一種重型舉升機的改進

齊力寧　趙冬智

摘要：近些年，隨著我國工業的發展，尤其是汽車工業和工程機械行業的高速發展，帶動了工廠自動化行業水平迅速提高。在這樣的發展趨勢下，輸送設備及其相關行業的整體競爭格局演化加快，并在很多方面表現出了新的態勢。舉升機是整個輸送系統中設備交接的樞紐，是整個輸送系統中不可或缺的環節。

關鍵詞：舉升機；重型；傳動桿；歐拉公式；臨界力；屈服載荷；失穩載荷

1.引言

舉升機越來越多的應用于現代化物料的存儲系統中，通過其舉升輸送對物料實現存儲和運輸，傳動桿作為舉升機力的傳遞的中樞神經，發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、框架、傳動桿、從動軸裝置、定位置、電機減速機、調整墊、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，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生側向力由導向裝置強制克服。（擺臂輪轉動靈活）

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而突然變彎的現象，稱為壓桿直線狀態的平衡喪失了穩定性，簡稱壓桿失穩。

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，當沿桿軸線垂直方向施加一橫向干擾力時，壓桿只發生微小的彎曲（上圖b），干擾力消除后，桿經過多次擺動后仍能恢復到原來的平衡狀態（上圖c）；當軸向力增大超過某一值Pcr時，壓桿由原來的穩定平衡狀態過渡到不穩定的平衡狀態，即干擾力消除后，壓桿不能恢復到原來的平衡狀態（上圖d）。這種過渡狀態成為臨界狀態，其中Pcr稱為臨界力。臨界力是壓桿由穩定的平衡狀態向不穩定的平衡狀態過渡的臨界點，對壓桿的穩定性強弱與否起關鍵性作用。

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，產生塑性變形；（4）局部變形階段（ef 段）局部截面迅速收縮，產生頸縮現象，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，（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——與支承形式有關的系數。

7.臨界應力總圖

壓桿的臨界應力是其柔度λ的函數，其函數圖 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，傳動桿的材質為35鋼，σp=220* N/ ，E=210* N/ 規定穩定安全系數Nw=12（考慮到人員安全性取此系數），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，查機械設計手冊表1-1-123 λ>λ1 壓桿比例極限內穩定，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 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，不僅節約了成本，同時提高了產品的競爭力。

參考文獻：

[1]機械設計手冊，ISBN978-7-122-01409-2，化學工業出版社

[2]材料力學，9787112132058，中國建筑工業出版社