环链葫芦起重链轮的改进

冯永刚，陶文勇，邓伟林

（1.浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴 312000；2.浙江双鸟机械有限公司，浙江 嵊州 312400）

0 引言

HSH 手扳、HSZ 手拉环链葫芦是浙江某机械有限公司的主要出口产品。进入21 世纪以来，随着全球经济一体化的加快，中国经济突飞猛进，中国起重设备市场也逐渐成为国际起重设备市场重要的一部分。其中环链葫芦的快速发展，短短几年内已有了相当大的进步。20 世纪末部分外资企业进入中国市场，加入了中国市场的竞争，加之我国起重行业的不断扩大、发展，因此，起重葫芦市场价格、质量竞争激烈。作为葫芦中的心脏——起重链轮对葫芦的质量起到了决定性的作用。据信息反馈，葫芦在起重时，链条爬链、咬链、链轮断裂现象普遍存在。虽然采取了各种措施，但效果不明显。所以，必须对原有的工艺进行改进，解决葫芦在起重时的爬链、咬链、链轮断裂现象。

1 传统起重链轮的优缺点分析

在传统的制造中起重链轮采用球墨铸铁（QT1200-1）材料制造。因球墨铸铁链轮具有耐磨性高、润滑性好、铸造效率高、加工周期短等优点。其缺点主要是由于球墨铸铁链轮属砂型浇注件，铸件的连接或转角部分容易产生内应力、缩孔和缩松，而起重链轮的链窝应一次浇注成形，更需符合图纸要求，虽然环链起重链轮安装要求精度低，而承载能力较大，有一定的缓冲和减震性能，结构尺寸更为紧凑，如不符合图纸要求易发生跳齿或急速反向运动。但铸件因缩孔、缩松等原因很难保证产品的质量。因此，起重链铸造工艺严格、废品率高，一旦铸造或球化不合格，韧性下降，即产生断裂，极易造成重大事故。

2 第一次改进措施及存在问题分析

结合球墨铸铁链轮的优缺点，对起重链轮进行了第一次改进，采用合金钢（40Cr）材料经加工切削成形，达到原设计要求，如图1。

40Cr 材料经调质处理后，切削加工性好，具有良好的综合力学性能，低温冲击性及缺口敏感性、淬透性好。经淬火后，用于制造表面高硬度、低冲击、重载、耐磨的零件。起重链轮经热处理后可得到较高的疲劳强度，不会断裂。起重链条如图2（以φ8×24 为例）。

图1 起重链轮链窝图

图2 起重链条图

起重链轮链窝在普通立铣床上经靠模仿形铣切削加工只能得到如图1形状，因靠模只能同一方向运动，而不能多方向运动。图1 中R14 不能限制图2 中起重链条负重平环链前移，平环链的半径为R13，R14 不能限制R13，链条和起重链轮链窝啮合不良，容易造成起重链条爬链。起重链条爬链后，就直接产生平环链咬伤现象，及各加工面产生的棱角导致立环的刮伤。

3 第二次改进措施及分析

对起重链轮的改进主要是应用热锻成形工艺。热锻成形工艺可以直接、快速、精确地将设计思想物化为原型，从而可以对产品设计进行快速修改和功能试验，可有效地缩短产品研发周期，快速提供市场所需产品。热锻成形原理是原材料经加热后，在设定的模具中有外力作用下，锻件受挤压，在模膛中得到充填。

热锻成形在工作中承受较大的工作压力和冲击负荷，模具型腔与加热后的金属坯料相接触，再加上与工件的强力摩擦，使其本身温度高达400～600℃，工件出模后型腔还要用水或压缩空气进行冷却。随后再与炽热的工件相接触。如此循环冷热反复交变。因此，热锻模应具有足够高的韧性，高温强度、高温硬度、良好的耐磨性，耐热疲劳性、淬透性和切削加工性。

热锻成形工艺吸取了球铁件链窝一次成形的优点及合金钢（40Cr）材料切削加工链轮具有较高的疲劳强度、不会断裂等优点。合金钢（40Cr）材料经中频磁感应炉的恒温控制，经热锻成形模在经改造后的压力机上一次成形，就得到了理想的起重链轮链窝形状。链窝形状如图3。

为什么图3 所示的形状是理想的起重链轮链窝的形状呢？分析如下：

起重链轮平环链（如图1）的半径为R13。图2 中链窝的平环链半径是R14，因它的中间有一条11 mm 宽的立环槽沟。所以，葫芦起重时，链条平环链与链轮的链窝接触不是在R14 的圆弧上，而是在立环槽沟与R14 圆弧相交的交点上。接触只是2 个点，而不是2 条圆弧线，如图4。

图3 经热锻成形后起重链轮链窝简图

经起吊重物后，起重链轮接触点磨损，起重链平环前移，链条与链轮啮合变化越大、起吊频率越高，链轮接触点磨损越严重，链条与链轮的啮合变化越大，起重爬链、咬链现象越严重。导致起吊重物不能轻松升降及重物突然下坠，造成事故。图3的起重链轮平环链形状能起到限制起重链平环前移，如图5，从而达到理想的效果。

因起重链与起重链轮链窝接触是圆弧面，而不是点，所以，起重链轮链窝不易磨损，起吊频次越高，啮合越好。从而起到保护起重链条的作用。因此，图3 所示的形状是理想的起重链轮链窝的形状。

图4 合金钢切削加工链窝与起重链的啮合图

图5 热锻成形链窝与起重链啮合图

4 二次改进后的效果

同样用合金钢（40Cr）材料的起重链轮经热锻成形工艺可以减少切削加工工序，经济效益明显。如铣链窝、避开槽、车削中间立环槽，可节省1.70 元。原材料减少0.7 kg，中频磁感应加热与压力机的耗电量0.6 kWh。每只约节省3 元。按照年产量10 万只计算，总节约30 万元。

圆钢材料的热锻成形，可省略大立铣与专用小铣床等设备。

用热锻成形工艺生产的起重链轮，使手扳、手拉葫芦避免了葫芦在起重时链条的爬链、咬链及链轮断裂，提高了产品质量，得到了国内外客商的认可。

从实际使用来看，该工艺的改进取得了较明显的效果，生产效率高、产量高（4～6 只/min）、减少原材料的浪费，经济效益明显，产品的尺寸一致性好，质量得到保证。

5 结语

热锻链成形工艺在起重链轮中的应用，通过时间、成本、工序安排与合理的组织，企业可以在保证质量的前提下，减少能耗、缩短工期，提高起重葫芦市场竞争力，为实现可持续发展提供支持和保障。

［1］机械设计编委会.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］俞新陆，何德誉.锻压手册［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［3］孙桂林.起重机械安全技术手册［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2008.4

［4］中国机械工程学会设备与维修工程分会《机械设备维修问答丛书》编委会.起重设备维修问答［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［5］王积永.起重机械钢结构设计［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［6］时彦林，齐素慈.起重设备［M］.北京：化学工业出版社，2012.