一种辅助手拉葫芦作业装置的设计研究

余建业，姬冬伟，曹宇华，张志文

（陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司，陕西榆林 719200）

0 引言

手拉葫芦因具备维护简便、机械效率高、所需空间小、经久耐用等特点而广泛应用于工厂、矿山、建筑工地、码头、船坞、仓库等场所用于安装机器、起吊货物，但其具备手动工具工作强度大、工作效率低的弊端，不利于化工厂内时间紧、任务重的检维修作业。电动手拉葫芦因电机质量较重，故在日常简单的施工和维修作业过程中应用较少。考虑到化工厂普遍具备气源和气动扳手，提出一种便于携带的电动/气动拉手拉葫芦的装置并予以设计研究。该装置主要应用于化工厂的检维修作业，化工厂常备气源和气动扳手，因此该装置的基础设计为内六角驱动外接气动扳手。

1 现有装置

现阶段化工厂常用小型起重设备为手拉葫芦和电动葫芦，其中手拉葫芦成本低廉、所需空间较小、质量轻，便于移动使用但工作效率较低，电动葫芦工作效率较高但质量体积较大、成本较高，多在使用频繁的区域进行固定式安装。手拉葫芦与电动葫芦的工作结构及作业方式如下：

1.1 手拉葫芦

手拉葫芦是一种使用简单、携带方便的手动起重机械，也称“环链葫芦”或“倒链”[1]。手拉葫芦主要适用于工厂、矿山、建筑工地、码头、船坞、仓库等场所，用于安装机器、起吊货物，尤其对于露天和无电源作业场合更显示出其优越性。在化工厂检维修作业中，常使用吊带或钢丝绳将手拉葫芦挂钩固定在某高位钢梁，使用吊钩将吊环勾住，拉动手链缓慢提起重物，该过程需要检维修作业人员持续手动拉动手链，工作效率较低、工作强度较大。

1.2 电动葫芦

电动葫芦通常称为电葫芦,是一种常见的轻小型的起重设备。常见电动葫芦的控制方式有两种,一是使用按钮在地面跟随操纵,二是在司机室内操控或采用无线远距离控制。电动葫芦一般由电机、传动机构和卷筒装置或链轮机构组成。电动葫芦可以分为钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。钢丝绳电动葫芦又可以分为单速提升型、双速提升型、微型电动葫芦、卷扬机、多功能提升机等多种类型[2]。化工厂常用电葫芦为微型电动葫芦或悬臂葫芦，往往在加料或维修车间频繁进行检维修作业的固定点位安装，设备拆装位置因综合考虑现场空间安全和建造成本往往不会安装电动葫芦，化工厂常用电动葫芦结构组成如图1 所示。

图1 电动葫芦结构组成

研究发现，现阶段暂未存在同时具备所需空间小、成本低廉、便于移动且工作高效的小型起重机械，也尚未存在对借助外力辅助手拉葫芦作业装置的设计研究。

2 装置设计

2.1 结构内容

设计一种装置，能够帮助机电作业人员快速提升手拉葫芦，提高现场检维修工作效率，该装置设计主要应用于化工厂检维修作业。为实现这一目的，设想通过借助化工厂内普遍存在的外在驱动力来代替人工，并通过一种便于移动、成本低廉的简易装置实现能量的转化。

化工厂普遍存在的外在驱动力为电力和气源，考虑到电机成本较高、空间占用大且存在安全隐患，故选用气源作为装置的驱动能量。由于化工厂普遍存在气动扳手，因此无需为本装置设计单独的气源驱动结构，只需预留方驱接口，使用气动扳手辅助驱动即可产生驱动力。

手拉葫芦的手链条为交错环链结构，为贴合这一结构，在驱动装置链轮设计时参照手拉葫芦起重链轮进行设计，该设计在较好地贴合手链条产生驱动力的同时，也可将化工厂现有废旧的手拉葫芦起重链轮进行利旧，节约装置制造成本。此外，为防止手链条拖链，本装置在链轮两侧设有导线滑轮，在导向滑轮的作用下手链条与起重链轮接触面积超过起重链轮表面积的1/2，保证手链条与起重链轮的接触面积，防止工作过程中手链条拖链。

手拉葫芦还设有驱动链轮，该设计用以扩大手拉葫芦助拉装置的适用范围，在气源受限或电力受限的情况下依旧具备较好的使用性能，该部件作为本助拉装置的可选部件，将根据用户的作业现场情况和驱动需求进行删除或改造。

手拉葫芦快速助拉装置可以固定手拉葫芦的手拉链条，给手拉链条提供拉力以提升重物，驱动力可通过链轮外接电机，也可以通过内六角接头外接气动扳手。

该装置由链轮、滚动轴承组件、传动轴、轴承座支架、导向滑轮、驱动链轮和外六角方驱组成（图2）。

图2 手动葫芦快速助拉装置结构

其中，链轮主要用于缠绕手拉葫芦的链条，在受到驱动力时拉动链条运动，该链轮齿节为标准齿节，针对于非标或大型链条可配备专用链轮。滚动轴承组件主要和轴承座配合起到固定和支撑的作用。导向滑轮在链轮两侧各有一个，主要对链条起导向作用，协助链轮拉动链条。驱动链轮主要用于外接电机驱动时连接使用。六角方驱主要用于外接气动扳手的套筒，给装置提供动力。

此外，本装置还有一个较大的优点在于其制造成本低廉，装置中链轮、滚动轴承组件、传动轴、轴承座支架和驱动方驱均可使用化工厂现有废旧材料利废制作。其中链轮可由废旧手拉葫芦制作，滚动轴承组件和传动轴可用维修机泵替换下来的旧轴承和旧轴加工制作，轴承座支架也可由现场普遍存在的角钢焊接制造，且制造工艺较为简单，可以由化工厂维修车间自行制造并予以使用。

2.2 使用方法

使用时，首先安装手拉葫芦正常操作流程悬挂手拉葫芦，捆绑并使用手拉葫芦吊钩悬挂被吊重物，操作完成后执行以下步骤：

（1）把该装置整体放到现场较为平整的作业平台、地面或制作的架子上，作业时人为用脚踩住轴承座支架防止装置移动。

（2）把手拉葫芦的链条穿过两个导向滑轮缠绕在链轮上，使链条与齿槽相贴合，在执行本步骤前应提前检查链轮转动是否正常，防止出现机械故障。

（3）方驱处选择合适的套筒连接气动扳手，通过气动扳手旋转带动链轮旋转进而拉动链条，操作时气动扳手扭矩不应设置过高，建议使用操作力矩为400 N·m。

（4）通过力的传递，手拉葫芦的手链条被链轮驱动不断提拉，此时被吊重物将在手拉葫芦作用下将被缓缓提起。

（5）每6 个月对该装置的链轮及轴承进行一次维护保养，确保装置在使用时处于较好的工作状态，防止装置轴承位置卡涩进而带来安全隐患。

考虑到本装置的使用作为手拉葫芦的辅助装置，其正常工作依托于常规的手拉葫芦，故装置配合手拉葫芦使用时依旧应该遵循手拉葫芦的起吊原则，坚持“十不吊”，把好安全关。

3 装置不足之处与优化方向

该装置通体选用质量较轻的材料，在具备便于移动和多点位使用优点的同时产生了稳定性不足的弊端。此外，该装置外接气动或电动驱动时运转速度较快，存在一定的安全隐患。

在该装置应用于现场检维修实践后，根据使用效果对其不足之处进行优化，采取在其底部加设快速固定装置、加装恒定驱动力棘轮保护装置等措施，对产品进行持续优化。

4 结语

辅助手拉葫芦作业装置的设计应用，提高了时间急、任务重的化工厂检维修作业效率，在一定程度上提高了小空间吊装位置手拉葫芦吊装重物时的工作效率，降低了一线检维修作业人员的劳动强度，具备一定的现实意义。