节能型起重器的设计与研究.pdf

精密制造与自动化 2016年第4期 55 节能型起重器的设计与研究*孙 鹏（岳阳职业技术学院 湖南岳阳 414000）摘 要 节能型起重器是为了解决在起吊、搬运等作业中，用钢丝绳捆绑起吊效率低、不安全、用电磁铁能耗大、配套设备复杂等问题而设计的，它利用“电磁感应”以及“磁场叠加”原理设计开发的，不用电，无任何污染，是一种典型的节能、低碳环保产品，符合国家的产业政策。关键词 环保 体积小 吊装力强 磁力恒久 在机械加工、模具制造、冶金等行业，一些笨重钢板、有精度要求或有表面粗糙度要求的钢铁加工成品或半成品等的起吊和转运，一般采用钢丝绳捆绑起吊，或者采用起重电磁铁起吊。钢丝绳捆绑起吊由于每次都要人工捆绑工件，而有的工件还没有捆绑点，因此吊运工件很费事，效率很低，而且易伤表面。起重电磁铁起吊由于起重电磁铁本体体积大，电气控制系统复杂，成本高，故障多，维护困难，且起重电磁铁在工作中，要消耗大量的电能，一旦发生停电现象，尽管现在巳有停电保磁设备，但由于设备复杂，难免发生安全事故。根据国内外同类产品的设计思路，采用了高性能“钕铁硼”稀土材料，利用电磁感应原理以及磁场的叠加原理设计了一种新型起重器。由于采用了高性能钕铁硼磁性材料，使产品体积更小、自重更轻、吸持力更强。独特的磁路设计，使剩磁几乎为零，安全系数高，最大拉脱力是额定起重力的 2.5倍以上。起重底面“V”型槽的设计，可起吊相对应的圆钢、钢板。同时不使用电，相对安全，广泛用于钢材的搬运、机械零部件及各种模具的安装和搬运，适用于机械制造、造船、工程机械、汽车等行业常温钢板的起吊、搬运等作业。1 1 设计原理设计原理 节能型起重器在设计上采用了电磁感应原理以 *湖南省教育厅课题 编号：15C1401 及磁场的叠加原理。该产品的磁路设计成两个磁系，通过磁系的相对运动，实现工作磁极面上磁场强度 的叠加或磁短路，从而达到吸持和卸载的目的。在设计该起重器时，首先精心地设计了磁路。因为良好的磁路结构可以尽量让更多的磁通量聚集在工作表面，满足起重质量的要求，而且可以尽量少用“钕铁硼”材料。该产品的磁路设计有 2 个磁系，磁系分为活动和固定两部分。改变活动磁系状态，使工作极面分别处于磁场叠加或产生反向磁场，磁场被内部短路的状态。节能型起重器的工作原理：当起重器磁极处于图 1 状态时，磁力线从磁体的 N 极出来（磁场强度叠加），通过磁轭，经过铁磁性工件，再回到磁轭进入磁体的 S 极。这样，就能把工件牢牢地吸在该起重器的工作极面上。图图 1 磁极状态图磁极状态图 通过手柄的转动，使磁极处于图 2 状态，由于磁力线有走近道的特性，所以磁力线不到该起重器的工作极面，就在该起重器内部组成磁路的闭合回工艺与装备 芯轴 磁轭（磁极 1）内磁块 1 磁轭（磁极 2）磁块 2 工件 万方数据 精密制造与自动化 2016年第4期 56 路，几乎没有磁力线从起重器的工作磁极面上出来，所以对工件不会产生吸力，就能顺利实现卸载。图图 2 磁极示意图磁极示意图 2 2 结构设计结构设计 节能型起重器主要由本体（磁轭）、芯轴、轴承等零部件组成，结构图 3 所示。图图 3 节能型起重器结构图节能型起重器结构图 2.1 2.1 磁源的选择磁源的选择 节能型起重器的磁源是采用新一代高性能永磁材料稀土“钕铁硼”。“钕铁硼”磁性材料是钕、氧化铁等的合金，又称磁钢。“钕铁硼”具有极高的磁能积，吸力强、剩磁低、退磁慢，因此使用寿命极长、安全可靠。选用的磁块牌号是 N42，外形尺寸603517 mm，表面磁场强度 0.4 T，共使用了四块磁块。2.2 2.2 磁轭的设计磁轭的设计 为了减少磁阻，增大工作极面关键部位的磁通密度，该产品采用了软磁材料（DT4）作为磁轭，磁轭的截面积设计为 180 mm25 mm。2.3 2.3 本体的设计本体的设计 为了防止两磁轭磁场短路，用四块 10 mm 厚的不锈钢板将两磁轭焊接成一个整体，这样既保证了整体刚性又避免了两磁轭磁场的自然短路。同时在上部有 18 mm 的起吊孔便于安装卸扣起吊工件。2.4 2.4 芯轴的设计芯轴的设计 为了防止芯轴两导磁体磁场短路，两端用不锈圆钢将两导磁体焊接成一个整体，这样既保证了整体刚性又避免了两导磁体磁场的自然短路。两端不锈圆钢上装有轴承，便于芯轴转动。2.5 2.5 吊环的设计吊环的设计 起重器的上部有供起吊用的吊环。吊环销轴直径为 17mm。查 JB8121999 标准，16mm 直径卸扣就可承担 1.252 t 的拉力，保证吊环在起吊工件时安全可靠。2.6 2.6 磁极表面及底部设计磁极表面及底部设计 起重器的磁极表面设计成 18025mm 平面，便于与工件表面接触良好，避免因与工件接触不良而影响吸力。起重器的下部设计有 V 形槽供吸持相应的圆柱形物体。2.7 2.7