周小川

【摘 要】上汽通用五菱汽車股份有限公司某側(cè)圍生產(chǎn)線采用某品牌電動(dòng)葫蘆吊運(yùn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)用電動(dòng)葫蘆和生產(chǎn)線使用環(huán)境的分析，提出了某品牌電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)的提速方案，根據(jù)最佳方案對(duì)某品牌電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造驗(yàn)證，某電動(dòng)葫蘆行走速度從28 m/min提速至35 m/min。文章經(jīng)過(guò)詳細(xì)的研究分析，提供了一種改造方案，通過(guò)改造的方式彌補(bǔ)設(shè)備出廠短板，對(duì)其他類似需求的改造具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)葫蘆;行走機(jī)構(gòu);設(shè)備改造

【中圖分類號(hào)】TH211.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）11-0118-02

1 背景

因市場(chǎng)及生產(chǎn)需求，上汽通用五菱汽車股份有限公司某側(cè)圍生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)劃由20 JPH提升至40 JPH。在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中，有4臺(tái)電動(dòng)葫蘆最快行走速度無(wú)法滿足節(jié)拍要求，形成瓶頸，人員操作、工藝等方面已無(wú)法提速，只能從電動(dòng)葫蘆尋找突破口。咨詢某電動(dòng)葫蘆供應(yīng)商后，得到的答復(fù)是其生產(chǎn)的電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)最快行走速度為28 m/min，已經(jīng)是各品牌相同規(guī)格行走機(jī)構(gòu)的最快速度，無(wú)法提速。供應(yīng)商提供的行走速度為額定負(fù)載下最高行走速度，此規(guī)格電動(dòng)葫蘆的額定負(fù)載為0.8 T，而側(cè)圍電動(dòng)葫蘆的實(shí)際負(fù)載僅為0.2 T，意味著行走電機(jī)的實(shí)際功率未達(dá)到額定功率，在保證安全和設(shè)備正常運(yùn)行的前提下對(duì)速度進(jìn)行提升，可能就是解決項(xiàng)目提速瓶頸的突破口。因此，需要對(duì)整套電動(dòng)葫蘆進(jìn)行詳細(xì)的分析、對(duì)比。

2 額定載荷與非額定載荷下的理論速度

2.1 忽略電動(dòng)葫蘆啟動(dòng)的過(guò)程和吊具擺動(dòng)造成的影響

額定載荷下，當(dāng)電動(dòng)葫蘆做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，行走機(jī)構(gòu)提供的牽引力F額大小等于所受滾動(dòng)摩擦力f額，方向相反。

F額=f額=μN(yùn)額

其中，μ為行走輪與軌道的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，是常數(shù);N額等于整套電動(dòng)葫蘆、吊具、車體所受的總重力，為800 kg。

行走機(jī)構(gòu)輸出功率：

P額= F額×V額

其中，V額=28 m/min。

非額定載荷下，當(dāng)電動(dòng)葫蘆做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，行走機(jī)構(gòu)提供的牽引力F非的大小等于所受滾動(dòng)摩擦力f非，方向相反。

F非=f非=μN(yùn)非

其中，μ為行走輪與軌道的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，是常數(shù);N非等于整套電動(dòng)葫蘆、吊具、車體所受的總重力，為200 kg。

行走機(jī)構(gòu)輸出功率：

P非=F非×V非

由于行走機(jī)構(gòu)的速度是恒定的，所以V非=V額=28 m/min;如果通過(guò)更改結(jié)構(gòu)，把行走機(jī)構(gòu)的速度加快，則行走機(jī)構(gòu)輸出功率相應(yīng)增大，當(dāng)P非=P額時(shí)：

V非====112 m/min

2.2 電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)啟動(dòng)過(guò)程

可以將整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化為勻加速的直線運(yùn)動(dòng)，加速時(shí)間為0.5 s，行走機(jī)構(gòu)提供的牽引力：

F=ma

其中，m為整套電動(dòng)葫蘆、吊具、車體的總重量，a為行走加速度。

電動(dòng)葫蘆行走電機(jī)的功率、扭矩、輸出轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

T=9 549 p/n

其中，T為行走電機(jī)輸出扭矩，P為行走電機(jī)輸出功率，n為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，為常數(shù)。

當(dāng)行走電機(jī)輸出功率保持額定功率時(shí)，輸出扭矩T恒定，電機(jī)輸出齒輪受力恒定，是安全可靠的，行走機(jī)構(gòu)的牽引力是通過(guò)更改減速器傳動(dòng)比增大的，在保證減速箱各零部件強(qiáng)度的情況下，不會(huì)對(duì)行走電機(jī)造成影響。

但是由于加速時(shí)間一樣，最終速度越快，加速度越大，則吊具的擺動(dòng)幅度越大，且可能因?yàn)樾枨蟮尿?qū)動(dòng)力過(guò)大而產(chǎn)生打滑，增加啟動(dòng)時(shí)間，而且電動(dòng)葫蘆廠家未提供行走電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)，因此只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況和正常情況下的吊具擺動(dòng)幅度進(jìn)行估算，在不考慮行走機(jī)構(gòu)減速器機(jī)械機(jī)構(gòu)的情況下，最高行走速度提速幅度應(yīng)不大于50%，即不超過(guò)42 m/min。

3 電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及更改方案選擇

某電動(dòng)葫蘆行走機(jī)構(gòu)的行走電機(jī)為齒輪減速三相異步電動(dòng)機(jī)的一種，由高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)與齒輪減速器直接耦合而成，行走機(jī)構(gòu)由齒輪減速器連為一體，經(jīng)4級(jí)變速，將電機(jī)的扭矩傳遞到行走輪上。

齒輪減速器可簡(jiǎn)化為如圖1所示。

要提升驅(qū)動(dòng)輪的輸出轉(zhuǎn)速，有4種更改方式可以實(shí)現(xiàn)：①改變Ⅰ級(jí)減速比，增大齒輪1，減小齒輪2;②改變Ⅱ級(jí)減速比，減小齒輪2，增大齒輪3;③改變Ⅲ級(jí)減速比，增大齒輪3，減小齒輪4;④改變Ⅳ級(jí)減速比，減小齒輪5，增大驅(qū)動(dòng)輪。

其中，齒輪1為行走電機(jī)輸出齒輪，與電機(jī)轉(zhuǎn)子連為一體，無(wú)法更改;齒輪2安裝在電機(jī)上，安裝方式固定，更改后無(wú)法與齒輪1嚙合，所以齒輪2無(wú)法更改;齒輪3與齒輪2連為一體，就是圖2驅(qū)動(dòng)部分中的變速齒輪，齒輪3可以更改，但增大后，齒輪3與齒輪4的中心距增大，行走電機(jī)在墻板上的安裝位置將發(fā)生改變，如移動(dòng)幅度過(guò)大，將造成電機(jī)無(wú)法安裝、行走電機(jī)輸出齒輪1與掛軸干涉。齒輪4和驅(qū)動(dòng)輪可以更改，但由于此處需要卡在軌道上，驅(qū)動(dòng)輪與齒輪4直徑差不能減小，只能同時(shí)增大，齒輪4增大的幅度比驅(qū)動(dòng)輪小，要達(dá)到理論速度，驅(qū)動(dòng)輪體積會(huì)特別大，與現(xiàn)有軌道無(wú)法配合使用，且驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)軸承是焊在墻板上的，不易拆卸，整體加工成本較高，最佳方案就是增大齒輪3，此方案只需加工一個(gè)變速齒輪，并對(duì)現(xiàn)有墻板結(jié)構(gòu)進(jìn)行銑削加工。

改造后示意圖如圖2所示。

4 變速齒輪

4.1 測(cè)量、計(jì)算原齒輪參數(shù)，計(jì)算更改后齒輪3齒數(shù)

因篇幅限制，以下僅列出結(jié)果，未列計(jì)算步驟。

模數(shù)Mn2=1;齒輪2齒數(shù)Z2=103;齒輪2變位系數(shù)X2=0;齒輪2齒寬B2=9 mm;齒頂高系數(shù)ha*=1.00;頂隙系數(shù)c*=0.25;壓力角α*=20°。

模數(shù)Mn3=2;齒輪3齒數(shù)Z3=18;齒輪3變位系數(shù)X3=0.5;齒輪3齒寬B3=20 mm;齒頂高系數(shù)ha*=1;頂隙系數(shù)c*=0.25;壓力角α*=20°。

模數(shù)Mn4=2;齒輪4齒數(shù)Z4=76;齒輪4變位系數(shù)X4=-0.5;齒輪4齒寬B4=20 mm;齒頂高系數(shù)ha*=1;頂隙系數(shù)c*=0.25;壓力角α*=20°。

齒輪3與齒輪4的嚙合參數(shù);總變位系數(shù)Xsum=0;標(biāo)準(zhǔn)中心距A0=94（mm）。實(shí)際中心距A=94 mm。

根據(jù)電機(jī)的安裝位置、掛軸與電機(jī)輸出齒輪的距離，可以計(jì)算出更改后齒輪3與齒輪4的最大中心距為99 mm，由于總變位系數(shù)為0，則齒輪3的分度圓直徑d3=46 mm，則齒數(shù)Z3=23，實(shí)際取Z3=22。

4.2 計(jì)算更改后齒輪3后行走電機(jī)速度

在保持其他參數(shù)不變的前提下，只更改齒輪3的參數(shù)，則V改前∶V改后=Z 3改前∶Z 3改后，代入數(shù)據(jù)，V改后=34.22 m/s。

4.3 計(jì)算改后齒輪3的參數(shù)

因篇幅限制，以下僅列出結(jié)果，未列計(jì)算步驟。

模數(shù)Mn3=2;齒輪3齒數(shù)Z3=22;齒輪3變位系數(shù)X3=0.5;齒輪3齒寬B3=20 mm;齒頂高系數(shù)ha*=1;頂隙系數(shù)c*=0.25;壓力角α*=20°。

4.4 齒輪強(qiáng)度校核

因篇幅限制，以下僅列出結(jié)果，未列計(jì)算步驟。

強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)：齒輪3接觸疲勞強(qiáng)度許用值[σH]3=1 018.5 MPa;齒輪3彎曲疲勞強(qiáng)度許用值[σF]3=863.5 MPa;齒輪4接觸疲勞強(qiáng)度許用值[σH]4=1 018.5 MPa;齒輪4彎曲疲勞強(qiáng)度許用值[σF]4=863.5 MPa;接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力σH=833 MPa;接觸疲勞強(qiáng)度校核σH≤[σH]=滿足;齒輪3彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力σF3=185.8 MPa;齒輪4彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力σF4=192.5 MPa;齒輪3彎曲疲勞強(qiáng)度校核σF3≤[σF]3=滿足;齒輪4彎曲疲勞強(qiáng)度校核σF4≤[σF]4=滿足。

5 行走機(jī)構(gòu)更改驗(yàn)證

通過(guò)更換齒輪3、更改行走電機(jī)安裝位置、更改掛軸結(jié)構(gòu)，電動(dòng)葫蘆行走速度滿足提速需求。

因篇幅限制，行走電機(jī)齒輪3、安裝墻板、行走電機(jī)、掛軸等零部件的改造圖紙此文省略。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證及幾個(gè)月的實(shí)際使用，設(shè)備運(yùn)行正常，吊具擺動(dòng)幅度可控，改造成功。

6 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)葫蘆作為一種常用吊裝設(shè)備，廣泛應(yīng)用于汽車制造四大工藝車間，在電動(dòng)葫蘆設(shè)備的選型過(guò)程中，往往遇到規(guī)格參數(shù)無(wú)法匹配應(yīng)用場(chǎng)合的情況，本文經(jīng)過(guò)詳細(xì)的研究分析，提供了一種改造方案，通過(guò)改造的方式彌補(bǔ)設(shè)備出廠短板，對(duì)其他類似需求的改造具有一定的參考價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第8版.北京：高等教育出版社，2011.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：機(jī)械傳動(dòng)（單行本）[M].第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3]張志文.起重機(jī)械手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.