操作者手扶万向牛眼轮着吊件

　　在工车间里搬运重物，往往都是采用起重机、电葫芦、工业机械手等。但对于需要频繁吊装、作业时间短的场合，如机床上下工件，装配工 作吊装零部件，流水线上的定点工作等等；对于要求比较定位的场合， 如铸造中的下芯、合箱等等，一般起重设备常不适用，工业机械手多用于 生产自动线上或单一的重复操作，而且成本较高，目前，一般车间使用较 近20年来，出现的一种新型的定点起重设备“平衡吊”（Balance Arm）， 适用于几十到几百千克工件的定点频繁吊运。它的结构简单，操作灵活， 特别适合于一人操作，直观感觉好，制造、维修方便，在生产中已逐步得 到推广，受到工人的欢迎。 “平衡吊”的原理新颖，设计者巧妙地运用了力学中的平衡原理，图 是一台平衡吊的简图。挂在平衡吊吊钩上的重物，万向牛眼轮用手扶着，可以随意在吊装高度的平面内运动，控制升降的电钮开关，装在吊钩处，通过电动 机和传动使重物升降。操作者一手扶着吊件，一手随心所欲地操纵吊件升 降、回转、移动，好像一只放大了的手那样，运用自如。当然手上还是有 一点力感，这是由于理论和实际不完全一致所带来的。比如，工艺、安装 上的误差，实际存在的变形和摩擦力等等。实践中，这点力感很小，反而 给操作者一点习惯的感受。 的平衡吊主要由传动、杆系、回转座和立柱等组成。立柱和回转座的作用是显而易见的。传动是控制被吊物件升降的，常用的有机械传动 和液压传动。 平衡吊为什么能在空载或负载时，吊钩在平面内任一点处于平衡状 态，即力学中的随遇平衡呢？这正是设计者在杆系设计中，巧妙地运用了 力学中平衡的原理。 杆系由ABD，DEF，BC，CE 四杆铰接组成一个平行四连杆机构，其中 处置两个滚轮，安放在传动箱的垂直和水平导槽内，电机通过传动使A 轮升降，达到重物升降的动作。电机不工作时，A 以视为不动，犹如一个固定铰链，此时杆系如图2所示。先将杆系的杆件 理想化为刚体，自重不计，尺寸无误差，各节点处摩擦不考虑。 可以看出，BC 和CE 两杆皆为二力杆，静平衡时，二力杆上的两个力 大小相等，方向相反且沿杆轴线作用。ABD 和DEF 两杆则为三力杆，在静 平衡条件下，三力杆的三个力必交于一点。 拿整个杆系来分析，滚轮C 的水平运动是引起吊钩（重物）作水平变 幅运动的原因。在不计摩擦的情形下，平衡吊的吊钩（重物）在该水平的 任意位置时，只要C 点的水平反力（分力）为零，即C 点只有垂直反力， 平衡就可以达到。此时，由于系统中重力G 点的反力RC都是垂直方向 的力，系统中A 点处的反力RA 也必须是垂直的。 杆系满足什么条件，才能保证RA 是垂直的呢？ 先看DEF 铰链对DEF杆的作用力TD 和TE 作用下平衡。TE力的方向沿CE 杆轴线，TD 与TE力交点K 的连线方向。G，TE TD的指向，可通过力三角形得到，示于图 看ABD杆，该杆也在三力作用下平衡。铰链D 给ABD 杆的作用力T＇D，大 小与TD 相等，指向相反。铰链B 给ABD 杆的作用力 TB，沿CB 轴线方向。 RA 与TB两力交点J 的连线方向。三力的指向亦可以通过力三角形得 要使系统处于随遇平衡状态。RA要保持垂直，即图 设杆长如下：若要保证A 点的反力沿垂直方向，必须 AJFK 此时显然有 KEFABJ，KDEDJB 得到 （l3-l4）／l4=（l1-l2）／l2或l3／l4=l1／l2 只要杆系中各杆满足上述关系，平衡吊即可在理想条件下，万向牛眼轮吊钩（重 物）处在水平的任意位置上达到随遇平衡。因为这是理想条件下的关系式， 叫做原型平衡条件。实际设计中，常取 l1＝l3，l2＝l4。原型平衡条件下 还有一个有趣的几何关系，即A，C，F 位于一直线上。 实际的平衡吊要复杂得多，因为杆件都有重量，存在变形，加工后尺 寸会有误差，摩擦处处存在，设计制造出的ABD 和DEF 杆的自重重心不能 保证在轴线上等。要使实际的平衡吊真正在工程中得到应用，做到随遇平 衡，这些问题应该予以逐个解决。 理论和实践都证明了这诸多问题中，杆件自重的作用是使平衡吊失去 平衡的关键因素。通过力学分析，杆件自重引起吊钩F（重物）失去平 衡的作用，可以把它等效地归化到任意一个杆件上，比如归化到ABD 表示。GΣ不是整个杆系的重量，也不作用在杆系的重心 处，它满足 这样，只要在ABD 的配重。这一看起来非常简单的补偿措施，是使平衡吊能付诸工程应用的重大创举，万向牛眼轮为设计者解决了大难题。 当然，在平衡吊的研究设计中，应用力学知识还解决了许多问题，从而可以看到它在工 程中应用的巧妙了。 分享知识成就自我!
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