高承載能力。

③計算效率、驗算電動機功率查表所得到各類傳動機構的效率η總為它們乘積：η總=η帶×η齒×η2滾≈0.88。因此，得到P電≈2.05kW 說明所選電動機的功率是足夠的。

④計算各軸的轉速，功率和轉矩。各軸的功率為：電動機軸功率p1=p電=2.2kW，小齒輪軸功率p2=2.1kW，卷筒軸功率p3=2kW。

p3比卷筒軸的實際所需功率P卷＝1.8 k W 要大一些，因此，能保證正常的工作。在鋼絲繩最大拉力下產生的轉矩為：=411.37N·m，方向為順時針。但是吊車提升重物，卷筒要逆時針轉動才行。

因此，必須使小齒輪給大齒輪施加一個作用力F，使大齒輪產生逆時針方向的轉矩，并且還要使T大齒輪＞T卷才能提升起重物。而這個力F 是由電動機的額定功率傳遞來的，即電動機軸的轉矩為T電=25.10N·m 小齒輪的轉矩：T小齒輪＝81.93N m卷筒軸的轉矩≈439.17N·m。計算結果表明，T大齒輪大于T卷能夠使卷筒得到逆時針方向的轉動，達到提升的目的。

（6）制動器的選擇。設計的吊車是依靠電動機的正反轉實現提升和卸下重物的。考慮到工作中的必要停止，應設有一個制動器，制動力矩必須大于軸上的最大力矩。為了使安裝位置合理，結構緊湊，在小齒輪上安裝制動器。根據公式T制＝K制T軸，得到其制動力矩為T制≥1.5×81.93 ＝122.90N m，可以選用電磁閘瓦制動器JWZ-200。

①傳動機構的設計和計算。

帶傳動：已知帶所傳遞的功率P電＝2.2kW，查表取工況系數kA=1.3，則設計功率為P帶＝KA·P電＝2.86kW

根據P帶＝2.86kW 和n電＝837r/min，查表得為A 型V帶，選取內帶輪直徑d帶1＝125mm，大帶輪直徑d帶2=i帶×d帶1＝3.4×125 ＝425mm。查表取帶的基準長度為2500mm：

計算V 帶根數，查得單根V 帶所能傳遞的功率為P單＝1.23kW，根據公式，則≈2.3，取Z=3。

小齒輪分度圓直徑d1=mz1=3.5×22=77mm；

大齒輪分度圓直徑d2=mz2=3.5×125=437.5mm；

小齒輪齒頂圓直徑da1=m(z1+2)=3.5×24=84mm；

大齒輪齒頂圓直徑da2=m(z2+2)=3.5×127=444.5mm；

小齒輪齒根圓直徑df1=m(z1-2.5)=3.5×19.5=68.25mm；

大齒輪齒根圓直徑df2=m(z2-2.5）=3.5×122.5 =428.75mm；

大，小齒輪齒寬B= mφ ·m=12×3.5=42mm

3 傳動系統的結構設計

（1）輪軸和卷筒軸的結構。將軸的材料選定為45#鋼，調質處理，軸徑為d2=38mm，卷筒軸的材質也一樣，則：d3≥39.6mm，取標準并適量增大d3=45mm。d2、d3均為齒輪軸和卷筒軸的最小直徑。

（2）帶輪的結構。已知選用A 型V 帶，小帶輪材料選用HT2000，設計為實心輪。外徑da2=d帶+2ha=425+2×3=431mm，孔徑d 等于和它裝配的軸頭直徑一致，取38mm，材料也為HT200。

輪緣內徑d緣=da2-2(h+δ )=395mm；

輪 緣 外 徑d轂=(1.8 ～2)d軸取d轂=76mm；輪 轂 寬 度L=(1.5 ～2)d軸=(1.5 ～2)×38=57 ～76，取L=70mm。

（3）卷筒的結構。根據大齒輪的結構，可將卷筒設計成軸向聯接的組合式卷筒，鋼絲繩在卷筒上只繞一層，卷筒的表面設計成螺旋槽面，根據查有關手冊，得出螺旋槽深h=2.5mm，間距p=8mm，半徑R=4mm。工作時，卷筒上鋼絲繩與定滑輪的偏角不能大于5°。而卷筒的長度可根據實際情況設計為230mm。卷筒壁厚取為15mm。鋼絲繩末端在卷筒上的固定要牢固可靠。

（4）滑輪結構。滑輪一般用灰鑄鐵，已知D滑=120mm，則D0=126.2mm，繩槽角一般為α=30°～45°，查表得h=17.5mm。

（6）制動裝置及軸承。選擇的制動器為JWZ－200 制動器。它的制動瓦塊寬度為90mm，而制動輪的寬度要略大于瓦塊，取95mm。它的硬度不低于HRL35 ～45，表面粗糙度不低于0.8μm。

5 設計小結

起重運輸機械是一門專業性很強的學科，這里對制動和平衡等問題只作了粗略的設計。設計時多采用標準件，可以降低設計的難度。