1 绪论
起重机械广泛应用于各种物料的起重、运输、装卸等作业中，可以减轻劳动
强度，提高生产效率。如在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、水电站、仓库
等生产部门中得到应用。作为起重设备中轻便灵活的电动葫芦作业范围是有点、
线为主、自重轻、构造紧凑、体积小、维修方便、经久耐用等特点。随着我国制
造行业的崛起，不同起吊速度的起重设备应用越来越广。目前起重设备较多，如
单、双梁桥式起重机、门式起重机等，但结构体积庞大，一次性投资与运行成本
较高，就是不能良好的满足生产现场的要求，急需技术经济性能价格良好的起重
设备，电动葫芦在此方面具有优势，但目前电动葫芦多以为单速、双速为主，多
速电动葫芦极少，特别是四速电动葫芦。作为起重基地的新乡，研究开发四速电
动葫芦，是很有前景的。
2 设计要求
本次设计的四速电动葫芦机械系统的根据现有普通电动葫芦的应用情况提出要求是：
(1) 四速电动葫芦的最大载重为5顿，起升高度为9米。
(2) 四速电动葫芦的强度等级为M，工作级别为M5。
(3) 通过电机的变速实现在一个电机带动下输出4种速度
3 四速电动葫芦的结构分析与设计
3.1 电动葫芦的结构分析
电动葫芦由起升机构和运行机构组成。起升机构包括吊钩、钢丝绳、滑轮
组、电机、卷筒和加速器组成；运行机构为小车。（见图 1 ）
图1 电动葫芦总体结构简图
电葫芦中间是钢丝绳卷筒，用小车悬挂于工字钢制作的天车大梁上，一端用法兰固定一台能够制动的锥形转子电动机，用传动轴将动力传递到另一端的减速机。经过减速的动力传递给钢丝绳卷筒，带动吊钩起重。
3.2 电动葫芦的设计方案
电动葫芦起升机构的排列主要为电动机、减速器和卷筒装置3个部件。排列方式有平行轴和同轴两种方式排列形式，如图2所示
a b
图2 起升机构部件排列图
1电动机2减速器3卷筒装置
这里优先选用b方案，电机、减速器、卷筒布置较为合理。减速器的大齿轮和卷筒连在一起，转距经大齿轮直接传给卷筒，使得卷筒只受弯距而不受扭距。其优点是机构紧凑，传动稳定，安全系数高。减速器用斜齿轮传动，载荷方向不变和齿轮传动的脉动循环，对电动机产生一个除弹簧制动的轴向力以外的载荷制动轴向力。当斜齿轮倾斜角一定时，轴向力大小与载荷成正比，起吊载荷越大，该轴向力也越大，产生的制动力矩也越大；反之亦然。它可以减小制动弹簧的轴受力，制动瞬间的冲击减小，电动机轴受扭转的冲击也将减小，尤其表现在起吊轻载荷时，提高了电动机轴的安全性。
图a的结构电机与卷筒布置不再同一平面上通过减速器相连，使得减速器转距增大。
4 电动葫芦起升机构部件的设计
电动葫芦起升机构用来实现物料垂直升降，是任何起重机不可缺少的部分，因而是起重机最主要、也是最基本的机构。起升机构的安全状态，是防止起重事故的关键，将直接地关系到起重作业的安全。电动葫芦起升机构包括:起升用锥形转子制动电动机、减速器、卷筒装置和吊钩装置等4个动力和传动部件。
4.1 起升机构的工作分析
电动机通过联轴器与中间轴连接，中间轴又通过花键连接与减速器的高速轴相连，减速器的低速轴带动卷筒，吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。当电动机正反两个方向的运动传递给卷筒时，通过卷筒不同方
向的旋转将钢丝绳卷入或放出，从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动，这样，将电动机输入的旋转运动转化为吊钩的垂直上下的直线运动。常闭式制动器在通电时松闸，使机构运转；在失电情况下制动，使吊钩连同货物停止升降，并在指定位置上保持静止状态。当滑轮组升到最高极限位置时，上升极限位置限制器被触碰面动作，使吊钩停止上升。当吊载接近额定起重量时，起重量限制器及时检测出来，并给予显示，同时发出警示信号，一旦超过额定值及时切断电源，使起升机构停止运行，以保证安全。 4.2电动机的选择
本次设计为5吨四速电动葫芦，电动机采用锥形转子制动的电动机由电气设计人员设计，此处不讨论。电动机的电动的额定功率为7.5kw ，转速为1400r/min 。 4.3 滑轮组的选择
钢丝绳一次绕过若干定滑轮和动滑轮组成的滑轮组，可以达到省力或增速的目的。通过滑轮可以改变钢丝绳的运动方向。平衡滑轮还可以均衡张力。 四速电动葫芦选用的滑轮组倍率由[1]查得m ＝2。滑轮组效率z η＝0.99 4.4 钢丝绳的选择和校核
本次设计选用的钢丝绳依据其使用特点及重要性选用。钢丝绳强度高、自重轻、柔韧性好、耐冲击，安全可靠。在正常情况下使用的钢丝绳不会发生突然破断，但可能会因为承受的载荷超过其极限破断力而破坏。钢丝绳的破坏是有前兆的，总是从断丝开始，极少发生整条绳的突然断裂。钢丝绳广泛应用在起重机上。钢丝绳的破坏会导致严重的后果，所以钢丝绳既是起重机械的重要零件之一，也是保证起重作业安全的关键环节。 4.4.1 钢丝绳的选择
钢丝绳是起重机械中最常用的构件之一，由于它具有强度高、自重轻、运动平稳、极少断裂等有点。根据现在的使用情况，由[2]查得钢丝绳型号选为6X37-15-1550-I-右。`
4.4.2 计算钢丝绳所承受的最大静拉力
钢丝绳所承受的最大静拉力（即钢丝绳分支的最大静拉力）为：
k
Q Zm P S η=
m ax
式中: Q P --额定起升载荷，指所有起升质量的重力，包括允许起升的最大有
效物品、取物装置（如下滑轮组吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等）、悬挂挠性件以及其 他在升降中的设备的质量的重力；
Z--绕上卷筒的钢丝绳分支数，单联滑轮组Z=1，双联滑轮组Z=2； m--滑轮组倍率； h η--滑轮组的机械效率。
其中Q P ＝490000N ，m ＝2，h η＝0.99 所以m ax s ＝24.7 4.4.3 计算钢丝绳破断拉力
计算钢丝绳破断拉力为：
p s
=n m ax s
式中:n--安全系数，根据机构工作级别查表确定，n ＝5.5；
p s =150>m ax
s =136
所以钢丝绳满足要求。 4.5 吊钩的设计
吊钩在起重装置中属于取物装置，用于提取物料。既是起重机械的重要零件之一，也是保证起重作业安全的关键环节 4.5.1 吊钩的选择
吊钩按制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩。
锻造吊钩又可分为单钩和双钩。单钩一般用于小起重量，双钩多用于较大的起重量。锻造吊钩材料采用优质低碳镇静钢或低碳合金钢，如20优质低碳钢、16Mn 、20MnSi 、36MnSi 。
这次设计的是5吨的葫芦，属于小起重量，结合电葫芦的生产现状，选用锻造单钩。
4.5.2吊钩的尺寸设计
吊钩钩孔直径与起重能力有一定关系：
单钩：
(3.0~D ≈
钩身各部分尺寸（见图3）间的关系如下:
10.750.5S D L h
≈≈
1(2~2.5)/ 1.0~1.5
L h h D ≈≈
