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鋼絲繩電動葫蘆新型吊鉤組設(shè)計
發(fā)布時間：2019-12-24 08:49 文章來源：未知 文章作者：admin 點擊數(shù)：
0引言 吊鉤組是鋼絲繩電動葫蘆的重要部件，與安全直接相關(guān)。用戶在使用起重設(shè)備吊運物品時會直接對吊鉤組進行操作。因此也是重要的人機交互部件，其外觀及使用性能等會直接影
0引言
吊鉤組是鋼絲繩電動葫蘆的重要部件，與安全直接相關(guān)。用戶在使用起重設(shè)備吊運物品時會直接對吊鉤組進行操作。因此也是重要的人機交互部件，其外觀及使用性能等會直接影響用戶對整機的感受。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，沒有考慮人性化設(shè)計操作不便，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題。針對上述不足，本吊鉤組采用新的結(jié)構(gòu)及設(shè)計理念，簡化生產(chǎn)工藝及裝配流程，增加防護裝置。通過優(yōu)化設(shè)計來提升吊鉤組性能并降低生產(chǎn)成本。由于篇幅有限，本文僅介紹運用最廣的額定起重量≤10t，工作級別低于M6的雙滑輪吊鉤組及單滑輪吊鉤組。
1傳統(tǒng)吊鉤組簡介
比較常見的傳統(tǒng)吊鉤組主要分為短鉤型和長鉤型兩種，見圖1，圖1a為短鉤型吊鉤組，圖1b為長鉤型吊鉤組，圖1c為單滑輪吊鉤組。其中短鉤型吊鉤組采用標準吊鉤，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)件保護的功能。吊鉤與吊鉤螺母采用螺紋連接并通過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。螺紋采用圓柱銷或者防松板防松?；喗M定位并支承在滑輪軸上，通過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較多，吊鉤螺母采用鍛件并且機加工要求高，與吊鉤的連接螺紋防松需要配做，因此互換性差。標準橫梁受尺寸限制因此需要采用鍛件并且對材料要求較高。但該形式吊鉤組使用較普遍，因此價格具有一定的優(yōu)勢，不過也很難形成自己的品牌特色，而且整體高度尺寸較大。另一種長鉤型吊鉤組，采用特殊的長柄吊鉤，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)計需要使用非標長柄吊鉤，沒有普通吊鉤的批量化優(yōu)勢，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)與短鉤型吊鉤組類似不再贅述。
2新吊鉤組介紹
新設(shè)計的吊鉤組在總體結(jié)構(gòu)、外形、材料、機加工及使用功能等多個方面進行了優(yōu)化?？傮w結(jié)構(gòu)詳見圖2。對于雙滑輪吊鉤組，采用特殊設(shè)計的橫梁，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，簡化了裝配工藝。另外該設(shè)計可以使用標準吊鉤并實現(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，避免配做簡化裝配。設(shè)置鋼絲繩保護裝置并且在設(shè)計中盡可能的降低吊鉤組重心，即保護了鋼絲繩又能最大程度的避免空鉤偏斜的問題。對于單滑輪吊鉤組，將滑輪軸、拉板及吊鉤橫梁整合為一個零件，并且采用分體式結(jié)構(gòu)，進一步簡化了零件數(shù)量和裝配流程。卡塊及吊鉤組為系列化設(shè)計，盡量通用，減少了整個系列的零部件數(shù)量。
3新吊鉤組主要在以下幾個方面進行了優(yōu)化。
1）滑輪優(yōu)化通過有限元的方法對滑輪進行計算，優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)，在滿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。詳見圖3。
2）橫梁優(yōu)化不拘泥于傳統(tǒng)橫梁標準，采用新的材料新的制造方法及結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。優(yōu)化其受力分布減少應(yīng)力集中，簡化生產(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對設(shè)備及操作人員安全造成損害。下沉式設(shè)計降低橫梁重心。見圖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)計新吊鉤組時，為找到一種更經(jīng)濟可靠的固定方式，研究并計算了多種方法，最終通過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，安裝及拆卸簡單，工作可靠。通過壽命試驗，證明其完全能滿足公司相關(guān)要求及國家相關(guān)標準的規(guī)定。
4）吊鉤軸端局部應(yīng)力優(yōu)化局部應(yīng)力的大小會在很大程度上影響疲勞壽命，而局部的形狀及尺寸會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，因此對此處進行了多次有限元分析以得到最優(yōu)的局部設(shè)計參數(shù)。
5）鋼絲繩保護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，延長鋼絲繩壽命。本件為分體式設(shè)計，安裝方便，特別是在更換時，無須拆卸鋼絲繩。該裝置安裝在滑輪罩槽孔中并可以沿槽孔靈活滑動，自動跟隨鋼絲繩在起升及下降過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度，外形美觀。
2）橫梁優(yōu)化不拘泥于傳統(tǒng)橫梁標準，采用新的材料新的制造方法及結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。優(yōu)化其受力分布減少應(yīng)力集中，簡化生產(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對設(shè)備及操作人員安全造成損害。下沉式設(shè)計降低橫梁重心。見圖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)計新吊鉤組時，為找到一種更經(jīng)濟可靠的固定方式，研究并計算了多種方法，最終通過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，安裝及拆卸簡單，工作可靠。通過壽命試驗，證明其完全能滿足公司相關(guān)要求及國家相關(guān)標準的規(guī)定。
4）吊鉤軸端局部應(yīng)力優(yōu)化局部應(yīng)力的大小會在很大程度上影響疲勞壽命，而局部的形狀及尺寸會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，因此對此處進行了多次有限元分析以得到最優(yōu)的局部設(shè)計參數(shù)。
5）鋼絲繩保護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，延長鋼絲繩壽命。本件為分體式設(shè)計，安裝方便，特別是在更換時，無須拆卸鋼絲繩。該裝置安裝在滑輪罩槽孔中并可以沿槽孔靈活滑動，自動跟隨鋼絲繩在起升及下降過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，特別是雙滑輪吊鉤組。但是總體高度的減小會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。而新吊鉤組通過減輕滑輪自重降低橫梁重心及設(shè)置鋼絲繩保護裝置等避免了該情況。
3FEA分析
所有新設(shè)計的主要受力部件均運用Ansys有限元分析軟件進行計算。模型的簡化、加載及邊界條件應(yīng)與實際情況相一致并按標準要求考慮多種工況。因篇幅有限，有限元計算的過程不做描述。
4試驗
所有零部件的材料、尺寸公差、機加工及裝配都必須滿足圖紙的要求。所有零部件必須經(jīng)過檢驗合格后方可用于試驗。此處的試驗是指壽命試驗，吊鉤及吊鉤組其它試驗應(yīng)按相關(guān)國家規(guī)定進行，此處不做贅述。本試驗采用液壓疲勞試驗機，通過試驗工裝固定并加載，詳見圖9。載荷為0.01倍額定載荷到1.3倍額定載荷，試驗頻率2.5Hz。經(jīng)試驗驗證，該形式吊鉤組完全滿足公司標準及相關(guān)國家規(guī)定的要求。
5總結(jié)
新吊鉤組對滑輪進行優(yōu)化減輕其自重，采用新設(shè)計的橫梁將多個零部件的功能進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化生產(chǎn)工藝及流程，卡塊等采用系列化設(shè)計減少零件數(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)置鋼絲繩保護裝置提高鋼絲繩壽命并改善吊鉤組空載穩(wěn)定性。并通過壽命試驗證明其完全滿足相關(guān)規(guī)定的要求。