起升机构卷筒联接齿轮安全性探讨

董富祥 任志超

（浙江麒龙起重机械有限公司 绍兴 312043）

1 起升机构减速器与卷筒的联接型式

一般通用桥式起重机（起重量≤50t）的起升机构减速器与卷筒的联接型式见图1，是通过减速器的低速端外齿盘与卷筒组的内齿轮盘啮合联接在一起。该型式的卷筒组中间轴一般是长轴型式，两端部装有调心轴承，一端装入减速器外齿轮盘中间位置的内孔内，另一端装在卷筒超载限制器座子上。减速器齿轮盘内的轴承承受卷筒上的径向载荷，齿轮用来承受卷筒扭矩。该型式具有安装方便、结构简单的特点，被长期广泛使用在通用桥式起重机的起升机构上。

另一种联接型式见图2，是通过减速器的低速轴与卷筒组的卷筒联轴器联接在一起。该型式的卷筒组采用短轴型式，卷筒一端设有卷筒联轴器，另一端设有短轴安装在超载限制器的座子上。卷筒联轴器的齿式联轴器传递卷筒扭矩，卷筒联轴器承载环的外球面与外套的内球面组成的接触副承受径向载荷。该型式具有安全可靠性高、调心能力大的优点，越来越多的使用在各类型的起重机起升机构上。

图1 减速器和卷筒通过齿盘联接

图2 减速器和卷筒通过联轴器联接

2 联接齿轮的安全性分析

上述两种联接，虽然型式有所不同，但均采用齿轮传递卷筒扭矩的型式。

第一种联接型式，使用在一般的工作场合可以满足安全性能要求。但是，如果起重机工作级别为A7级及以上，或者使用在诸如吊运熔融金属等危险性较大的起重机上时，联接齿轮可能存在严重的安全隐患。实际使用中，发生过齿轮盘齿轮严重磨损导致齿轮厚度超过允许磨损量的情况，必须引起高度重视，对已经在使用的该类型起重机应加强监控，及时发现、消除安全隐患。

第二种联接型式，在选择卷筒联轴器的型号规格时，必须考虑到不同工作制的工况要求，对工作级别为A7级及以上，或者使用在诸如吊运熔融金属等危险性较大的起重机上时，特别要注意卷筒联轴器的扭矩许用值是和工作制A5不同的。

3 联接齿轮的强度计算

强度计算分为齿轮的弯曲强度和表面比压强度计算两种。前者一般都能满足要求，后者则必须认真计算，校核是否满足设计要求。

现以吊运熔融金属的QDR20t起重机起升减速器卷筒采用上述第一种联接型式为例，计算齿轮的表面比压强度如下：

已知，QDR20t起重机整机工作级别A7，起升减速器QY3D-315（硬齿面减速器，速比i=31.5），外齿轮m×z=6×56，齿宽40，起升电动机YZR250M2-8/37kW，卷筒内齿轮盘材质采用通常的ZG340-640。查减速器QY3D-315样本，高速轴许用输入功率为62.1kW、低速外齿轮输出许用扭矩为25000N·m、低速外齿轮的许用径向载荷为52kN，上述三项承载力指标均能满足设计规范的要求，故减速器选型合理。

齿轮盘联接的卷筒内齿轮表面比压强度：

式中：

K1——与机构类型有关的系数，起升机构用时K1=3；

K2——与机构工作级别有关的系数，M5时K2=1；M7～M8时，K2=2；

M计——卷筒因钢丝绳最大作用力而受到的扭矩，

b——齿轮宽度，b=40mm；

m——齿轮模数，m=6mm；

z——齿数，z=56；

[p]——许用比压强度，内齿轮盘材质ZG340-640时，[p]=15N/mm2，故

由上计算得出，卷筒内齿轮盘的齿面比压强度不能满足要求。由此可见，卷筒内齿轮盘采用通常材质ZG340-640仅能满足A5～A6工作制的工况要求，如使用在A7～A8工作制或者吊运诸如熔融金属等危险性较大的物品时，是不能满足齿面比压强度要求的。

导致此安全隐患的直接原因，是随着减速器设计制造的齿轮材质强度等级越来越高，现在的硬齿面或中硬齿面减速器的承载能力比先前的软齿面减速器要高很多，如果卷筒组的内齿轮盘仍按照原来通常使用的ZG340-640材质制作，就产生了外齿轮承载能力高，而内齿轮承载能力低的情况。笔者经过计算后，对A7～A8工作制或者吊运诸如熔融金属等危险性较大的物品的起升机构采用第一种联接型式的卷筒内齿轮盘材质得出以下结论：

1）当起升机构采用硬齿面减速器时，卷筒内齿轮盘材质须采用ZG42CrMo；

2）当起升机构采用中硬齿面减速器时，卷筒内齿轮盘材质须采用ZG40Cr；

3）当起升机构采用软齿面减速器时，卷筒内齿轮盘材质才可以采用ZG340-640。

4 结束语

早前设计制造的≤75t吊运熔融金属起重机，起升机构减速器与卷筒的联接型式大多采用图1的结构型式，卷筒内齿轮盘通常采用ZG340-640，故在使用中必须加强对卷筒内齿轮的定期检验，如发现内齿轮盘的齿轮磨损超出正常允许磨损量，应及时进行整改。

对于今后设计制造的工作级别为A7～A8，或吊运熔融金属起重机，必须高度重视减速器齿面材质与卷筒内齿轮盘材质的匹配和卷筒内齿轮盘的齿面比压强度问题，避免安全隐患的存在。