减速器内置式大吨位超高扬程电动葫芦结构优化及经济性分析

吴丽霞，徐文娟

（咸宁职业技术学院，湖北 咸宁 437100）

减速器内置式大吨位超高扬程电动葫芦结构优化及经济性分析

吴丽霞，徐文娟

（咸宁职业技术学院，湖北 咸宁 437100）

大吨位超高扬程电动葫芦，因起升高度的加大需要采用大卷筒和多层缠绕结构增加容绳量，因此电动葫芦整体结构大，所需要的材料多，制造成本高。本文从整体结构、外观尺寸、所用材料重量等多方面对减速器内置式与减速器外置式电动葫芦进行了对比，结果表明减速器内置式大吨位超高扬程电动葫在不降低原使用性能的前提下，能减小整机体积，减轻整机重量，同时还能降低制造成本，为生产者带来一定的经济效益。

电动葫芦；优化；结构；成本

电动葫芦是起重机中最常用的一种起吊设备[1]，大吨位超高扬程电动葫芦因起升高度的加大需要采用大卷筒和多层缠绕结构增加容绳量，这样导致电动葫芦整体结构大，所占空间大，所需要的材料多，制造成本高。为了提高其安全性能，降低生产成本，优化大吨位超高扬程电动葫芦结构，可以从三个方面改进：（1）采用高强度钢丝绳，减小钢丝绳直径，缩短卷筒长度[2]，减小整机体积；（2）将减速器内置于卷筒内部，减小整机体积和重量[3]；（3）采用多层缠绕。

本文以某公司生产的12t-120m型电动葫芦（型号HC120G.00 120KN）为例，对第二种减速器内置于卷筒内部的改进方法进行分析说明。该葫芦具体技术要求及参数如下：工作级别M4，容绳长度120 m，卷绕层数1层，钢丝绳长度不小于170 m，单出绳，三组滑轮，单绳拉力12 t，慢速起升时起重速度为2 m/min，快速起升时起重速度为20 m/min，出绳角度约41.5°，上侧出绳，滚筒绳槽旋向与出绳位置保证不咬绳。电动葫芦提供机械刹车装置、超载装置，制动距离（对臂架）不超过10 mm，除有过载报警功能外，还应有轻载停车功能（即轻载为1.5-0.5 T时卷扬停止工作）。

1 结构优化

1.1 减速器外置式结构介绍

原电动葫芦采用外置式减速器，属于常规设计，结构如图1所示。卷筒两端由轴承座支撑，一端装有高度限制器，另一端通过联轴器与减速器输出端相连。减速器放在卷筒一端，依靠减速器安装座支撑。减速器输入端通过制动轮联轴器与电动机相连。经设计计算，卷筒直径（底径）为φ730 mm，钢丝绳选用28NAT35WX7-2160-610KN型号，卷筒长度为1 880 mm，减速器输入端到输出端联轴器长度为1 100 mm，整机底座长度为4 575 mm.

图1 减速器外置式电动葫芦结构

1.2 减速器内置式结构设计

在不改变卷筒外形尺寸且不降低其使用性能的前提下，将卷筒结构改进优化成减速器内置式。这种结构形式在欧、美一些国家已用到，在国内用得较少。采用此种结构时，卷筒一端由轴承座支撑改为由法兰支撑，并通过法兰联接在减速器上，这样不会影响卷筒使用性能，同时还减少了联接的零件，提高了传动效率。

1.2.1 减速器内置式主要结构

图2为减速器内置式电动葫芦结构。减速器装于卷筒内，卷筒一端装有高度限制器，由轴承座支撑，另一端通过法兰与减速器输出端相连，减速器依靠减速器安装座支撑，即减速器安装座同时也支撑卷筒的另一端。减速器的输入端通过制动轮联轴器接电动机。

图2 减速器内置式电动葫芦结构

1.2.2 减速器内置式主要参数及尺寸

优化后，整个电动葫芦中，卷筒直径为φ730mm，卷筒长度为1 880 mm，减速器输入端到输出端联轴器长度为220 mm，整机底座长度为3 695 mm.

1.3 优化前后结构对比

减速器外置与内置两种结构相比主要存在以下区别（见表1）：（1）在采用相同外形尺寸的卷筒，同样的电机、减速器、制动器的情况下，减速器内置时，减速器的大部分结构置于卷筒内部，能够使整机长度减少880 mm，减小了整机体积和重量，节约了空间，大大降低了安装要求。（2）在内置式结构中，直接利用法兰将减速器与卷筒相联，减少了一个卷筒轴承座和一个联轴器，但多了一个法兰盘。焊接件均采用Q235B钢板，密封圈、轴承、轴承端盖、螺栓等小件忽略不计。

表1 优化前后主要尺寸、结构变化一览表

2 成本核算

（1）机座钢材重量计算

整机机座是利用钢板焊接而成，轴承座焊接在整机机座之上，如图3所示。

图3 轴承座安装示意图

机座包含两个工字形焊接底座脚及一块顶板，结构如图4所示。

图4 机座结构图

减速器内置时所节省的机座钢材体积VⅠ：

VⅠ=Al=（200×12×4+176×8×2+750×6）×880＝1.489×107mm3

上式中，A为机座横截面积，l为减速器内置时机座减少的长度。减速器内置时所减轻的机座钢材重量MⅠ：MⅠ=1.489×104×7.85×10-3=116.887 kg（2）卷筒轴承座钢材重量计算（见图5）

图5 轴承座结构

1）卷筒轴承座安装轴承的部分为铸件，所用钢材体积V′=2.974×106mm3.

2）卷筒轴承座下半部分为焊接件，分为上座和下座。

a.上座由以下板件焊接而成：

两块矩形侧板，体积为V1＝2blt=2×336×135×10=907 200 mm3

上式中，b为单块矩形侧板宽度；l为单块矩形侧板长度；t为单块矩形侧板厚度。

两块梯形（近似）支架板，体积为V2=（b1+b2）ht=（331+481）×295×14＝3 353 560 mm3.

上式中，b1为单块梯形支架板顶边长度，b2为单块梯形支架板底边长度，h单块梯形支架板高度，t为单块梯形支架板厚度。

两个三角形筋板，体积为V3=bht=78×194×14=211 848 mm3

上式中，b为单块三角筋板宽度，h为单块三角筋板宽度，t为单块三角筋板厚度。

一块矩形底板，体积为V4= bht=671×214×25=3 589 850 mm3

上式中，b为单块矩形底板宽度，l为单块矩形底板长度，t为单块矩形底板厚度。

上座总体积为：V上＝V1+V2+V3+V4＝907 200+3 353 560+211 848+3 589 850＝8 039 526 mm3

b.下座由以下板件焊接而成：

一块矩形顶板，体积为Va=blt=710×260×25=4 615 000 mm3

上式中，b为单块矩形顶板宽度，l为单块矩形顶板长度、t为单块矩形顶板厚度。

两块矩形支架板，体积Vb=blt=110×671×4×2=590 480mm3

上式中，b为单块矩形支架板宽度，l为单块矩形支架板长度，t为单块矩形支架板厚度。

四块梯形（近似）支架板，采用两块拼合以后的近似平行四边形进行计算，体积为Vc=blt=（129+32）×51.5×10×2=165 830 mm3

上式中，b为两块梯形支架板拼合成平行四边形以后的平行四边形底边长度，l为平行四边形高度，t为平行四边形厚度。

下座总体积为：V下＝Va+Vb+Vc=4 615 000+590 480+165 830=5 371 310 mm3

卷筒轴承座下半部分焊接件总体积为：

卷筒轴承座重量MⅡ：

MⅡ=（2.974+13.411）×103×10-3×7.85=128.622 kg

（3）联轴器成本

减速器外置时需要用联轴器，型号为GПCL14-170，重量约为MⅢ=421 kg，市场价格约为1 200元。

（4）联接法兰钢材重量计算

减速器内置时需要采用法兰联接，联接法兰大小如图6所示。

图6 联接法兰

3 结论

本文以某公司生产的12t-120m型电动葫芦为例，将减速器外置式结构改进优化为内置式，使整机长度减少了880 mm，整机重量减轻了659.558 kg.同时，减速器内置使得卷筒一端由原来的支撑座支撑更改为由法兰直接与减速器相连，再由支撑座支撑减速器。经试验，此种联接结构不会影响整机的可靠性和实用性，同时还减少了联接的零件，提高了传动效率，且降低了成本。整台电动葫芦核算起来，减速器内置式较减速器外置式要节约成本1 801.61元，尤其对于安装空间有限制要求的，使用起来更为方便和经济。

[1]徐文娟.高扬程电动葫芦的改造设计[J].咸宁学院学报2011，12（31）：73-75.

[2]赵定元．国内钢丝绳电动葫芦的技术现状及发展方向[J]．起重机运输机械，2004（7）：7-8.

[3]叶振良.浅析钢丝绳电动葫芦的技术现状及前景[J]．工业设计，2011（11）：109-110.

The Structure Optimization and Economic Analysis of Reducer Built-in Large-tonnage High Lift Electric Hoist

WU Li－xia，XU Wen-juan
（Xianning Vocational and Technical College，Xianning Hubei 437100，China）

The hoisting height increase of the large-tonnage highlift electric hoist requires a large drum and multiple layer coiling structure to increase rope capacity，so the whole structure of electric hoist is large，required materials are a lot，and the manufacturing cost is high.But the large-tonnage high lift electric which has built-in reducer，on the premise of not reducing the original performance，it can reduce the volume，and weight of equipment and the manufacturing costs.

electric hoist；optimize；structure；cost

TH122

A

1672-545X（2017）08-0107-03

2017-05-14

咸宁职业技术学院院级重点课题“大吨位超高扬程电动葫芦的技术研究”的成果，批准文号：2015Y007

吴丽霞（1980-），女，湖北人，讲师，工程师，工程硕士，研究方向：机械设计与制造。