5t旋臂起重机的稳定性设计

5t旋臂起重机的稳定性设计
曹伟;刘晓超
【摘要】Slewing crane single support has poor stability, large vibration, structure under optimization problems. 5t slewing crane adopts double driving double support design, with compact structure, it is safe and reliable to use, and convenient to maintain. Compared with ordinary slewing crane,it has the advantages of heavy lifting goods,big rotating radius and strong stability.%针对旋臂起重机的单支撑稳定性差、振动大、结构欠优化等问题，5t旋臂起重机采用双驱动双支撑设计，结构紧凑，使用安全可靠，维修简单方便，与普通旋臂起重机相比，具有起吊货物重、旋转半径大、稳定性增加。

【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】4页(P68-70,87)
【关键词】旋臂起重机;双驱动;双支撑;横臂机构;稳定性;挠度;刚性
【作者】曹伟;刘晓超
【作者单位】河南工业和信息化职业学院，河南焦作 454000;河南工业和信息化
职业学院，河南焦作 454000
【正文语种】中文
【中图分类】TH213
0 引言
5t旋臂起重机用于机加工车间大型零部件的工件装卸，组装车间的装配和修理，铸造车间大型物品的吊装工作。

尤其适用于流动性强的物品转运和移动，比传统龙门吊简单灵活，比天车轻巧紧凑。

1 结构组成
5t旋臂起重机由立柱、横臂机构、支撑系统和电器控制系统等四大部分组成，如图1、图2所示。

1.1 立柱
该部分由底板、加强板、立柱体、旋转轴盘、旋转轴组件等组成。

底板可固定在水泥基础上（固定式）或固定在移动汽车上（移动式）。

机体可绕旋转轴座在345°或360°范围内转动。

1.2 横臂机构
该部分由横臂、工字钢、旋转套、支撑板、限位块和电动葫芦等部分组成。

旋转套一端通过立柱旋转轴头部连接后，在立柱和横臂机构的有机组合下，电动葫芦可以实现起吊重物的垂直升降，同时，在工字钢下沿的两侧由两对滚轮作水平往复直线运动[1]。

图1 5t旋臂起重机总装图
图2 5t双驱动双支撑图
1.3 支撑系统
该系统由支撑臂、连接板、变速箱、销轴、旋转滚轮等组成。

在对横臂起支撑作用的同时，增加横臂的抗弯性，来增强横臂的强度。

当操作者按正反按钮后，交流接触器通过吸合、脱开，接通电源带动横臂机构旋转移动，从而带动重物沿旋转轴线做正或反旋转运动。

旋臂起重机速度可根据用户需要在8 m/min（钢丝绳电动葫
芦）或1～6.3 m/min（环链电动葫芦）内调节[2]。

1.4 电器控制部分
该部分由电动机、塑壳式断路器、熔断器、控制按钮、交流接触器、小型继电器、控制变压器等组成。

本机使用三相380 V、50 Hz工作电源，控制电路使用24 V 电源。

电源进线可以从机座底部或电器箱左侧引入。

当塑壳式断路器打开后，按下控制按钮的上升或下降按钮时，电器系统开始工作。

大吨位的旋臂起重机一般起吊货物体积大、重量大，有线控制按钮操作不方便时，根据用户的需求可以采用无线遥控（图3）控制起吊重物的上升或下降、水平左右移动、正反旋转或静止状态。

2 双支撑
2.1 双支撑的构成
如图4所示，双支撑由支撑板、变速箱、旋转滚轮等组成。

图3 无线遥控按钮图
图4 双支撑结构图
2.2 工作原理
（1）当起吊重物时，双支撑的两个变速箱上，总共四个滚轮同时受力正向或反向旋转，带动重物旋转运动。

（2）当静止时，四个滚轮支撑重物，弯曲挠度减小，定位准确。

支撑板增大了横臂支撑点的位置，横臂刚性增加，减小了挠度变形；四个滚轮支撑在立柱腰带上，减小立柱弯曲变形，提高了整机的稳定性。

双支撑功能，增大了吊臂支撑点到旋转中心的跨距，提高了吊臂刚性，减小了弯曲挠度，吊装精度高，同时与单支撑相比，起吊货物重，旋转半径大，振动小，噪声低，结构新颖紧凑，使用安全可靠，维修简单方便，能使重物更加可靠和安全地搬运[3-4]。

3 双驱动
一般生产的旋臂起重机，采用单驱动的方法进行横臂的正向或反向旋转，由于驱动力小，旋转滚轮打滑，运动平稳差。

而双驱动旋臂起重机既使用了双动力的方法，又增大了横臂的支撑位置，受力后挠度变形尺寸大幅度减小，驱动力大、传动平稳、反应快、稳定性高。

（1）双驱动特性具有以下特点：
1）精度高：在定位精度要求较高的情况下，保证吊运货物的稳定性和一致性，缩短吊运时间；
2）快速响应：良好的快速响应特性，按要求运动、静止的响应迅速快捷；
3）低速大扭矩：起重吊运设备要求低速时，有大的转矩输出，双驱动突出地显现此优点特性；
4 变速箱
变速箱（图5）由三对相互啮合的齿轮逐级减速来实现低速运动，解决了起吊重物移动时，摆动大、横臂抖动大、冲击力大等弊端。

图5 变速箱总装图
齿轮齿轮一齿轮二齿轮三m 2.5 3 3齿数Z1=23，Z2=53 Z3=14，Z4=49
Z4=49，Z5=31
摆线针轮减速机型号：BLU1-71-0.55。

5 横臂挠度变形比较
弯曲变形的总挠度等于立柱变形挠度加上横臂变形挠度之和（图6）。

总变形
其中：p——1.4（安全系数）×起吊重量+电葫芦自重；
a——横臂的有效旋转半径；
L——立柱的有效高度；
E——钢材的弹性模量（E=2.1×106 kg/cm2）；
J——钢材的惯性矩（立柱用钢管，横臂用工字钢）。

图6 挠度变形图
以横臂的旋转半径5 000 mm，起吊高度5 000 mm，起吊重量5 000 kg为例进行分析比较。

5.1 单支撑横臂挠度变形
p=1.4×5000＋460=7 460 kg；a=500 cm；L=600 cm；
E=2.1×106 kg/cm2；J1(立柱用钢管）=J2(横臂用工字钢)=68 512.5 cm4代入以下公式：
5.2 双支撑横臂挠度变形
p=1.4×5 000＋460=7 460 kg；a=400 cm ；
L=500 cm；
E=2.1×106 kg/cm2；J1(立柱用钢管）=J2(横臂用工字钢)=68 512.5 cm4代入以下公式：
5.3 单、双支撑横臂挠度变形差异
单支撑横臂挠度δy=6.949 cm；双支撑横臂挠度δy=3.66 cm。

两种支撑方式挠度变形相差为双支撑横臂挠度变形比单支撑横臂挠度变形减小量约为一半，效果显著，稳定性大幅度提高[7]。

6 同类产品技术的对比分析
（1）旋臂起重机双支撑功能，能使重物更加可靠和安全地搬运。

（2）旋转中设置了双驱动装置，在大吨位重物的旋转时动力足，避免了旋臂起重机起吊开始时横臂动，而重物短时间静止的发生。

（3）克服了单驱动由于驱动力小选转滚轮打滑、运动平稳差的问题。

（4）传动稳定，反应快，振动小，噪音低、安全性高。

7 结语
5t旋臂起重机采用双支撑功能，使重物能更加可靠的搬运。

旋转中设置了双驱动
装置，在大吨位重物的旋转时，具有动力足，避免了旋臂起重机起吊开始时横臂抖动。

克服了单驱动由于驱动力小旋转滚轮打滑，运动平稳差的问题，使5t旋臂起
重机的稳定性增大、安全提高。

目前，5t旋臂起重机应用领域主要是机械加工制造行业，而它比机械手成本低、
实用，比汽车吊简单、可靠，比天车灵巧、方便，若将5t旋臂起重机进一步改进，可以极大地拓展其适用的行业。

参考文献：
［1］郭芝俊，左宝山，张桂芳，等.机械设计便览［M］.天津：天津科学技术出
版社，1996.
［2］卢秉恒.机械制造技术基础［M］.北京：机械工业出版社，1999.
［3］陈玮璋.起重机金属结构［M］.北京：人民交通出版社，2002.
［4］张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机械设计手册［M］.北京：中国铁道出
版社，1997.
［5］姚敏，尹建辉.定柱旋臂式起重机的受力计算［J］.起重运输机械，2004（7）：27-30.
［6］刘长江.旋臂起重机设计制造中应注意的问题［J］.起重运输机械，2008（11）：26-28.
［7］JB/T8906-1999.旋臂起重机［S］.。