国产提升机结构的改进

国产提升机结构的改进

我们厂生产的zsl50、zsl630和zsl800级高起升机采用一台平板秤产设备车辆驱动，星形齿轮减速，盘弹簧弹性夹绳和t形卷绳上升等先进装置。该产品以故障率低、安全可靠备受国内用户青睐,并且批量出口香港地区,得到香港用户基本认可。香港用户提出的唯一意见是,与发达国家同类产品相比国产提升机过于笨重,不便于现场安装和拆卸。鉴于这一意见,我厂对原产品进行了改型。1提升力的产生方式目前,国内外常见的吊篮用电动爬升式提升机形式较多,如按钢丝绳在机内缠绕轨迹分主要有S型和α型。按提升力产生原理分主要有纯摩擦型和摩擦与夹持结合型;按钢丝绳在绳轮上被夹持的形式分有径向夹持型和轴向夹持型;按传动形式分有蜗杆减速型、定轴齿轮减速型和行星齿轮减速型等。在全面深入分析研究不同形式提升机结构优劣的基础上我们确定了以下改型设计方案。1.1从进口电机配套到产品种类虽然国产盘式制动电机的体积和重量远比进口电机大,但是吊篮作为普及型装修机械若采用进口电机配套,其高昂的价格根本无法参与市场竞争,而目前在各类国产制动电机当中盘式电机还算是比较轻巧的。而且多年使用经验证明,国产盘式电机具有控制电路简单、制动可靠和手动滑降操作方便等特点,所以仍采用国产盘式电机作动力。1.2提升机的比较钢丝绳经过α型卷绳机构时始终朝一个方向卷曲,仅承受脉动载荷,与钢丝绳经过S型卷绳机构的双向弯曲承受交变载荷相比较,可大大降低应力并延长钢丝绳使用寿命。另外S型卷绳机构的最大缺点是,当钢丝绳卡在提升机内时若操作者缺乏经验或不冷静,继续反复进行起升和下降操作则很容易造成钢丝绳在主、从动绳轮之间被拉断,而发生工作吊篮一端突然坠落的恶性事故。而α型卷绳机构即使发生卡绳现象,也只会越楔越紧,绝不会拉断钢丝绳出现恶性事故,因此仍采用α型卷绳爬升机构。1.3与夹持结合型提升方式的可靠性与仅依靠钢丝绳与绳轮之间摩擦而产生向上提升力的纯摩擦型提升方式相比较,摩擦与夹持结合型提升方式的可靠性更高、结构紧凑、相对尺寸较小,而且无须在钢丝绳自由端夹装坠铁,有利于减轻整机重量。与径向夹绳机构相比较,由于多年采用轴向夹绳方式,对其机理和工艺都积累了较丰富的经验,所以仍采用轴向弹性夹绳方式。1.4声势创新技术领域虽然谐波传动技术应用在建设机械乃至高处作业吊篮方面比较罕见,但该技术应用在航空、航天、通讯设备、工业机器人和医疗器械等领域已有20多年的历史,技术成熟,产品可靠。其突出特点是传动比大;啮合齿数多、振动小、运动平稳、承载能力高;结构简单、零件少、体积小、重量轻,所以在产品改型设计中吸收引进航天高新技术,这便是提升机减重改型设计的关键所在。2振动齿轮传输的基本机理2.1波发生器h与电动轴之间的约束副如图1所示,带内齿的刚轮1固定在机壳上,椭圆形的谐波发生器H与电动机轴之间通过键连接作为主动件将动力输入;带外齿的弹性柔轮2为从动件,与提升机绳轮相连将动力输出。以上3个零件俗称谐波三大件,即构成谐波传动的核心。2.2谐波传动的基本原理谐波齿轮传动是利用机械波使薄壁齿圈—柔轮产生弹性变形来实现减速传动功能。固定刚轮的内齿与柔轮外齿的模数相同,但柔轮比固定刚轮少一至几个齿。谐波发生器由一个凸轮(常见的是椭圆轮)转动来发生机械波。根据机械波的数目(由凸轮形状决定)可分单波、双波及三波,其中最常见的是双波传动,椭圆形凸轮便是最简单的双波发生器。现以最常见结构最简单的椭圆凸轮为谐波发生器的双波传动为例,说明谐波传动的基本工作原理。椭圆凸轮外周长与柔轮内孔周长相等,故将椭圆凸轮装入柔轮孔内时柔轮随之变形为椭圆,且迫使其长轴两端的齿插进正圆形固定刚轮的内齿槽中,形成啮合区,同时短轴两端的齿与固定刚轮的齿脱开,形成非啮合区。当椭圆凸轮旋转时,柔轮长、短轴的方位随之改变,从而啮合区和非啮合区也随之改变,故柔轮的变形在其圆周展开图上便形成连续的简谐波形,因此被称之为谐波齿轮传动。2.3谐波发生器与柔轮的齿数关系当谐波发生器回转时迫使柔轮的齿与固定刚轮的齿顺序啮合,当谐波发生器顺转一周时由于柔轮比固定刚轮少Z1-Z2个齿,所以柔轮相对固定刚轮倒转Z1-Z2个齿,即倒转(Z1-Z2)/Z2周,其中Z1为刚轮齿数,Z2为柔轮齿数。设谐波发生器转速为nH=1,则柔轮转速为n2=-(Z1-Z2)/Z2,由此便可得到谐波发生器与柔轮之间的传动比公式:iH2=nH/n2=-1/[(Z1-Z2)/Z2]=-Z2/(Z1-Z2)。由公式看出,只要将固定刚轮与柔轮的齿数差Z1-Z2设计得尽量小(一齿至数齿),而将柔轮的齿数Z2设计得足够大,即获得所预期的大传动比。为保证对称区域啮合状态的一致性,谐波齿轮传动的齿数差必须等于波数或波数的整数倍,实际上大部分齿数差等于波数。在这种情况下谐波齿轮传动的传动比等于活动轮的齿数除以波数。3改革开放及其应用效果3.1星传动和一级定轴齿轮传动改型设计的重点是缩小结构尺寸和减轻自重,为达此目的分别采用如下具体设计方案:①采用谐波三大件替代两级行星传动和一级定轴齿轮传动,可减少6个行星轮、6个行星轮轴、1个行星轮架、1根主动轴和1对大小齿轮等共26种53个零件;②在不影响提升力和结构布置的前提下,将碟簧弹性夹绳和α型卷绳爬升机构的外径尺寸缩到最低限度;③尽量压缩机内各部之间的空间尺寸,尽量缩小机壳外形;④采用脂润滑替代稀油润滑,去掉多处油封结构。3.2提升机内谐波机构的有机结合改型设计的难点是将谐波三大件有机地融入提升机。谐波传动一般以谐波减速器的整体形式体现,而提升机改型设计,若按常规直接简单地选用整体谐波减速器则无法达到减重的目的。故只能设法将谐波传动的核心——谐波三大件融入提升机内部,与碟簧弹性夹绳和α型卷绳爬升等机构有机地结合成一个整体,两者结合的关键是将谐波动力输出元件柔轮与提升机动力输出元件绳轮有机地联系起来。由于柔轮在工作中不断变形(变换长、短轴方位),而刚性绳轮是不能随之变形的,因此在改型设计中利用一个模数和齿数均与柔轮相同的带内齿的转动刚轮并将其与绳轮设计成一体,使柔轮的动力通过转动刚轮1∶1地传递给绳轮,解决了问题。3.3在加调机装置的应用经过改型设计的ZLP800谐波减速型提升机与原ZLP800行星减速型提升机相比较,在额定提升力800kg不变的前提下,机内零件数量减少50%以上,整机体积缩小1/3,自重由84.5kg降至55.9kg,与比利时Power/Climber公司同类机型的自重52kg基本持平。若排除两者配套电动机自重差异因素,改型设计后的机型纯减速提升部分的自重指标已与国际先进水平相当。我厂现已针对谐波三大件与提升机卷绳爬升机构有机结合融为一体以及将谐波转动刚轮与提升机绳轮设计成一体等项内