起重机传动系统研究分析

赵博

摘 要：本文对起重机传动系统装置轻量化技术、振动分析和传动机构效率检测等进行阐述，分析论述传动系统改进方向。

关键词：起重机；传动系统；轻量化技术；振动分析

中图分类号：TH215 文献标志码：A

0 概述

起重机械是一种集物料起重、运输和装卸為一体的吊装设备，其广泛应用于社会生产、工程作业、商品流通和日常生活的各个领域。随着国内生产规模的不断扩大，对起重机的的要求不断提高，对其技术能力、安全性能提出更加严格的要求，然而在整个起重机械设计、制造中，传动系统技术占有重要地位，通过对起重机传动装置轻量化技术、振动分析、传动机构效率检测进行研究，以对设备不断优化、改进，提高在国际市场的竞争力。

1 起重机传动方式

在起重机实际应用中，传动系统包括很多种传递方式，而其普遍采用闭式传动和开式传动。

（1）闭式传动，为了提高传动效率并且节约能耗，一般在卷筒和电动机之间采用圆柱齿轮减速器。蜗轮减速器的传动效率低，经常受到地理条件的限制，因此应用较少。

（2）开式传动，这种构造形式适用于机械运动速度较低的情况，由于开式齿轮传动适用于圆周丝堵较低的工况，因此将其放在靠近卷筒的最后一级传动中。起重机的各种传动方案之间虽然有所区别，但是每一种传动方案所用的零部件基本上一致，开式传动和闭式传动各方案的区别在于：减速器高速轴与电动机之间是通过高速浮动轴连接还是直接通过联轴器连接；在低速级、减速器低速轴端与卷筒的连接方式可以分为通过联轴器直接连接和增加开式齿轮的方式。

2 传动装置轻量化技术

对于大中型起重设备，体积大、质量大、能耗高等问题已成为制约其提高工作效率、降低制造使用成本的瓶颈，因此对起重设备进行轻量化设计，成为国际国内重要研究课题，其中大型齿轮传动装置轻量化技术是指将轻量化材料、轻量化设计和轻量化制造技术的集中应用，目前较为先进的技术有：

（1）谐波齿轮传动技术，又称为谐波齿轮传动技术，是波发生器在按一定变形规律产生周期性移动弹性变形波的作用下，通过柔性构件弹性变形运动与刚性构件相互作用来实现传动的新型机构，它具有传动比大、体积小、重量轻、传动精度高和回差小等优点。谐波齿轮传动结构一般分为：刚轮、柔轮和波发生器，通常采用机械滚动轴承的波发生器，其结构就是将薄壁滚珠轴承安装在凸轮的外缘，通过凸轮和滚珠的相互作用实现外圈衬环的弹性变形，输入端采用凸轮，通过内孔与输入轴相连。杯型底部被称为膜片部，膜片部通常作为输出端，起到法兰的作用。将波发生器装入柔轮内时，在工作过程中柔轮将产生弹性变形，而波发生器旋转一周，柔轮上某点发生弹性变形的循环次数称为谐波齿轮的波数。

（2）无齿轮传动技术，国际上从20世纪30年代初便开始被研究，由于无齿轮传动相比传统齿轮传动省略了减速器，从而简化了传动系统，其体积、重量得到大幅度减少，通过利用PLC变频器等自动控制系统对电机进行控制，实现大转矩、低转速的特征，但由于电机技术开发难度大，此项技术尚未进行实际应用，但该技术颠覆了起重机传统的设计理念，消除了传统起重机长期存在的噪声大、效率低、断齿、断轴等问题，因此无齿传动技术为未来起重机重要发展方向。

（3）少齿差行星齿轮传动，在少齿差行星齿轮传动系统中主要采用一种新型齿轮传动装置：环式减速器，其原理为：利用双曲柄齿轮机构为核心，带动圆周平动，在此过程中星轮不做摆线运动，传动运转过程中，会有多齿接触，具有较好的承载、过载能力，并且此种传动形式具有结构简易、重量轻、体积小和传动比大等优点，近年来得到迅速发展。

（4）点线啮合齿轮传动是一种具有线性啮合性质又有点啮合性质的一种新型啮合传动，其小齿轮为一个渐开线变位短齿齿轮，大齿轮齿廓上部为渐开线凸齿廓，下部为过渡曲线的凹齿廓，大小齿轮相互啮合时，既有接触线为直线的线啮合，又有凹凸齿廓接触的点啮合。其一般分为3种形式，（a）单点线啮合齿轮传动，小齿轮为一个变位的渐开线短齿，大齿轮的上部为渐开线凸齿廓，下部为过渡曲线的凹齿廓，大小齿轮组成单点线齿轮传动。（b）双点线啮合齿轮传动，大小齿轮啮合时形成双点啮合与线啮合，因此称为双点线啮合齿轮。（c）少齿数点线啮合齿轮传动，这种传动的小齿轮最少齿数可以做到2～3齿，因而传动比可以很大。点线啮合齿轮传动具有噪声低、承载能力高、磨损小等特点，因此此项技术已在起重机中初步应用。

将新型传动装置轻量化技术应用到起重机械设备中，替代传统传动装置，能够高效地解决起重机能耗高等问题，通过技术不断研发、突破，使得我国起重机技术达到国际领先水平。

3 传动机构效率检测

起重机传动机构主要有减速机、联轴器、滑轮、钢丝绳和吊钩等。作为传动部件，传动效率的高低直接体现出其能耗指标，机械效率越高，传动机构能耗越低，因此对传动部件的效率研究是非常有经济意义的。

（1）减速机效率检测，起重机的起升、运行、回转和变幅等机构依靠减速器，因此对减速器机械效率测量有着非常大的意义，其原理为系统通过对减速器的输入、输出轴受载荷所产生的机械偏角以及输入、输出轴扭矩来实现对机械传动效率的实际测量。减速机的实时效率可按下式进行测量计算：

η=P1/P2=（n1×T1）/（ n2×T2）

因此对减速机低速轴输出端转速n1、扭矩T1与高速轴输入端转速n2、扭矩T2进行测量从而计算得任意时间端的减速机的实时效率。

（2）吊具系统效率研究，吊具系统通常由卷筒、吊钩、钢丝绳和滑轮等件组成，将他们组成一个串行吊装系统进行分析，通过黑箱理论对其进行研究分析，从而得到吊具系统传动效率。

4 传动系统振动分析

在起重机起升机构中，由于齿轮传动系统的振动，常常导致停机事故，不但影响生产效率，还存在巨大的安全隐患，因此对传动系统振动进行分析，从而保证起重机安全稳定运行，根据以往案例经验进行分析，产生振动主要有如下几个方面：（1）开式齿轮承载支撑系统本身的固有频率与其齿合频率接近，导致整个系统发生共振现象，再加上齿合不良，将振动进一步放大。通常有效解决措施为：①对支撑件进行加固；②局部增加弹性元件；③对齿合间隙进行调整，降低误差。（2）减速箱与开式齿轮传动系统中的小齿轮刚性连接，增加其齿面摩擦，影响整体齿合机制，使得本身固有振动频率放大，因此，通过采用专用润滑剂，增加齿合面润滑降低齿面磨损，从而保证良好齿合状态。

5 起重机械液压传动

液压传动是现代流动式起重机广泛采用的传动方式。它通过液压泵将内燃机的机械能转变成液压油的液压能，在各种液压控制元件的控制下，将液压能传递给各机构的液压执行元件，还原成机械能。

结语

随着起重机传动系统不断研究、改进、新技术的实际应用，必然使起重机技术产生革命性的发展，使国产起重机在国际市场占有重要地位。

参考文献

[1]安存胜，马占营，聂福全.起重机齿轮传动装置轻量化技术应用现状及发展趋势[J].机械传动，2015（10）：146-150.

[2]唐朝辉，何非，李向东，等.桥式起重机传动机构效率检测方法研究[J].中国农机化学报，2016（37）：140-143.

[3]曾汉生，唐朝辉，童一飞，等.桥式起重机传动机构效率检测研究[J].机械设计与制造工程，2015（12）：67-69.

[4]刘宝军.大型门式起重机开式齿轮传动系统振动原因分析[J].装备制造技术，2012（7）：148-156.