螺旋升降機的選用

王宇， 王艷豐

（1.鄭州嘉盛科技有限公司，鄭州 450007；2.力姆泰克（北京）傳動設(shè)備有限公司，北京 100022）

1 引言

螺旋升降機又稱為絲桿升降機，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿+絲杠螺母，采用電動驅(qū)動實現(xiàn)升降功能絲杠又分為梯形絲杠、滾珠絲杠、行星絲杠三種，常用推力范圍：2.5～120t，既可單臺使用也可多臺聯(lián)動，并且提升高度可按需定制。

不同的結(jié)構(gòu)形式和裝配形式，使螺旋升降機具有安裝方便、使用靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、無噪音、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優(yōu)點，所以在輕工行業(yè)、光伏行業(yè)、冶金機械、機器人、汽車生產(chǎn)線、軍工行業(yè)等螺旋升降機應(yīng)用比較廣泛。

在實際應(yīng)用中，由于參考資料有限，許多技術(shù)人員對升降機的特性、選型、應(yīng)用還了解甚少，給升降機的推廣使用造成很大的困難，鑒于此，綜合廠家樣本、網(wǎng)站等資料并結(jié)合實踐應(yīng)用，本文重點對如何選好、用好螺旋升降機問題進行剖析。

2 設(shè)計和選型計算

2.1 計算總機的當(dāng)量載荷Ws

總機的當(dāng)量載荷即為理論最大承載量，在升降機使用過程中，應(yīng)避免超載使用，否則易導(dǎo)致升降機毀壞、設(shè)備倒塌等，嚴(yán)重的會造成機毀人亡的后果，所以，計算總機的當(dāng)量載荷時常乘以一定的安全系數(shù)，其計算公式為：Ws=最大載荷Wmax×使用系數(shù)fs，fs參考值見表1。

表1 使用系數(shù)fs參考值

2.2 計算單臺升降機的當(dāng)量載荷W

總機的當(dāng)量載荷計算完成后，載荷要均勻分解到單臺升降機上，計算時，升降機如果單獨使用，則當(dāng)量載荷W=Wmax；多臺連動時，其單臺升降機的當(dāng)量載荷W的計算公式為：W=Ws/使用臺數(shù)×連動系數(shù)fd；連動系數(shù)fd參考值見表2。

2.3 單臺升降機的負荷時間率（%ED）

單臺升降機的負荷時間率（%ED）以30分為單位計算，其中，梯形絲杠的負荷時間率不得超過20%ED，普通滾珠絲杠的負荷時間率不得超過30%ED

表2 連動系數(shù)fd參考值

2.4 輸入功率計算校核

式中：V-升降機絲杠軸（活動螺母）升降速度，mm/min。

L-絲杠螺距，mm；i-減速比；W-單臺升降機的當(dāng)量載荷，N；η-升降機的綜合效率；T0-空載扭矩，N·m。

考慮到系統(tǒng)效率低下和長待工期，選擇電機力矩要高于計算值，如果計算負載所需輸入功率超過擬選用升降機容許最大輸入功率，則提高型號或降低絲杠軸轉(zhuǎn)速后再重新計算負載。

2.5 絲桿軸穩(wěn)定性校驗

在壓力負載下過于纖細的絲桿會彎曲，因此絲桿在壓力負載下必須檢查極限軸向負載，因此當(dāng)絲杠承受軸向壓縮載荷時，要對其進行穩(wěn)定性校驗，如超過其臨界載荷值要提高型號后再計算。

式中：PCR-臨界載荷，N；d-絲桿底徑，mm；La-作用點間距離，mm；fm-支撐系數(shù)；SF-安全系數(shù)，一般 SF=4。

2.6 蝸桿軸伸的許用徑向力

蝸桿軸伸上，由于安裝齒輪、鏈輪或帶輪所產(chǎn)生的徑向力Fr，其最大許用力與起升力和型號有關(guān)。

為避免超出蝸桿的最大徑向負載Frmax，必須計算蝸桿的最小直徑Dmin。

式中：Dmin-蝸桿的最小直徑，m；Frmax-最大徑向力，N；n-蝸桿轉(zhuǎn)速，r/min；Mt-驅(qū)動扭矩，N·m。

2.7 其它校核項目

（1）當(dāng)所選類型為活動螺母時，旋轉(zhuǎn)絲桿受到振動時，應(yīng)該檢查絲桿轉(zhuǎn)速和極限轉(zhuǎn)速，并且絲桿的極限轉(zhuǎn)速nc要大于絲桿的理論轉(zhuǎn)速n2，結(jié)果見圖1。

式中：nc-絲桿的極限速度，1/min；n2-絲桿的理論速度，1/min；Lb-支撐間距離，mm。

（2）當(dāng)有橫向載荷時，需校核允許側(cè)向力

側(cè)向負載 Fs作用在絲桿和運動螺母上，增加了絲桿壓力，絲桿摩擦增加升降機壽命變短，所以要根據(jù)歐拉公式計算允許的側(cè)向負載力，若超過允許值則要外加導(dǎo)向器。

（3）當(dāng)升降機傳動配置為串聯(lián)時，即同一軸線配置了兩個或以上數(shù)量的升降機，需對各升降機輸出軸端進行強度校核。

（4）行程校核

選擇的行程在使用行程上留有余量，同時充分考慮輸出絲杠有無防塵伸縮罩、絲杠軸運動慣性、各種頂端輸出部件等。

3 選型注意事項

（1）選擇升降機時，不論靜載、動載、沖擊載荷均不得超過升降機允許承受的最大載荷，根據(jù)安全系數(shù)、使用行程、校對絲桿的穩(wěn)定性選擇具有充分容量的升降機。

（2）絲桿轉(zhuǎn)速要與承受的載荷進行搭配，對于升降機的容許最大載荷、容許外加載荷、容許絲桿的旋轉(zhuǎn)速度進行校驗，如果超過產(chǎn)品的數(shù)據(jù)將會造成升降機設(shè)備整體的重大損傷。

（3）升降機在工作時，其減速部表面溫度應(yīng)控制在-15℃～80℃的范圍之內(nèi)，確?；顒勇菽傅谋砻鏈囟纫苍谏鲜龇秶畠?nèi)；在零攝氏度以下工作時，因受潤滑油粘性變化的影響使得整機效率下降，所以必須選擇充足的驅(qū)動源。

（4）輸入軸容許轉(zhuǎn)速為1500r/min，輸入軸不得超過此轉(zhuǎn)速；驅(qū)動源的啟動扭矩應(yīng)確保在使用扭矩的200%以上；另外盡量避免選用扭矩限制器，因為目前扭矩限制器技術(shù)不夠穩(wěn)定，功能性沒有保障，小扭矩尤其突出。

（5）對于在同一軸線上連接數(shù)臺升降機時，請務(wù)必對輸入強度進行校核，使每臺升降機的扭矩都在其容許輸入扭矩之內(nèi)。

圖1 絲桿極限轉(zhuǎn)速和絲桿長度關(guān)系

（6）梯形絲杠升降機理論上具有自鎖功能，但工作在振動較大的場合會導(dǎo)致自鎖功能失靈，因此須外加一制動裝置或選擇帶有制動的驅(qū)動源；滾珠絲杠升降機本身不具有自鎖功能，為了防止由于軸向載荷和絲杠的自重而產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)，必須加制動裝置或選擇帶有制動的驅(qū)動源，并確保制動扭矩大于保持扭矩。表3為兩種升降機比較。

表3 梯形絲杠升降機和滾珠絲杠升降機比較

（7）選擇制動電機時一般都要帶釋放功能，如果不帶釋放功能，在電機斷電后，制動系統(tǒng)會將電機軸抱死，在不拆電機的情況下，升降機將無法維修。

（8）輸出頂端及附加部件的確認(rèn)

根據(jù)使用條件、灰塵的多少來選擇防塵伸縮罩；根據(jù)輸出頂端的聯(lián)接方式來選擇頂端輸出部件及其它（如計數(shù)器）。

（9）回程誤差一般控制在0.02mm以內(nèi)。

4 升降機的安裝與維護

（1）布置：通常由偶數(shù)臺升降機組成（升降臺是圓面時為3臺），升降機的絲桿在外側(cè)、蝸桿在內(nèi)側(cè)，電機或減速電機布置在升降臺內(nèi)（布置在升降臺外時第一臺升降機的蝸桿受力大易斷裂），一般每臺升降機只可以帶動另一臺從動，多了則蝸桿受力大易斷裂。

（2）安裝：總的原則“橫平豎直”，傳動軸與電機、換向器、升降機的聯(lián)結(jié)平行不能吃勁，絲桿上下垂直，升降臺的運動方向與導(dǎo)軌平行、間隙合適。平行誤差和由其產(chǎn)生的壓力將會增加動力的消耗，并且會導(dǎo)致過熱和磨損。

（3）當(dāng)升降機工作在多灰塵的場所中請務(wù)必選擇防塵罩伸縮套附件來保護絲桿，在室外使用時請務(wù)必考慮使用罩殼等裝置，使機器不直接受到風(fēng)吹雨打，常見使用環(huán)境見表4。

（4）升降機的啟動、制動對電機都有沖擊，升降臺有顫動，最好選用軟啟動方式；試運行前要檢查功能和限位開關(guān)，初次測試提升系統(tǒng)不要加負載，無異常時再逐漸增加負載，檢查任何發(fā)熱點和齒輪箱的溫升。

（5）在有負載的情況下，不要將滾珠絲杠的輸入軸驅(qū)動方式變?yōu)槭謩硬僮鳎撦d有可能會造成輸入軸旋轉(zhuǎn)非常危險；在升降機工作時，不得進行人為的強行停機，否則將使升降機受到嚴(yán)重破損。

（6）對梯形齒絲杠外徑進行磨削，達不到提高壽命的目的，因為磨絲杠外徑是為了加工長絲杠時保證絲杠中徑公差，與壽命無關(guān)；如果磨中徑齒面提高壽命，但價格將成倍增加。

表4 升降機的使用環(huán)境

（7）工作環(huán)境溫度對電機功率有較大影響（見圖2），電機實際最大輸入功率=額定最大輸入功率×溫度系數(shù)ft。

圖2 溫度系數(shù)ft隨溫度的變化曲線

（8）絲桿要定期清潔和潤滑，每500h或每18個月齒輪箱油脂必須更換，完成維護后，檢查絲桿螺母的磨損，測量絲桿和螺母之間的軸向活動量，如果超過了最大值，要全面檢查和修理，最好是送回廠家修復(fù)。如果軸向間隙磨損超過了絲桿導(dǎo)程的四分之一，必須更換螺母。

5 多臺升降機聯(lián)動的應(yīng)用注意事項

（1）同步：多臺電機或減速電機驅(qū)動時，應(yīng)相聯(lián)接以保證同步，聯(lián)接軸以萬向傳動軸較好，剛性傳動軸則用柔性聯(lián)軸器以調(diào)整安裝誤差；此外還有用伺服電機保證同步、PLC和變頻器保證同步等方案。

（2）速度：以小于10mm/s合適，速度大于10mm/s需加導(dǎo)向，否則升降臺運行時會振動；螺母運動升降機的絲桿頂端要有固定軸承座，否則絲桿會擺動。

（3）導(dǎo)向：導(dǎo)向機構(gòu)應(yīng)考慮X-Y方向的受力平衡，且多種選擇方式：桿在管中運動的直線滑軌形式；有像火車車輪在鐵軌滾動的形式；還有V型輪在角鋼滾動的形式等等。

（4）限位：升降機限位開關(guān)不能用來控制動作，它只是保護升降機不超行程，如要控制動作，則要自備限位開關(guān)直接裝在升降臺上。