一種重型舉升機的改進

齊力寧　趙冬智

摘要：近些年，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)和工程機械行業(yè)的高速發(fā)展，帶動了工廠自動化行業(yè)水平迅速提高。在這樣的發(fā)展趨勢下，輸送設(shè)備及其相關(guān)行業(yè)的整體競爭格局演化加快，并在很多方面表現(xiàn)出了新的態(tài)勢。舉升機是整個輸送系統(tǒng)中設(shè)備交接的樞紐，是整個輸送系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：舉升機；重型；傳動桿；歐拉公式；臨界力；屈服載荷；失穩(wěn)載荷

1.引言

舉升機越來越多的應用于現(xiàn)代化物料的存儲系統(tǒng)中，通過其舉升輸送對物料實現(xiàn)存儲和運輸，傳動桿作為舉升機力的傳遞的中樞神經(jīng)，發(fā)揮著極其重要的作用，本文介紹了一種重型舉升機傳動桿的改進。

2.舉升機的組成

舉升機由導向裝置、連桿、傳動軸裝置、曲柄機構(gòu)、框架、傳動桿、從動軸裝置、定位置、電機減速機、調(diào)整墊、定位塊組成。

3.舉升機工作原理

電機減速機輸出軸把動力傳遞給曲柄機構(gòu)，通過連桿帶動傳動桿同步運動，傳動桿把力均勻的傳遞給前后從動軸，然后通過從動軸上的4個擺臂輪控制舉升物小范圍內(nèi)的上升或下降。擺臂輪在帶動舉升物件上升或下降的過程中產(chǎn)生側(cè)向力由導向裝置強制克服。（擺臂輪轉(zhuǎn)動靈活）

4.受壓的臨界力分析

改進前舉升機傳動桿的受力為壓力，改進后舉升機傳動桿的受力為拉力。在材料力學里，雖然拉、壓桿件的變形公式是一樣的，這類變形是由大小相等方向相反，力的作用線與桿件軸線重合的一對力引起的。在變形上表現(xiàn)為桿件長度的伸長或縮短。但是在實際情況中，對于細長壓桿施加軸向壓力，當其壓應力遠小于材料的極限應力時，它便變彎曲，或因彎曲而折斷。這種不能保持壓桿原有直線平衡狀態(tài)而突然變彎的現(xiàn)象，稱為壓桿直線狀態(tài)的平衡喪失了穩(wěn)定性，簡稱壓桿失穩(wěn)。

如上圖、在桿端施加一軸向力P（上圖a），當P不大時，壓桿保持直線平衡狀態(tài)，當沿桿軸線垂直方向施加一橫向干擾力時，壓桿只發(fā)生微小的彎曲（上圖b），干擾力消除后，桿經(jīng)過多次擺動后仍能恢復到原來的平衡狀態(tài)（上圖c）；當軸向力增大超過某一值Pcr時，壓桿由原來的穩(wěn)定平衡狀態(tài)過渡到不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即干擾力消除后，壓桿不能恢復到原來的平衡狀態(tài)（上圖d）。這種過渡狀態(tài)成為臨界狀態(tài)，其中Pcr稱為臨界力。臨界力是壓桿由穩(wěn)定的平衡狀態(tài)向不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)過渡的臨界點，對壓桿的穩(wěn)定性強弱與否起關(guān)鍵性作用。

5.桿件拉伸時力學性能

1、

（1）彈性階段（ob段）變形為彈性變形（2）屈服階段（bc 段）應力停止增加，而變形不斷增加，產(chǎn)生塑性變形，材料失去抵抗變形的能力；（3）強化階段（ce段）應力超過σs后，材料逐漸恢復抵抗變形的能力，產(chǎn)生塑性變形；（4）局部變形階段（ef 段）局部截面迅速收縮，產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，f 點處斷裂

6.臨界力Pcr大小的影響因素

臨界力Pcr的大小表征壓桿失穩(wěn)的難易，臨界力的大小與影響壓縮直桿彎曲變形的因素有關(guān)，（1）桿的長度l ：l越大，抵抗彎曲變形的能越小，Pcr就越小。（2）抗彎剛度EI：EI值越大，抵抗彎曲變形的能力就越大，Pcr值就越大。（3）桿端支承 桿端支承越牢固，越不容易發(fā)生彎曲變形，Pcr侄就越大。

綜合以上幾個方面，可得細長壓桿的臨界力計算公式——稱為歐拉公式 ，即

，其中μ為支承系數(shù)——與支承形式有關(guān)的系數(shù)。

7.臨界應力總圖

壓桿的臨界應力是其柔度λ的函數(shù)，其函數(shù)圖 象稱為臨界應力總圖。如下Q235鋼的臨界應力總圖

其中臨界應力公式分界點為

——應用歐拉公式

——應用拋物線公式

工程上以λc作為分界點，這是由于在實際工程中，壓桿所受的壓力存在偏心等緣故。

8.計算分析

以本舉升機為例：舉升載荷為15噸的舉升物，傳動桿最大受力為P=84KN，改進前桿件受壓力其長度為5000mm，改進后桿件受拉力其長度為2500mm，傳動桿的材質(zhì)為35鋼，σp=220* N/ ，E=210* N/ 規(guī)定穩(wěn)定安全系數(shù)Nw=12（考慮到人員安全性取此系數(shù)），改進前后傳動桿直徑d大小分析如下：

（1）改進前

傳動桿的臨界載荷：Pc=Nw*P=12*84KN=1008KN，查機械設(shè)計手冊表1-1-124得μ=1，由歐拉公式得：Pc= = =1008000N。計算得：傳動桿直徑d=79mm，校核柔度λ：λ= = =377，λ1= = = 97，查機械設(shè)計手冊表1-1-123 λ>λ1 壓桿比例極限內(nèi)穩(wěn)定，計算沒有問題。

（2）改進后

改進后傳動桿的受力由壓力改為拉力，而且改為兩根傳動桿受拉，每根傳動桿的受力直接減小一半。

傳動桿受力：P=84/2=42KN 傳動桿臨界載荷：Pc=Nw*P=12*42KN=504KN 查機械設(shè)計手冊表3-17 取 =550Mpa 當拉桿受拉力達到材料的強度極限時Pc= * /4 即：0.86*3.14*550* =504000 計算得傳動桿直徑d=37mm

K-綜合影響系數(shù) 取K=0.86 -材料的極限強度

綜上所述不難看出，改進后的舉升機傳動桿直徑減小，其強度大大增加，不僅節(jié)約了成本，同時提高了產(chǎn)品的競爭力。

參考文獻：

[1]機械設(shè)計手冊，ISBN978-7-122-01409-2，化學工業(yè)出版社

[2]材料力學，9787112132058，中國建筑工業(yè)出版社