起升設備自鎖式傳動機構的結構設計及應用

姚鴻云

摘? ?要：對起升設備而言，其安全性尤為重要，在失去動力時，必須立刻鎖定停機，不能出現下滑現象。征對這一情況，研發一種起升設備自鎖裝置，它的關鍵零件有輸入齒輪軸、大齒輪、螺紋圓柱銷、調節塊、螺紋軸、剎車盤、摩擦片、棘輪、棘爪、扭簧、C型制動塊等。它具有安全性高，動作響應快，機械效率高，體積小，結構緊湊，應用范圍廣等優點。

關鍵詞：自鎖裝置? 起升設備? 結構緊湊? 應用范圍廣

中圖分類號：U463.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（c）-0061-02

1? 技術背景

目前在起重運輸機械等設備中，廣泛采用外包塊式制動器，通常用彈簧或重錘緊閘，當電動機起升時，通過與其串聯的松閘器自動松閘，有時也用人力松閘。這種制動器，只能應用于電力液壓驅動的起升設備，并且在故障斷電的情況，重物很難通過手動釋放，安全、平穩的降落到地面上;在有些要求防爆或特殊要求的場所，通常使用氣力驅動的起升裝置，當氣源因故障切斷時，處于安全考慮，必須手動釋放重物，使其安全、平穩的降落到地面上，通常采用自鎖式阿基米德蝸輪蝸桿裝置，但其傳動效率很低，自鎖時僅為0.4～0.45，為解決上述問題，設計了一款具有安全性高，動作響應快，機械效率高，體積小，結構緊湊，應用范圍廣的自鎖式傳動機構[1]。

2? 技術方案

自鎖式傳動機構采用棘輪棘爪配合剎車盤調整塊等部件實現自鎖。自鎖式傳動機構，包括上軸承、輸入齒輪軸、大齒輪、螺紋圓柱銷、調節塊、螺紋軸、下軸承、平鍵、軸承、剎車盤、摩擦片、鉚釘、棘輪、棘爪、扭簧、C型制動塊等。C型制動塊固定在傳動箱體上，棘爪通過螺栓軸與C型制動塊連接，扭簧穿過螺栓軸，一端卡在棘爪背面，另一端卡在C型制動塊的C型槽內，扭簧、棘輪與棘輪互相配合，其中扭簧采用不銹鋼，耐腐蝕性強;輸入齒輪軸與傳動箱體通過軸承連接，剎車盤與螺紋軸通過平鍵連接;棘輪裝置由棘輪盤及兩片摩擦片通過鉚釘鉚接，內孔鑲嵌銅合金襯套，其中，摩擦片采用加銅、不含石棉制品的，鉚釘采用銅鉚釘，棘輪裝置的內孔套在剎車盤上，與剎車盤間隙配合;大齒輪通過矩形螺紋與螺紋軸螺紋連接，并且在大齒輪的右端鉸鉆2個均布的螺紋孔，用于安裝螺紋圓柱銷;調節塊根據2個螺紋圓柱銷的位置，通過螺紋軸右端部的正七方形花鍵與其間隙配合，螺紋軸通過軸承與箱體連接[2]。

3? 結構及工作原理

如圖1和圖2，負載起升時，通過電動馬達、液壓馬達、氣動馬達或人力轉動輸入齒輪軸從而帶動大齒輪向相反的方向轉動，通過矩形螺紋傳遞運動，使大齒輪沿軸向往棘輪裝置方向運動，從而推動棘輪裝置沿軸向同方向直線移動，形成大齒輪端面與剎車盤端面加緊棘輪裝置。這時，大齒輪通過矩形螺紋扣帶動螺紋軸向同一個方向旋轉，調節塊通過與螺紋軸配合的正七方形花鍵一起轉動，螺紋圓柱銷與調節塊不接觸。這時，棘爪從棘輪的齒背上滑過，螺紋軸輸出動力帶動負載起升。

負載起升過程中，需在中途任意停止時，螺紋軸在負載重力作用下向相反的方向轉動，通過矩形螺紋傳遞運動，使大齒輪沿軸向往棘輪裝置方向運動，從而推動棘輪裝置沿軸向同方向直線移動，形成大齒輪端面與剎車盤端面加緊棘輪裝置，這時，大齒輪的旋轉方向發生改變，朝相反的方向旋轉。那么，棘爪鎖定棘輪的齒面上，保證重物不下滑。

負載下降時，通過電動馬達、液壓馬達、氣動馬達或人力反方向轉動輸入齒輪軸，從而帶動大齒輪朝著與其相反的方向旋轉，通過矩形螺紋傳遞運動，使大齒輪沿軸向往棘輪裝置相反方向運動，從而松開棘輪裝置，使其與大齒輪端面及剎車盤端面產生間隙。當間隙達到設定距離后，螺紋圓柱銷卡在調節塊上，調節塊通過正七方形花鍵把動力傳遞給螺紋軸，螺紋軸與大齒輪同方向旋轉。這時，棘爪鎖定在棘輪的齒面上，棘輪裝置在剎車盤輪轂外圓面做滑動圓周運動，使重物下降。

負載下降過程中，需在中途任意停止時，重物在重力作用下帶動螺紋軸轉動，大齒輪通過與矩形螺紋傳遞運動，使其沿軸向往棘輪裝置方向運動，從而推動棘輪裝置沿軸向同向直線移動，形成大齒輪端面與剎車盤端面加緊棘輪裝置，螺紋圓柱銷與調節塊不接觸。這時，棘爪鎖定棘輪的齒面上，保證重物不下滑。

由于螺紋圓柱銷承載很大的剪切力，優選方式下，大齒輪上的螺紋圓柱銷選用高強度合金鋼，并且進行防腐處理，以保證其強度。此外，調節塊選用帶兩個圓弧爪，保證棘輪裝置上的剎車片因摩擦變薄時，有足夠的補償間隙。并且，調整塊內孔采用正七方形，便于調節其與螺紋圓柱銷最合適的配合位置[3]。

4? 結語

本自鎖式傳動機構可用于船舶及海洋工程領域甲板機械起重裝置，工業、交通、建筑企業中的起重裝置，可用在電動、氣動、液壓、人力驅動的起重裝置上，可用于單級及多級減速裝置中，是一種簡便輕巧、經濟有效、安全可靠的高效率自鎖式傳動機構，傳動效率可達0.9以上。目前已經應用于船舶甲板機械起重裝置，有電動絞車，氣動絞車，手動絞車等設備。

參考文獻

[1] 白成志.無柱式轎車舉升器的設計[J].新技術新工藝.2003（2）.

[2] 修玉松，孫紅輪.柔性舉升裝置[J].起重運輸機械.2013（12）.

[3] 劉文學，智兆華，單根立.基于故障診斷的單缸式舉升裝置模擬試驗臺液壓系統設計[J].液壓與氣動，2011（12）.