PJ-400平衡吊设计与有限元分析
大水平伸缩行程为2000--2200毫米；最大回转角度为340--350度（SDB-200型液压随动臂和YPD-300型液压平衡吊可无限制旋转)。标准型平衡吊适于固定场地使用。国外产品的额定负荷从几十公斤到一吨左右, 国内产品目前最大到500公斤。使用频度大致每小时在20一30次左右（起重量小的动作次数可适当增加）。另外, 平衡吊也可安装在一个可绕立柱回转的旋臂上, 既可公转又可自转, 它可使动作范围扩大一倍。
高型平衡吊, 如PHD--50、YWP--300、QPD--100型, 其特点是手臂传动部件--头架离地较高, 回转时不影响地面的设备布置, 占地面积较小, 但要求厂房稍高（平衡吊手臂动作时最大高度约4米）。
矮型平衡吊, 如PHD--50、YWP--100、YPD--100A、YPD--300、YP--500型等, 由于它的头架离地较低所以调整和维修较方便, 对厂房的高度要求可低些, 同时整机重量也减轻很多。但它在回转时, 重锤经过的空间不能有障碍物,所以它的占地面积要大些。
电动平衡吊一般由交流电动机经减速器带动丝杠螺母使手臂作升降运动, 采用安全离合器等作过载保护, 靠丝杆螺母的自锁性能可使被吊物件停留在任意位置。一般为定速传动, 由臂前（吊钩附近）按钮控制升降和停止。
液压平衡吊可分为三种：
1.可调单速传动型, 即液压(定速)速度可调。其工作速度可根据使用要求任意调整, 但在使用过程中是不能变速的。升降和停止由臂前按钮控制.
2.有级变速传动型, 即液压双级速度(可调)。工作时有高低二档速度, 其速度大小可预调到所需数值。升降和停止由臂前按钮控制。
3.无级变速传动型, 如YWP-100型、型、YPD-100A型平衡吊。YWP-100型平衡吊由臂前手把的摆动经钢丝绳机构拉动头架内的一个手动比例换向阀实现变速和换向。YPD--100A型和YP--300型均为纯动油压比例控制。前者为单坐标(升降)控制。后者为双坐标升降和水平伸缩控制, 由臂前单手把操作一个手动控制器,先导油压控制一个液控比例换向阀, 实现变速和换向。
液压平衡吊的油流经过液控单向阀后再进入油缸, 所以在突然停电等情况下, 能使被吊起的物件停留在任意位置, 保证操作时的安全。
另外还有一种无级变速型气动平衡吊, 如QPD--100型平衡吊。
在上述基本系列的基础上, 又发展了平衡臂型的操作臂和机械手。SDB--200型
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随动臂是一种平衡臂型的操作臂。液压传动, 纯（动）油压比例控制, 用单手把在臂前进行操作, 可以实现任意方向的无级变速和微小距离的点动, 提高了控制性能。手部（爪具）装置可根据实际使用要求进行更换。它适于轴类零件的上下料工作。PBJS一120型通用机械手为平衡臂型机械手, 其额定负荷为公斤,重复定位精度达士2毫米。它在地面物直上自动行走, 可为数台机床上下料服务。该机械手为液压传动, 可变程序顺控器控制, 多点可调挡铁定位。是一种造价低廉的特重负荷工业机器人。
1.2 平衡吊的优点及不足
1.操作直观性好。平衡吊的手臂部分是按随遇平衡原理设计的, 同时, 吊钩处的物件重量（吊重）不破坏这种平衡状态当操作者把物件吊起到所需高度后, 就可以在水平面内用手扶着随意移动。移动时仅需克服很小的滚动磨擦阻力即可。
2.操作平稳。由于其手臂刚性较好, 被吊起的物件在移动过程中不会像吊车、电葫芦等那样容易摆动。
3.操作简单。使用者只要用手扶着物件, 按电钮或转动手把, 就能使物件按照操作者所要求的方位和速度（变速型平衡吊）在三维空间内移动。无重力型平衡吊具有按操作者的意愿和手的感觉控制移动物件快慢的性。
4.操作吊起几十公斤到几百公斤的重物, 操作者只要使出2--4公斤的力就能像自己的手一样自由移动。
5.安全性好。平衡吊的传动系统中有过载保护装置和安全装置。在遇到过载和突然停电、停气时能防止被吊物件下落。
6.可附加各种吊具和机动手爪机构, 提高吊装效率。
7.结构简单, 造价低廉, 使用、维护简单
由于我国发展平衡吊的时间还不长, 作为产品生产只有七年的历史, 所以在某些方面与美、日等泼达国家相比还有如下差距： （1）产品系列还不够完善
规格和品种较少, 产品结构通用化、标准化程度低。目前产品多为地面固定型, 对于一些特殊用户还不能满足。 （2）传动控制性能不够理想
目前, 我国生产的标准型电动平衡吊的升降速度为定速传动, 为避免起停时由惯性引起的振动,速度都较低, 只能用于一般上下料工作。气动和液压平衡吊可以实现
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有级或无级变速, 可达到平稳地起动和停止以及较高的移动速度, 但因控制元件性能不够理想, 故其控制性能有待进一步提高。YPD--300型液压平衡吊和SDB--200型随动臂为随动控制, 适于较精确的吊装工作, 并可在手部安装手爪等抓取机构, 但目前能在制造厂定购到的只有YPD--300型一种。
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2 总体设计
2.1 设计任务书
设计煤炭钻探行业和机修厂用于机床上下的活件起吊专用设备。起吊重量：0——
400kg
设计要求：根据地质勘探机修厂的生产及设备情况和主要加工工件的尺寸，重量和结构特点，设计起吊专业设备，并根据本厂的实际加工能力进行制造
2.2 平衡吊的基本参数确定
平衡吊适用于几十公斤至数百公斤重工件的高效率吊运和较准确地定位安装，广泛用于机床上、下适件;中型零部件的装配和修理工序间的起吊运输;铸造车间的下芯、合箱等等。尤其适应于中、小批多品种生产场合的上、下料及流水作业专机联线上。它比起重机、电葫芦准确、直观，比机械手简易灵活，通用性强。有体积小，重量轻、结构新颖紧凑、使用安全可靠、维修简单方便等优点。是一种颇为理想的把操作工人从频繁装卸的体力劳动中解放出来的一种新型产品。 平衡吊搬运重物是通过下列三种运动的合成而实现的： 1、垂直升降一机动 2、绕立柱回转一手动 3、水平移动一手动
PJ系列平衡吊采用蜗轮蜗杆减速机构，蜗轮采用锌基合金材料。生产成本低、销售价格较低，起重量50KG-600KG
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图 2-1 平衡吊运动简图
表2-2平衡吊系列基本参数
产品型号 项目 PJ010 PJ020 200 2000 2500 345 5.44 2000 1730 2500 770 2825 1000 PJ030 300 2000 2500 345 5.44 2000 1730 2500 770 2825 1000 PJ040 400 2000 2500 345 5.44 2000 1730 2500 770 2825 1000 PJ050 500 2500 3200 345 5.08 2500 2200 3200 1000 3940 1040 PJ060 600 2500 3200 345 5.08 2500 2200 3200 1000 3940 1040 PJ100 1000 2500 3200 345 5.08 2600 2200 3200 1000 4000 1040 额定起重量（kg） 最大提升高度（mm） 最大回转半径（mm） 回转角度（°） 升降速度（m/mm） H(mm) E(mm) Rmax(mm) Rmin(mm) HJ(mm) D(mm) 100 2000 2500 345 6.14 2000 1920 2500 580 2785 920
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