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钢丝绳电动葫芦新型吊钩组设计
发布时间：2019-12-24 08:49 文章来源：未知 文章作者：admin 点击数：
0引言 吊钩组是钢丝绳电动葫芦的重要部件，与安全直接相关。用户在使用起重设备吊运物品时会直接对吊钩组进行操作。因此也是重要的人机交互部件，其外观及使用性能等会直接影
0引言
吊钩组是钢丝绳电动葫芦的重要部件，与安全直接相关。用户在使用起重设备吊运物品时会直接对吊钩组进行操作。因此也是重要的人机交互部件，其外观及使用性能等会直接影响用户对整机的感受。然而传统吊钩组外形千篇一律，不能形成自身的品牌特色，结构复杂外观粗大笨重，零件机加工繁琐生产成本高，吊钩螺母防松装置需要配做互换性差，没有考虑人性化设计操作不便，并且难以解决某些情况下吊钩偏斜及因此引起的钢丝绳磨损问题。针对上述不足，本吊钩组采用新的结构及设计理念，简化生产工艺及装配流程，增加防护装置。通过优化设计来提升吊钩组性能并降低生产成本。由于篇幅有限，本文仅介绍运用最广的额定起重量≤10t，工作级别低于M6的双滑轮吊钩组及单滑轮吊钩组。
1传统吊钩组简介
比较常见的传统吊钩组主要分为短钩型和长钩型两种，见图1，图1a为短钩型吊钩组，图1b为长钩型吊钩组，图1c为单滑轮吊钩组。其中短钩型吊钩组采用标准吊钩，主要由滑轮罩壳、滑轮组、滑轮轴、拉板、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁及吊钩等组成。滑轮罩壳主要起到挡绳及旋转件保护的功能。吊钩与吊钩螺母采用螺纹连接并通过推力轴承支承在吊钩横梁上，钩体可以在水平面内自由转动。螺纹采用圆柱销或者防松板防松。滑轮组定位并支承在滑轮轴上，通过拉板将滑轮轴与吊钩横梁相连并传递载荷。该吊钩组零部件种类较多，吊钩螺母采用锻件并且机加工要求高，与吊钩的连接螺纹防松需要配做，因此互换性差。标准横梁受尺寸限制因此需要采用锻件并且对材料要求较高。但该形式吊钩组使用较普遍，因此价格具有一定的优势，不过也很难形成自己的品牌特色，而且整体高度尺寸较大。另一种长钩型吊钩组，采用特殊的长柄吊钩，钩柄直接支撑在滑轮轴上。因此具有较少的零部件数量及较小的整体高度。但是这种设计仅适用于滑轮数目为偶数的小倍率滑轮组。另外该设计需要使用非标长柄吊钩，没有普通吊钩的批量化优势，因此生产成本较高。且吊钩组整体重心位置较高，不利于防止吊钩组空载偏斜。
单滑轮吊钩组的组成及结构与短钩型吊钩组类似不再赘述。
2新吊钩组介绍
新设计的吊钩组在总体结构、外形、材料、机加工及使用功能等多个方面进行了优化。总体结构详见图2。对于双滑轮吊钩组，采用特殊设计的横梁，将传统的滑轮轴及吊钩横梁功能合二为一，减少了零部件数量，简化了装配工艺。另外该设计可以使用标准吊钩并实现最小的整体高度尺寸。使用分体式卡块替代螺纹连接，省去了吊钩螺母，改善应力集中，避免配做简化装配。设置钢丝绳保护装置并且在设计中尽可能的降低吊钩组重心，即保护了钢丝绳又能最大程度的避免空钩偏斜的问题。对于单滑轮吊钩组，将滑轮轴、拉板及吊钩横梁整合为一个零件，并且采用分体式结构，进一步简化了零件数量和装配流程。卡块及吊钩组为系列化设计，尽量通用，减少了整个系列的零部件数量。
3新吊钩组主要在以下几个方面进行了优化。
1）滑轮优化通过有限元的方法对滑轮进行计算，优化受力结构，在满足承载能力的前提下尽量减轻其自重。减少滑轮自重不仅能降低生产成本还有助于降低吊钩组整体重心位置改善空钩使用性能。详见图3。
2）横梁优化不拘泥于传统横梁标准，采用新的材料新的制造方法及结构进行设计。优化其受力分布减少应力集中，简化生产工艺。增加操作抓手功能，提供指定的抓握位置使操作更合理，避免由于操作部位及方法不当对设备及操作人员安全造成损害。下沉式设计降低横梁重心。见图4。
3）吊钩固定方式优化螺纹固定工艺复杂应力集中程度高，防松还需要配做。因此在设计新吊钩组时，为找到一种更经济可靠的固定方式，研究并计算了多种方法，最终通过多次讨论及有限元分析，找出最优化的方案。新吊钩采用卡块固定。分体式卡块加工方便，安装及拆卸简单，工作可靠。通过寿命试验，证明其完全能满足公司相关要求及国家相关标准的规定。
4）吊钩轴端局部应力优化局部应力的大小会在很大程度上影响疲劳寿命，而局部的形状及尺寸会很大程度的影响局部应力的大小和分布。吊钩轴端部应力集中部位的优化可以有效的提高其疲劳寿命，因此对此处进行了多次有限元分析以得到最优的局部设计参数。
5）钢丝绳保护装置该部件可以避免钢丝绳与滑轮罩的碰擦，防止钢丝绳因此产生的磨损，延长钢丝绳寿命。本件为分体式设计，安装方便，特别是在更换时，无须拆卸钢丝绳。该装置安装在滑轮罩槽孔中并可以沿槽孔灵活滑动，自动跟随钢丝绳在起升及下降过程中出绳角度的变化。采用PA6GF30材料，制造方便，具有良好的耐磨性能及强度，外形美观。
2）横梁优化不拘泥于传统横梁标准，采用新的材料新的制造方法及结构进行设计。优化其受力分布减少应力集中，简化生产工艺。增加操作抓手功能，提供指定的抓握位置使操作更合理，避免由于操作部位及方法不当对设备及操作人员安全造成损害。下沉式设计降低横梁重心。见图4。
3）吊钩固定方式优化螺纹固定工艺复杂应力集中程度高，防松还需要配做。因此在设计新吊钩组时，为找到一种更经济可靠的固定方式，研究并计算了多种方法，最终通过多次讨论及有限元分析，找出最优化的方案。新吊钩采用卡块固定。分体式卡块加工方便，安装及拆卸简单，工作可靠。通过寿命试验，证明其完全能满足公司相关要求及国家相关标准的规定。
4）吊钩轴端局部应力优化局部应力的大小会在很大程度上影响疲劳寿命，而局部的形状及尺寸会很大程度的影响局部应力的大小和分布。吊钩轴端部应力集中部位的优化可以有效的提高其疲劳寿命，因此对此处进行了多次有限元分析以得到最优的局部设计参数。
5）钢丝绳保护装置该部件可以避免钢丝绳与滑轮罩的碰擦，防止钢丝绳因此产生的磨损，延长钢丝绳寿命。本件为分体式设计，安装方便，特别是在更换时，无须拆卸钢丝绳。该装置安装在滑轮罩槽孔中并可以沿槽孔灵活滑动，自动跟随钢丝绳在起升及下降过程中出绳角度的变化。采用PA6GF30材料，制造方便，具有良好的耐磨性能及强度，外形美观。
6）总体高度尺寸及重心位置优化减小吊钩组总体高度有利于拓展吊钩的工作极限位置。很显然新吊钩组的结构与传统吊钩组相比具有非常明显的优势，特别是双滑轮吊钩组。但是总体高度的减小会在一定程度上引起重心位置上移不利于吊钩组的空载稳定性。而新吊钩组通过减轻滑轮自重降低横梁重心及设置钢丝绳保护装置等避免了该情况。
3FEA分析
所有新设计的主要受力部件均运用Ansys有限元分析软件进行计算。模型的简化、加载及边界条件应与实际情况相一致并按标准要求考虑多种工况。因篇幅有限，有限元计算的过程不做描述。
4试验
所有零部件的材料、尺寸公差、机加工及装配都必须满足图纸的要求。所有零部件必须经过检验合格后方可用于试验。此处的试验是指寿命试验，吊钩及吊钩组其它试验应按相关国家规定进行，此处不做赘述。本试验采用液压疲劳试验机，通过试验工装固定并加载，详见图9。载荷为0.01倍额定载荷到1.3倍额定载荷，试验频率2.5Hz。经试验验证，该形式吊钩组完全满足公司标准及相关国家规定的要求。
5总结
新吊钩组对滑轮进行优化减轻其自重，采用新设计的横梁将多个零部件的功能进行整合减少了装配件数量，采用分体式卡块固定吊钩替代螺纹连接简化生产工艺及流程，卡块等采用系列化设计减少零件数量，优化吊钩轴端部结构减小应力集中，优化总体高度尺寸拓展工作范围，设置横梁抓手规范操作，设置钢丝绳保护装置提高钢丝绳寿命并改善吊钩组空载稳定性。并通过寿命试验证明其完全满足相关规定的要求。