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鋼絲繩電動(dòng)葫蘆新型吊鉤組設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2019-12-24 08:49 文章來(lái)源：未知 文章作者：admin 點(diǎn)擊數(shù)：
0引言 吊鉤組是鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的重要部件，與安全直接相關(guān)。用戶(hù)在使用起重設(shè)備吊運(yùn)物品時(shí)會(huì)直接對(duì)吊鉤組進(jìn)行操作。因此也是重要的人機(jī)交互部件，其外觀及使用性能等會(huì)直接影
0引言
吊鉤組是鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的重要部件，與安全直接相關(guān)。用戶(hù)在使用起重設(shè)備吊運(yùn)物品時(shí)會(huì)直接對(duì)吊鉤組進(jìn)行操作。因此也是重要的人機(jī)交互部件，其外觀及使用性能等會(huì)直接影響用戶(hù)對(duì)整機(jī)的感受。然而傳統(tǒng)吊鉤組外形千篇一律，不能形成自身的品牌特色，結(jié)構(gòu)復(fù)雜外觀粗大笨重，零件機(jī)加工繁瑣生產(chǎn)成本高，吊鉤螺母防松裝置需要配做互換性差，沒(méi)有考慮人性化設(shè)計(jì)操作不便，并且難以解決某些情況下吊鉤偏斜及因此引起的鋼絲繩磨損問(wèn)題。針對(duì)上述不足，本吊鉤組采用新的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理念，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝及裝配流程，增加防護(hù)裝置。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提升吊鉤組性能并降低生產(chǎn)成本。由于篇幅有限，本文僅介紹運(yùn)用最廣的額定起重量≤10t，工作級(jí)別低于M6的雙滑輪吊鉤組及單滑輪吊鉤組。
1傳統(tǒng)吊鉤組簡(jiǎn)介
比較常見(jiàn)的傳統(tǒng)吊鉤組主要分為短鉤型和長(zhǎng)鉤型兩種，見(jiàn)圖1，圖1a為短鉤型吊鉤組，圖1b為長(zhǎng)鉤型吊鉤組，圖1c為單滑輪吊鉤組。其中短鉤型吊鉤組采用標(biāo)準(zhǔn)吊鉤，主要由滑輪罩殼、滑輪組、滑輪軸、拉板、吊鉤螺母、推力軸承、吊鉤橫梁及吊鉤等組成。滑輪罩殼主要起到擋繩及旋轉(zhuǎn)件保護(hù)的功能。吊鉤與吊鉤螺母采用螺紋連接并通過(guò)推力軸承支承在吊鉤橫梁上，鉤體可以在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。螺紋采用圓柱銷(xiāo)或者防松板防松。滑輪組定位并支承在滑輪軸上，通過(guò)拉板將滑輪軸與吊鉤橫梁相連并傳遞載荷。該吊鉤組零部件種類(lèi)較多，吊鉤螺母采用鍛件并且機(jī)加工要求高，與吊鉤的連接螺紋防松需要配做，因此互換性差。標(biāo)準(zhǔn)橫梁受尺寸限制因此需要采用鍛件并且對(duì)材料要求較高。但該形式吊鉤組使用較普遍，因此價(jià)格具有一定的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)也很難形成自己的品牌特色，而且整體高度尺寸較大。另一種長(zhǎng)鉤型吊鉤組，采用特殊的長(zhǎng)柄吊鉤，鉤柄直接支撐在滑輪軸上。因此具有較少的零部件數(shù)量及較小的整體高度。但是這種設(shè)計(jì)僅適用于滑輪數(shù)目為偶數(shù)的小倍率滑輪組。另外該設(shè)計(jì)需要使用非標(biāo)長(zhǎng)柄吊鉤，沒(méi)有普通吊鉤的批量化優(yōu)勢(shì)，因此生產(chǎn)成本較高。且吊鉤組整體重心位置較高，不利于防止吊鉤組空載偏斜。
單滑輪吊鉤組的組成及結(jié)構(gòu)與短鉤型吊鉤組類(lèi)似不再贅述。
2新吊鉤組介紹
新設(shè)計(jì)的吊鉤組在總體結(jié)構(gòu)、外形、材料、機(jī)加工及使用功能等多個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化?？傮w結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖2。對(duì)于雙滑輪吊鉤組，采用特殊設(shè)計(jì)的橫梁，將傳統(tǒng)的滑輪軸及吊鉤橫梁功能合二為一，減少了零部件數(shù)量，簡(jiǎn)化了裝配工藝。另外該設(shè)計(jì)可以使用標(biāo)準(zhǔn)吊鉤并實(shí)現(xiàn)最小的整體高度尺寸。使用分體式卡塊替代螺紋連接，省去了吊鉤螺母，改善應(yīng)力集中，避免配做簡(jiǎn)化裝配。設(shè)置鋼絲繩保護(hù)裝置并且在設(shè)計(jì)中盡可能的降低吊鉤組重心，即保護(hù)了鋼絲繩又能最大程度的避免空鉤偏斜的問(wèn)題。對(duì)于單滑輪吊鉤組，將滑輪軸、拉板及吊鉤橫梁整合為一個(gè)零件，并且采用分體式結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了零件數(shù)量和裝配流程。卡塊及吊鉤組為系列化設(shè)計(jì)，盡量通用，減少了整個(gè)系列的零部件數(shù)量。
3新吊鉤組主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化。
1）滑輪優(yōu)化通過(guò)有限元的方法對(duì)滑輪進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)，在滿(mǎn)足承載能力的前提下盡量減輕其自重。減少滑輪自重不僅能降低生產(chǎn)成本還有助于降低吊鉤組整體重心位置改善空鉤使用性能。詳見(jiàn)圖3。
2）橫梁優(yōu)化不拘泥于傳統(tǒng)橫梁標(biāo)準(zhǔn)，采用新的材料新的制造方法及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化其受力分布減少應(yīng)力集中，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。增加操作抓手功能，提供指定的抓握位置使操作更合理，避免由于操作部位及方法不當(dāng)對(duì)設(shè)備及操作人員安全造成損害。下沉式設(shè)計(jì)降低橫梁重心。見(jiàn)圖4。
3）吊鉤固定方式優(yōu)化螺紋固定工藝復(fù)雜應(yīng)力集中程度高，防松還需要配做。因此在設(shè)計(jì)新吊鉤組時(shí)，為找到一種更經(jīng)濟(jì)可靠的固定方式，研究并計(jì)算了多種方法，最終通過(guò)多次討論及有限元分析，找出最優(yōu)化的方案。新吊鉤采用卡塊固定。分體式卡塊加工方便，安裝及拆卸簡(jiǎn)單，工作可靠。通過(guò)壽命試驗(yàn)，證明其完全能滿(mǎn)足公司相關(guān)要求及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
4）吊鉤軸端局部應(yīng)力優(yōu)化局部應(yīng)力的大小會(huì)在很大程度上影響疲勞壽命，而局部的形狀及尺寸會(huì)很大程度的影響局部應(yīng)力的大小和分布。吊鉤軸端部應(yīng)力集中部位的優(yōu)化可以有效的提高其疲勞壽命，因此對(duì)此處進(jìn)行了多次有限元分析以得到最優(yōu)的局部設(shè)計(jì)參數(shù)。
5）鋼絲繩保護(hù)裝置該部件可以避免鋼絲繩與滑輪罩的碰擦，防止鋼絲繩因此產(chǎn)生的磨損，延長(zhǎng)鋼絲繩壽命。本件為分體式設(shè)計(jì)，安裝方便，特別是在更換時(shí)，無(wú)須拆卸鋼絲繩。該裝置安裝在滑輪罩槽孔中并可以沿槽孔靈活滑動(dòng)，自動(dòng)跟隨鋼絲繩在起升及下降過(guò)程中出繩角度的變化。采用PA6GF30材料，制造方便，具有良好的耐磨性能及強(qiáng)度，外形美觀。
2）橫梁優(yōu)化不拘泥于傳統(tǒng)橫梁標(biāo)準(zhǔn)，采用新的材料新的制造方法及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化其受力分布減少應(yīng)力集中，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。增加操作抓手功能，提供指定的抓握位置使操作更合理，避免由于操作部位及方法不當(dāng)對(duì)設(shè)備及操作人員安全造成損害。下沉式設(shè)計(jì)降低橫梁重心。見(jiàn)圖4。
3）吊鉤固定方式優(yōu)化螺紋固定工藝復(fù)雜應(yīng)力集中程度高，防松還需要配做。因此在設(shè)計(jì)新吊鉤組時(shí)，為找到一種更經(jīng)濟(jì)可靠的固定方式，研究并計(jì)算了多種方法，最終通過(guò)多次討論及有限元分析，找出最優(yōu)化的方案。新吊鉤采用卡塊固定。分體式卡塊加工方便，安裝及拆卸簡(jiǎn)單，工作可靠。通過(guò)壽命試驗(yàn)，證明其完全能滿(mǎn)足公司相關(guān)要求及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
4）吊鉤軸端局部應(yīng)力優(yōu)化局部應(yīng)力的大小會(huì)在很大程度上影響疲勞壽命，而局部的形狀及尺寸會(huì)很大程度的影響局部應(yīng)力的大小和分布。吊鉤軸端部應(yīng)力集中部位的優(yōu)化可以有效的提高其疲勞壽命，因此對(duì)此處進(jìn)行了多次有限元分析以得到最優(yōu)的局部設(shè)計(jì)參數(shù)。
5）鋼絲繩保護(hù)裝置該部件可以避免鋼絲繩與滑輪罩的碰擦，防止鋼絲繩因此產(chǎn)生的磨損，延長(zhǎng)鋼絲繩壽命。本件為分體式設(shè)計(jì)，安裝方便，特別是在更換時(shí)，無(wú)須拆卸鋼絲繩。該裝置安裝在滑輪罩槽孔中并可以沿槽孔靈活滑動(dòng)，自動(dòng)跟隨鋼絲繩在起升及下降過(guò)程中出繩角度的變化。采用PA6GF30材料，制造方便，具有良好的耐磨性能及強(qiáng)度，外形美觀。
6）總體高度尺寸及重心位置優(yōu)化減小吊鉤組總體高度有利于拓展吊鉤的工作極限位置。很顯然新吊鉤組的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)吊鉤組相比具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是雙滑輪吊鉤組。但是總體高度的減小會(huì)在一定程度上引起重心位置上移不利于吊鉤組的空載穩(wěn)定性。而新吊鉤組通過(guò)減輕滑輪自重降低橫梁重心及設(shè)置鋼絲繩保護(hù)裝置等避免了該情況。
3FEA分析
所有新設(shè)計(jì)的主要受力部件均運(yùn)用Ansys有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算。模型的簡(jiǎn)化、加載及邊界條件應(yīng)與實(shí)際情況相一致并按標(biāo)準(zhǔn)要求考慮多種工況。因篇幅有限，有限元計(jì)算的過(guò)程不做描述。
4試驗(yàn)
所有零部件的材料、尺寸公差、機(jī)加工及裝配都必須滿(mǎn)足圖紙的要求。所有零部件必須經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后方可用于試驗(yàn)。此處的試驗(yàn)是指壽命試驗(yàn)，吊鉤及吊鉤組其它試驗(yàn)應(yīng)按相關(guān)國(guó)家規(guī)定進(jìn)行，此處不做贅述。本試驗(yàn)采用液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)工裝固定并加載，詳見(jiàn)圖9。載荷為0.01倍額定載荷到1.3倍額定載荷，試驗(yàn)頻率2.5Hz。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該形式吊鉤組完全滿(mǎn)足公司標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)國(guó)家規(guī)定的要求。
5總結(jié)
新吊鉤組對(duì)滑輪進(jìn)行優(yōu)化減輕其自重，采用新設(shè)計(jì)的橫梁將多個(gè)零部件的功能進(jìn)行整合減少了裝配件數(shù)量，采用分體式卡塊固定吊鉤替代螺紋連接簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝及流程，卡塊等采用系列化設(shè)計(jì)減少零件數(shù)量，優(yōu)化吊鉤軸端部結(jié)構(gòu)減小應(yīng)力集中，優(yōu)化總體高度尺寸拓展工作范圍，設(shè)置橫梁抓手規(guī)范操作，設(shè)置鋼絲繩保護(hù)裝置提高鋼絲繩壽命并改善吊鉤組空載穩(wěn)定性。并通過(guò)壽命試驗(yàn)證明其完全滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定的要求。