極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆小車的研究設計

湖北三六重工有限公司　　周冬青

極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆小車的研究設計

湖北三六重工有限公司周冬青

針對企業(yè)現(xiàn)有電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑相對較大，一般在1～10m，改進電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)，在小車與葫蘆本體連接處增加旋轉(zhuǎn)裝置，使電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑可控制在200～1000mm，在受限空間上能轉(zhuǎn)彎運行，擴大電動葫蘆使用范圍，提高工作效率，最終給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，供有關企業(yè)和專業(yè)技術人員參考。

電動葫蘆小車；轉(zhuǎn)彎半徑；旋轉(zhuǎn)裝置

現(xiàn)有的電動葫蘆在轉(zhuǎn)彎時，要求軌道的轉(zhuǎn)彎半徑都很大，一般在1～10m，甚至超過10cm，這是由電動葫蘆結(jié)構(gòu)決定的。在現(xiàn)實情況中，由于受空間位置限制及其他特殊要求，要求電動葫蘆運行轉(zhuǎn)彎半徑很小，特別是在電力、化工等企業(yè)。企業(yè)在難以實現(xiàn)小轉(zhuǎn)彎半徑的情況下，解決方法往往是在起吊設備轉(zhuǎn)彎處垂直各鋪設一條直軌道，另各裝一臺電動葫蘆進行轉(zhuǎn)運，大大增加了設備成本并降低了工作效率。為了解決電動葫蘆能在小轉(zhuǎn)彎半徑軌道上連續(xù)運行，使電動葫蘆使用范圍擴大，并在受限空間上布置小轉(zhuǎn)彎軌道，減少所需電動葫蘆數(shù)量，節(jié)約企業(yè)設備成本，提高工作效率，主要從電動葫蘆小車的結(jié)構(gòu)上進行改進，設計出適合小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車。

1　分析影響電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑的因素及解決方案

1.1現(xiàn)有電動葫蘆結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的電動葫蘆主要分為兩大部分，上部分是電動葫蘆行走部分，稱電動葫蘆小車，下部分是電動葫蘆起吊部分，也是電動葫蘆的本體部分。電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)主要由電動機、減速器、車輪、主動走輪墻板、被動走輪墻板組成，電動葫蘆小車與本體部分采用銷軸進行連接，如圖1所示。

圖1　現(xiàn)有電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)圖

1.2影響電動葫蘆轉(zhuǎn)彎半徑的因素

電動葫蘆的本體結(jié)構(gòu)和起吊噸位及揚程有關，但對一定起吊噸位和揚程的葫蘆本體體積變化影響不大，即在一定起吊噸位和揚程的情況下，電動葫蘆本體結(jié)構(gòu)變化不大，通過改變其結(jié)構(gòu)對改變轉(zhuǎn)彎半徑不能起較大作用。電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)變數(shù)較大，它的結(jié)構(gòu)直接影響其轉(zhuǎn)彎半徑。單臺CD型小車是四車輪小車，即單邊小車墻板上安裝有兩個車輪，主動車輪和被動車輪。由于四車輪小車從一直線軌道運行進入一弧形軌道，并能順利通過，軌道的半徑受輪緣卡軌條件限制，因此輪緣與軌道之間應有適當?shù)拈g隙，車輪才能轉(zhuǎn)彎，通過軌道如圖2所示，其轉(zhuǎn)彎半徑根據(jù)經(jīng)驗公式計算：

式中：Rmin─最小轉(zhuǎn)彎半徑mm；

K─兩輪中心距mm；

D─車輪的工作直徑mm；

Dy─車輪輪緣直徑mm；

B─兩車輪輪緣之間的距離mm；

M─車輪軌道寬度mm。

圖2　車輪通過圓弧軌道示意圖

從公式中分析，（B-M）為兩輪緣與車輪軌道的兩邊間隙和，一般設計為4～8mm，超過范圍值則會在直線運行時產(chǎn)生偏擺；D 和Dy兩個參數(shù)是車輪的尺寸，與負載大小有關，一般變化不大；變化最大的是兩輪中心距K，兩輪中心距離越小，最小轉(zhuǎn)彎半徑越小，但兩輪中心距要大于車輪直徑才能轉(zhuǎn)彎，否則在轉(zhuǎn)彎時，兩輪會發(fā)生干涉。

1.3現(xiàn)有的解決方案

根據(jù)因素分析，目前解決減小轉(zhuǎn)彎半徑的方案有如下幾種：第一，將兩輪中心距在設計時設計到最小，甚至將四車輪小車改裝成兩車輪小車，即單邊小車墻板上安裝有一個車輪，這樣可以減小電動葫蘆的轉(zhuǎn)彎半徑，但電動葫蘆運行平穩(wěn)性較差，容易側(cè)翻。第二，加大車輪輪緣與軌道的間隙，這會使小車在直線軌道上運行時產(chǎn)生偏擺，且間隙的調(diào)整只能是4～8mm。第三，將承載梁設計成能繞鉛垂軸線轉(zhuǎn)動，這種方法改變的不是小車，而是小車軌道，會使承載梁鋼結(jié)構(gòu)附加彎矩，車輪受力也不均勻。

當CD型電動葫蘆小車在兩車輪中心距最小時，運行過程中遇到小轉(zhuǎn)彎軌道能繼續(xù)運行，即也要讓兩對小車車輪運行的軌跡不受電動葫蘆主體的限制，設計出電動葫蘆小車與電動葫蘆主體之間能相對轉(zhuǎn)動，這樣不論電動葫蘆本體多大，都不會影響轉(zhuǎn)彎半徑，可稱這種電動葫蘆小車為極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車。

2　極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆小車結(jié)構(gòu)設計

2.1小車結(jié)構(gòu)設計

圖3　極小轉(zhuǎn)彎半徑電動葫蘆整體結(jié)構(gòu)簡圖

現(xiàn)有電動葫蘆小車如圖1所示，采用銷軸6將電動葫蘆本體與小車連接，這種結(jié)構(gòu)小車和葫蘆本體是不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的。極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車，在CD型電動葫蘆小車原有結(jié)構(gòu)上加了一個旋轉(zhuǎn)裝置，如圖3所示。極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆在電動葫蘆本體與小車連接時采用的是旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由連接橫梁、小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸、推力球軸承、螺母、卡板、關節(jié)軸承、連接板、軸套等組成，并在小車墻板上增加水平導向輪裝置。在旋轉(zhuǎn)裝置中，小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸上部穿過連接橫梁，并在其上裝有推力球軸承，用螺母連接，再用卡板固定。小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸下面吊的是電動葫蘆本體，所以是要受軸向力的，用推力球軸承使小車旋轉(zhuǎn)平衡，吊軸可以繞其軸線轉(zhuǎn)動并能進行調(diào)心。小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸下部通過關節(jié)軸承和銷軸連接，關節(jié)軸承是一種特殊結(jié)構(gòu)的滑動軸承，其主要由一個有外球面的內(nèi)圈和一個有內(nèi)球面的外圈組成，能承受較大的負荷，可以承受徑向載荷、軸向載荷或徑向、軸向同時存在的聯(lián)合負荷。由于關節(jié)軸承表面為球面形，可在一定角度范圍內(nèi)作調(diào)心運動，在銷軸與關節(jié)軸承不同心度較大時，仍能正常工作，同時調(diào)節(jié)鋼絲繩電動葫蘆主體與小車之間受力平衡。

圖4　旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)

2.2旋轉(zhuǎn)裝置與小車、葫蘆本體的連接

旋轉(zhuǎn)裝置中的連接橫梁將小車主動走輪墻板和被動走輪墻板連接起來，連接橫梁兩端用雙螺母將其鎖緊，并在連接橫梁兩端絲桿頭處安裝開口銷，防止其松動脫落。旋轉(zhuǎn)裝置中的銷軸穿過軸套，關節(jié)軸承將電動葫蘆主體兩架板連接，并用卡簧固定，利用關節(jié)軸承調(diào)節(jié)受力平衡。

2.3水平導向輪安裝

極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車在小車主、被動走輪墻板上和貼近小車運行軌道的翼緣處各安裝兩個水平導向輪，導向輪在小車轉(zhuǎn)彎時除起導向作用外，還可保護小車走輪內(nèi)側(cè)輪緣不與軌道產(chǎn)生擠壓摩擦而受損。

圖5　水平導向輪安裝示意圖

3　改進后的電動葫蘆小車工作情況及優(yōu)點

極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車，通過小車旋轉(zhuǎn)裝置將電動葫蘆本體與小車連接為一個整體，小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸與連接橫梁之間通過推力球軸承的作用，使小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸可360°自由旋轉(zhuǎn)，在水平方向上，由于小車上部整體與小車旋轉(zhuǎn)平衡吊軸之間處于一個360°可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，電動葫蘆主體也就與每一對小車車輪處于360°可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，它在運行時只受限于兩對小車車輪之間的距離，一般兩對小車車輪之間的距離在200～1000mm，小轉(zhuǎn)彎軌道半徑可控制在200～1000mm，兩對小車車輪下面都采用旋轉(zhuǎn)裝置，在轉(zhuǎn)彎時，各處于自己的運行軌跡上，不受限于連接的葫蘆主體，從而不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時卡死的情況。

改進后的極小轉(zhuǎn)彎半徑的電動葫蘆小車有三大優(yōu)點：①其軌道弧形處轉(zhuǎn)彎半徑可控制在200～1000mm，不受空間位置限制影響；②主、被動小車都采用旋轉(zhuǎn)裝置，使小車通過小轉(zhuǎn)彎軌道時不會出現(xiàn)卡死的情況；③在小車主、被動走輪墻板上增加了水平導向輪，可減少小車走輪內(nèi)輪緣與軌道翼緣的摩擦，保護走輪，防止受損。

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周冬青，1964年12月出生，湖北嘉魚人，研究生，高級工程師，研究方向：起重運輸機械。