姚鸿云
摘 要：对起升设备而言，其安全性尤为重要，在失去动力时，必须立刻锁定停机，不能出现下滑现象。征对这一情况，研发一种起升设备自锁装置，它的关键零件有输入齿轮轴、大齿轮、螺纹圆柱销、调节块、螺纹轴、刹车盘、摩擦片、棘轮、棘爪、扭簧、C型制动块等。它具有安全性高，动作响应快，机械效率高，体积小，结构紧凑，应用范围广等优点。
关键词：自锁装置 起升设备 结构紧凑 应用范围广
中图分类号：U463.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（c）-0061-02
1 技术背景
目前在起重运输机械等设备中，广泛采用外包块式制动器，通常用弹簧或重锤紧闸，当电动机起升时，通过与其串联的松闸器自动松闸，有时也用人力松闸。这种制动器，只能应用于电力液压驱动的起升设备，并且在故障断电的情况，重物很难通过手动释放，安全、平稳的降落到地面上;在有些要求防爆或特殊要求的场所，通常使用气力驱动的起升装置，当气源因故障切断时，处于安全考虑，必须手动释放重物，使其安全、平稳的降落到地面上，通常采用自锁式阿基米德蜗轮蜗杆装置，但其传动效率很低，自锁时仅为0.4～0.45，为解决上述问题，设计了一款具有安全性高，动作响应快，机械效率高，体积小，结构紧凑，应用范围广的自锁式传动机构[1]。
2 技术方案
自锁式传动机构采用棘轮棘爪配合刹车盘调整块等部件实现自锁。自锁式传动机构，包括上轴承、输入齿轮轴、大齿轮、螺纹圆柱销、调节块、螺纹轴、下轴承、平键、轴承、刹车盘、摩擦片、铆钉、棘轮、棘爪、扭簧、C型制动块等。C型制动块固定在传动箱体上，棘爪通过螺栓轴与C型制动块连接，扭簧穿过螺栓轴，一端卡在棘爪背面，另一端卡在C型制动块的C型槽内，扭簧、棘轮与棘轮互相配合，其中扭簧采用不锈钢，耐腐蚀性强;输入齿轮轴与传动箱体通过轴承连接，刹车盘与螺纹軸通过平键连接;棘轮装置由棘轮盘及两片摩擦片通过铆钉铆接，内孔镶嵌铜合金衬套，其中，摩擦片采用加铜、不含石棉制品的，铆钉采用铜铆钉，棘轮装置的内孔套在刹车盘上，与刹车盘间隙配合;大齿轮通过矩形螺纹与螺纹轴螺纹连接，并且在大齿轮的右端铰钻2个均布的螺纹孔，用于安装螺纹圆柱销;调节块根据2个螺纹圆柱销的位置，通过螺纹轴右端部的正七方形花键与其间隙配合，螺纹轴通过轴承与箱体连接[2]。
3 结构及工作原理
如图1和图2，负载起升时，通过电动马达、液压马达、气动马达或人力转动输入齿轮轴从而带动大齿轮向相反的方向转动，通过矩形螺纹传递运动，使大齿轮沿轴向往棘轮装置方向运动，从而推动棘轮装置沿轴向同方向直线移动，形成大齿轮端面与刹车盘端面加紧棘轮装置。这时，大齿轮通过矩形螺纹扣带动螺纹轴向同一个方向旋转，调节块通过与螺纹轴配合的正七方形花键一起转动，螺纹圆柱销与调节块不接触。这时，棘爪从棘轮的齿背上滑过，螺纹轴输出动力带动负载起升。
负载起升过程中，需在中途任意停止时，螺纹轴在负载重力作用下向相反的方向转动，通过矩形螺纹传递运动，使大齿轮沿轴向往棘轮装置方向运动，从而推动棘轮装置沿轴向同方向直线移动，形成大齿轮端面与刹车盘端面加紧棘轮装置，这时，大齿轮的旋转方向发生改变，朝相反的方向旋转。那么，棘爪锁定棘轮的齿面上，保证重物不下滑。
负载下降时，通过电动马达、液压马达、气动马达或人力反方向转动输入齿轮轴，从而带动大齿轮朝着与其相反的方向旋转，通过矩形螺纹传递运动，使大齿轮沿轴向往棘轮装置相反方向运动，从而松开棘轮装置，使其与大齿轮端面及刹车盘端面产生间隙。当间隙达到设定距离后，螺纹圆柱销卡在调节块上，调节块通过正七方形花键把动力传递给螺纹轴，螺纹轴与大齿轮同方向旋转。这时，棘爪锁定在棘轮的齿面上，棘轮装置在刹车盘轮毂外圆面做滑动圆周运动，使重物下降。
负载下降过程中，需在中途任意停止时，重物在重力作用下带动螺纹轴转动，大齿轮通过与矩形螺纹传递运动，使其沿轴向往棘轮装置方向运动，从而推动棘轮装置沿轴向同向直线移动，形成大齿轮端面与刹车盘端面加紧棘轮装置，螺纹圆柱销与调节块不接触。这时，棘爪锁定棘轮的齿面上，保证重物不下滑。
由于螺纹圆柱销承载很大的剪切力，优选方式下，大齿轮上的螺纹圆柱销选用高强度合金钢，并且进行防腐处理，以保证其强度。此外，调节块选用带两个圆弧爪，保证棘轮装置上的刹车片因摩擦变薄时，有足够的补偿间隙。并且，调整块内孔采用正七方形，便于调节其与螺纹圆柱销最合适的配合位置[3]。
4 结语
本自锁式传动机构可用于船舶及海洋工程领域甲板机械起重装置，工业、交通、建筑企业中的起重装置，可用在电动、气动、液压、人力驱动的起重装置上，可用于单级及多级减速装置中，是一种简便轻巧、经济有效、安全可靠的高效率自锁式传动机构，传动效率可达0.9以上。目前已经应用于船舶甲板机械起重装置，有电动绞车，气动绞车，手动绞车等设备。
参考文献
[1] 白成志.无柱式轿车举升器的设计[J].新技术新工艺.2003（2）.
[2] 修玉松，孙红轮.柔性举升装置[J].起重运输机械.2013（12）.
[3] 刘文学，智兆华，单根立.基于故障诊断的单缸式举升装置模拟试验台液压系统设计[J].液压与气动，2011（12）.
