[科普中国]-变幅机构

简介

变幅机构按其实现方法变幅可分为运行小车式变幅和臂架式变幅两种，后者又可分为伸缩臂架式和摆动臂架式；按工作要求，可分为非工作性变幅和工作性变幅；按性能要求．可分为非平衡式变幅和平衡式变幅。

运行小车式变幅是依靠载重小车沿水平臂轨道运行来实现变幅的，如岸边集装箱起重机的运行小车。摆动臂架式变幅则是依靠臂架在垂直平面绕其铰轴的摆动来实现变幅的，是港口起重机中最为常见的变幅方式，如门座起重机的变幅机构。

非工作性变幅是指不带载变幅，其特点是变幅次数少、变幅速度较低。工作性变幅是指带载变幅，其特点是变幅运动为起重机每一工作循环的主要运动成分，变幅频繁、变幅速度较高．这种变幅方式有利于改善起重机的机动性和扩大起重机的服务范围。

平衡式变幅是指在变幅过程中物品重心可沿水平线或近似水平线移动，臂架（或臂架系统）的自重通过活动平衡重平衡，且使两者的合成重心在变幅过程中沿水平线或近似水平线移动或固定在一点不动。也可不通过活动平衡重而依靠臂架系统自身的构造特点，使臂架（或臂架系统）的重心在变幅过程中沿水平线或接近于水平线移动。平衡式变幅常用于工作性变幅机构。非平衡式变幅是在变幅过程中，摆动臂架的重心和物品的重心都会发生升降，减小幅度时会消耗较大的驱动功率，增大幅度时又有位能释放，影响使用性能。非平衡式变幅主要用于非工作性变幅机构。

工作性变幅机构的速度根据用途和起重量来确定。用于装卸作业时，变幅速度取为40~90 m/min；用于安装作业时取为10～35 m/min。起重量较大时取较低值。1

变幅机构的载荷特点1、臂架不论是收幅还是伸幅，变幅过程中作用在平衡式变幅机构上的阻转矩方向是变化的、呈双向作用载荷特点；作用在非平衡变幅机构上的阻转矩方向是不变的，呈单向作用载荷特点。

2、起重机在规定幄度范围内工作时，不同幅度位置上的变幅阻转矩是变化的(变载荷特点)，变幅

电动机应按等效阻转矩来选择。

3、变幅机构的不同传动零件承受不同的惯性载荷（动载荷特点），其疲劳强度和静强度计算载荷应取不同的值。

变幅机构的驱动型式变幅机构常用的驱动型式有绳索驱动、齿条驱动、螺杆驱动和液压缸驱动等。绳索驱动主要用于非工作性变幅机构；齿条和螺杆驱动用于工作性变幅机构；液压缸驱动既用于工作性变幅机构，也用于非工作性变幅机构。

变幅机构应设有幅度指示器、终点限位开关。臂架上极限位置处应装有弹簧或橡胶缓冲装置。

绳索驱动变幅机构驱动装置的布置方式与吊钩起重机的起升机构相同。

绳索驱动方式结构简单、自重轻、布置方便、臂架承受的弯矩小，但钢丝绳易磨损。由于钢丝绳不能承受压力，因此这种驱动方式不能用于平衡式变幅机构，主要用于非工作性变幅机构及非平衡式的工作性变幅机构，如大起重萤浮式起重机（直臂架）、造船起重机和流动式起重机等的变幅机构。

设计绳索驱动变幅机构时应注意以下几点：

1、变幅滑轮组的动滑轮夹套通过拉杆或拉索与臂架端部相连，以缩短变幅滑轮组长度和变幅钢丝绳的总长度。

2、应装设防止臂架向后倾翻的装置，如安全撑杆、连杆（拉索）等，以防止臂架最小幅度时在风力、惯性力、物品偏摆力作用下或物品突然脱落时可能发生的向后倾倒。

3、应装设臂架重力下降限速装置，如人力操纵式制动器、离心式限速制动器或载荷自制式制动器。但电力驱动的变幅机构和采用自锁蜗轮传动装置的变幅机构，可以不设下降限速装置。

4、当要求统一变幅钢丝绳和起升钢丝绳的规格时，可根据最大变幅力和钢丝绳的破断拉力来确定变

幅滑轮组倍率。

5、变幅绳拉力随臂架倾角在较大范围内发生变化。计算惯性载荷较小的变幅传动零件静强度时，应按最大变幅静阻力进行汁算。进行传动零件疲劳强度和寿命计算以及电动机功率计算时，应采用等效变幅阻力。所有连接件的静强度均按最大变幅静拉力来验算。1

齿条驱动通过齿条直接驱动，如下图所示。

下图为安装在起重机人字架变幅平台上的齿条驱动装置。齿条由电动机通过卧式减速器和驱动小齿轮带动作直线运动。变幅时齿条绕小齿轮的轴线摆动，摇架及其上压轮和下托轮则保证了齿条在变幅过程中与小齿轮的正确啮合。当要求的减速比很大时，可在减速器输出端增加一级开式齿轮传动。

当齿条模数很大时，可改用针销齿条，小齿轮改为摆线齿轮，以简化制造和维修，降低成本。当变幅力很大时，可采用双齿条通过均衡装置与臂架连接。齿条驱动方式制造简单、工作可靠、安装维修方便，但齿条较易磨损。磨损后在机构起(制)动过程中会产生一定的冲击。

设计齿条变幅机构时，应注意以下几点：

(1)要防止齿条在变幅过程中与电动机及其他传动件发生干涉。解决方法，一是电动机通过浮动轴与减速器相连；二是适当提高低速轴的轴线高度，减速器成倾斜布置。此外，还要防止齿条和臂架的连接端部与其他构件之间的干涉以及齿条尾部与活动对重发生干涉。

(2)要设法减轻变幅起（制）动过程中的冲击，如采用涡轮制动器调速、变频调速、二级制动等。

(3)要装设防止齿条超行程的安全装置，如幅度指示器、行程限位器以及在齿条尾部装设的弹性止挡器等。

(4)齿条箱体通常由钢板或型钢焊接而成，箱体应按Ⅱ类载荷作用下的压弯构件进行计算。齿条到达止挡器所限定的极限位置时，还应该剩余3~4个未啮合的齿。齿条的模数按最大齿条力来确定。2