一种重型举升机的改进

齐力宁　赵冬智

摘要：近些年，随着我国工业的发展，尤其是汽车工业和工程机械行业的高速发展，带动了工厂自动化行业水平迅速提高。在这样的发展趋势下，输送设备及其相关行业的整体竞争格局演化加快，并在很多方面表现出了新的态势。举升机是整个输送系统中设备交接的枢纽，是整个输送系统中不可或缺的环节。

关键词：举升机；重型；传动杆；欧拉公式；临界力；屈服载荷；失稳载荷

1.引言

举升机越来越多的应用于现代化物料的存储系统中，通过其举升输送对物料实现存储和运输，传动杆作为举升机力的传递的中枢神经，发挥着极其重要的作用，本文介绍了一种重型举升机传动杆的改进。

2.举升机的组成

举升机由导向装置、连杆、传动轴装置、曲柄机构、框架、传动杆、从动轴装置、定位置、电机减速机、调整垫、定位块组成。

3.举升机工作原理

电机减速机输出轴把动力传递给曲柄机构，通过连杆带动传动杆同步运动，传动杆把力均匀的传递给前后从动轴，然后通过从动轴上的4个摆臂轮控制举升物小范围内的上升或下降。摆臂轮在带动举升物件上升或下降的过程中产生侧向力由导向装置强制克服。（摆臂轮转动灵活）

4.受压的临界力分析

改进前举升机传动杆的受力为压力，改进后举升机传动杆的受力为拉力。在材料力学里，虽然拉、压杆件的变形公式是一样的，这类变形是由大小相等方向相反，力的作用线与杆件轴线重合的一对力引起的。在变形上表现为杆件长度的伸长或缩短。但是在实际情况中，对于细长压杆施加轴向压力，当其压应力远小于材料的极限应力时，它便变弯曲，或因弯曲而折断。这种不能保持压杆原有直线平衡状态而突然变弯的现象，称为压杆直线状态的平衡丧失了稳定性，简称压杆失稳。

如上图、在杆端施加一轴向力P（上图a），当P不大时，压杆保持直线平衡状态，当沿杆轴线垂直方向施加一横向干扰力时，压杆只发生微小的弯曲（上图b），干扰力消除后，杆经过多次摆动后仍能恢复到原来的平衡状态（上图c）；当轴向力增大超过某一值Pcr时，压杆由原来的稳定平衡状态过渡到不稳定的平衡状态，即干扰力消除后，压杆不能恢复到原来的平衡状态（上图d）。这种过渡状态成为临界状态，其中Pcr称为临界力。临界力是压杆由稳定的平衡状态向不稳定的平衡状态过渡的临界点，对压杆的稳定性强弱与否起关键性作用。

5.杆件拉伸时力学性能

1、

（1）弹性阶段（ob段）变形为弹性变形（2）屈服阶段（bc 段）应力停止增加，而变形不断增加，产生塑性变形，材料失去抵抗变形的能力；（3）强化阶段（ce段）应力超过σs后，材料逐渐恢复抵抗变形的能力，产生塑性变形；（4）局部变形阶段（ef 段）局部截面迅速收缩，产生颈缩现象，f 点处断裂

6.临界力Pcr大小的影响因素

临界力Pcr的大小表征压杆失稳的难易，临界力的大小与影响压缩直杆弯曲变形的因素有关，（1）杆的长度l ：l越大，抵抗弯曲变形的能越小，Pcr就越小。（2）抗弯刚度EI：EI值越大，抵抗弯曲变形的能力就越大，Pcr值就越大。（3）杆端支承 杆端支承越牢固，越不容易发生弯曲变形，Pcr侄就越大。

综合以上几个方面，可得细长压杆的临界力计算公式——称为欧拉公式 ，即

，其中μ为支承系数——与支承形式有关的系数。

7.临界应力总图

压杆的临界应力是其柔度λ的函数，其函数图 象称为临界应力总图。如下Q235钢的临界应力总图

其中临界应力公式分界点为

——应用欧拉公式

——应用抛物线公式

工程上以λc作为分界点，这是由于在实际工程中，压杆所受的压力存在偏心等缘故。

8.计算分析

以本举升机为例：举升载荷为15吨的举升物，传动杆最大受力为P=84KN，改进前杆件受压力其长度为5000mm，改进后杆件受拉力其长度为2500mm，传动杆的材质为35钢，σp=220* N/ ，E=210* N/ 规定稳定安全系数Nw=12（考虑到人员安全性取此系数），改进前后传动杆直径d大小分析如下：

（1）改进前

传动杆的临界载荷：Pc=Nw*P=12*84KN=1008KN，查机械设计手册表1-1-124得μ=1，由欧拉公式得：Pc= = =1008000N。计算得：传动杆直径d=79mm，校核柔度λ：λ= = =377，λ1= = = 97，查机械设计手册表1-1-123 λ>λ1 压杆比例极限内稳定，计算没有问题。

（2）改进后

改进后传动杆的受力由压力改为拉力，而且改为两根传动杆受拉，每根传动杆的受力直接减小一半。

传动杆受力：P=84/2=42KN 传动杆临界载荷：Pc=Nw*P=12*42KN=504KN 查机械设计手册表3-17 取 =550Mpa 当拉杆受拉力达到材料的强度极限时Pc= * /4 即：0.86*3.14*550* =504000 计算得传动杆直径d=37mm

K-综合影响系数 取K=0.86 -材料的极限强度

综上所述不难看出，改进后的举升机传动杆直径减小，其强度大大增加，不仅节约了成本，同时提高了产品的竞争力。

参考文献：

[1]机械设计手册，ISBN978-7-122-01409-2，化学工业出版社

[2]材料力学，9787112132058，中国建筑工业出版社