起重機傳動系統研究分析

趙博

摘 要：本文對起重機傳動系統裝置輕量化技術、振動分析和傳動機構效率檢測等進行闡述，分析論述傳動系統改進方向。

關鍵詞：起重機；傳動系統；輕量化技術；振動分析

中圖分類號：TH215 文獻標志碼：A

0 概述

起重機械是一種集物料起重、運輸和裝卸為一體的吊裝設備，其廣泛應用于社會生產、工程作業、商品流通和日常生活的各個領域。隨著國內生產規模的不斷擴大，對起重機的的要求不斷提高，對其技術能力、安全性能提出更加嚴格的要求，然而在整個起重機械設計、制造中，傳動系統技術占有重要地位，通過對起重機傳動裝置輕量化技術、振動分析、傳動機構效率檢測進行研究，以對設備不斷優化、改進，提高在國際市場的競爭力。

1 起重機傳動方式

在起重機實際應用中，傳動系統包括很多種傳遞方式，而其普遍采用閉式傳動和開式傳動。

（1）閉式傳動，為了提高傳動效率并且節約能耗，一般在卷筒和電動機之間采用圓柱齒輪減速器。蝸輪減速器的傳動效率低，經常受到地理條件的限制，因此應用較少。

（2）開式傳動，這種構造形式適用于機械運動速度較低的情況，由于開式齒輪傳動適用于圓周絲堵較低的工況，因此將其放在靠近卷筒的最后一級傳動中。起重機的各種傳動方案之間雖然有所區別，但是每一種傳動方案所用的零部件基本上一致，開式傳動和閉式傳動各方案的區別在于：減速器高速軸與電動機之間是通過高速浮動軸連接還是直接通過聯軸器連接；在低速級、減速器低速軸端與卷筒的連接方式可以分為通過聯軸器直接連接和增加開式齒輪的方式。

2 傳動裝置輕量化技術

對于大中型起重設備，體積大、質量大、能耗高等問題已成為制約其提高工作效率、降低制造使用成本的瓶頸，因此對起重設備進行輕量化設計，成為國際國內重要研究課題，其中大型齒輪傳動裝置輕量化技術是指將輕量化材料、輕量化設計和輕量化制造技術的集中應用，目前較為先進的技術有：

（1）諧波齒輪傳動技術，又稱為諧波齒輪傳動技術，是波發生器在按一定變形規律產生周期性移動彈性變形波的作用下，通過柔性構件彈性變形運動與剛性構件相互作用來實現傳動的新型機構，它具有傳動比大、體積小、重量輕、傳動精度高和回差小等優點。諧波齒輪傳動結構一般分為：剛輪、柔輪和波發生器，通常采用機械滾動軸承的波發生器，其結構就是將薄壁滾珠軸承安裝在凸輪的外緣，通過凸輪和滾珠的相互作用實現外圈襯環的彈性變形，輸入端采用凸輪，通過內孔與輸入軸相連。杯型底部被稱為膜片部，膜片部通常作為輸出端，起到法蘭的作用。將波發生器裝入柔輪內時，在工作過程中柔輪將產生彈性變形，而波發生器旋轉一周，柔輪上某點發生彈性變形的循環次數稱為諧波齒輪的波數。

（2）無齒輪傳動技術，國際上從20世紀30年代初便開始被研究，由于無齒輪傳動相比傳統齒輪傳動省略了減速器，從而簡化了傳動系統，其體積、重量得到大幅度減少，通過利用PLC變頻器等自動控制系統對電機進行控制，實現大轉矩、低轉速的特征，但由于電機技術開發難度大，此項技術尚未進行實際應用，但該技術顛覆了起重機傳統的設計理念，消除了傳統起重機長期存在的噪聲大、效率低、斷齒、斷軸等問題，因此無齒傳動技術為未來起重機重要發展方向。

（3）少齒差行星齒輪傳動，在少齒差行星齒輪傳動系統中主要采用一種新型齒輪傳動裝置：環式減速器，其原理為：利用雙曲柄齒輪機構為核心，帶動圓周平動，在此過程中星輪不做擺線運動，傳動運轉過程中，會有多齒接觸，具有較好的承載、過載能力，并且此種傳動形式具有結構簡易、重量輕、體積小和傳動比大等優點，近年來得到迅速發展。

（4）點線嚙合齒輪傳動是一種具有線性嚙合性質又有點嚙合性質的一種新型嚙合傳動，其小齒輪為一個漸開線變位短齒齒輪，大齒輪齒廓上部為漸開線凸齒廓，下部為過渡曲線的凹齒廓，大小齒輪相互嚙合時，既有接觸線為直線的線嚙合，又有凹凸齒廓接觸的點嚙合。其一般分為3種形式，（a）單點線嚙合齒輪傳動，小齒輪為一個變位的漸開線短齒，大齒輪的上部為漸開線凸齒廓，下部為過渡曲線的凹齒廓，大小齒輪組成單點線齒輪傳動。（b）雙點線嚙合齒輪傳動，大小齒輪嚙合時形成雙點嚙合與線嚙合，因此稱為雙點線嚙合齒輪。（c）少齒數點線嚙合齒輪傳動，這種傳動的小齒輪最少齒數可以做到2～3齒，因而傳動比可以很大。點線嚙合齒輪傳動具有噪聲低、承載能力高、磨損小等特點，因此此項技術已在起重機中初步應用。

將新型傳動裝置輕量化技術應用到起重機械設備中，替代傳統傳動裝置，能夠高效地解決起重機能耗高等問題，通過技術不斷研發、突破，使得我國起重機技術達到國際領先水平。

3 傳動機構效率檢測

起重機傳動機構主要有減速機、聯軸器、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等。作為傳動部件，傳動效率的高低直接體現出其能耗指標，機械效率越高，傳動機構能耗越低，因此對傳動部件的效率研究是非常有經濟意義的。

（1）減速機效率檢測，起重機的起升、運行、回轉和變幅等機構依靠減速器，因此對減速器機械效率測量有著非常大的意義，其原理為系統通過對減速器的輸入、輸出軸受載荷所產生的機械偏角以及輸入、輸出軸扭矩來實現對機械傳動效率的實際測量。減速機的實時效率可按下式進行測量計算：

η=P1/P2=（n1×T1）/（ n2×T2）

因此對減速機低速軸輸出端轉速n1、扭矩T1與高速軸輸入端轉速n2、扭矩T2進行測量從而計算得任意時間端的減速機的實時效率。

（2）吊具系統效率研究，吊具系統通常由卷筒、吊鉤、鋼絲繩和滑輪等件組成，將他們組成一個串行吊裝系統進行分析，通過黑箱理論對其進行研究分析，從而得到吊具系統傳動效率。

4 傳動系統振動分析

在起重機起升機構中，由于齒輪傳動系統的振動，常常導致停機事故，不但影響生產效率，還存在巨大的安全隱患，因此對傳動系統振動進行分析，從而保證起重機安全穩定運行，根據以往案例經驗進行分析，產生振動主要有如下幾個方面：（1）開式齒輪承載支撐系統本身的固有頻率與其齒合頻率接近，導致整個系統發生共振現象，再加上齒合不良，將振動進一步放大。通常有效解決措施為：①對支撐件進行加固；②局部增加彈性元件；③對齒合間隙進行調整，降低誤差。（2）減速箱與開式齒輪傳動系統中的小齒輪剛性連接，增加其齒面摩擦，影響整體齒合機制，使得本身固有振動頻率放大，因此，通過采用專用潤滑劑，增加齒合面潤滑降低齒面磨損，從而保證良好齒合狀態。

5 起重機械液壓傳動

液壓傳動是現代流動式起重機廣泛采用的傳動方式。它通過液壓泵將內燃機的機械能轉變成液壓油的液壓能，在各種液壓控制元件的控制下，將液壓能傳遞給各機構的液壓執行元件，還原成機械能。

結語

隨著起重機傳動系統不斷研究、改進、新技術的實際應用，必然使起重機技術產生革命性的發展，使國產起重機在國際市場占有重要地位。

參考文獻

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