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輕型起重機牽引式小車鋼絲繩張緊裝置設計

目前,國內港口起重機小車驅動方式分為自行式和鋼絲繩牽引式2種。與自行式小車相比,牽引式小車的小車驅動裝置安裝于機械房內,因而極大減輕了運行小車的自重,從而減小了港口起重機金屬結構承受的動態載荷,改善了整機的性能。但是,牽引式小車具有較復雜的鋼絲繩纏繞系統,鋼絲繩較長,容易產生鋼絲繩伸長、下垂和振動,從而影響整機的工作效率。為此,通常設置小車牽引鋼絲繩張緊裝置,使鋼絲繩始終處于張緊狀態,以保證小車運行平穩,提高工作效率。

小車牽引鋼絲繩張緊裝置基本采取液壓控制方式,根據對系統壓力的檢測,控制液壓泵的工作狀態,保證鋼絲繩一直處于張緊狀態。另外,本文還介紹一種機械式鋼絲繩張緊裝置,該方式結構簡單、成本低、方便維護,并已經在實際工程中得到應用,取得較好的效果。

1. 液壓張緊裝置

1.1基本組成

液壓張緊裝置基本組成如圖1所示,系統根據壓力開關10的狀態控制動力包電機1工作,當壓力開關斷開時,表明系統壓力低于張緊壓力,即鋼絲繩張緊狀態接近小車運行的最低要求,動力包電機動作,系統為蓄能器9充液。當充液到系統壓力高于設定壓力時,壓力開關閉合,動力包電機停止工作,直到壓力開關重新斷開。系統依靠蓄能器內儲存的壓力油長時間保持鋼絲繩張緊狀態。

1.2受力分析

從上面對鋼絲繩液壓張緊機構的控制過程的介紹可以看出,該張緊機構鋼絲繩的受力工況是時變的,其受力變化過程取決于液壓系統的內泄大小。根據流體力學節流公式【1】:

(1)

式中 V 內泄油量,m3

t 時間,s

Cd 流流系數,

A 節流面積,m2

P(t) 液壓缸2油腔壓差,是時間函數,Pa

另外,根據穩態封閉容腔中壓力的基本公式【2】:

(2)

式中P 液壓缸有桿腔初始最高壓力,Pa

V 液壓缸7和蓄能器9的有效容積總和。m3

E 彈性模量,Pa

同時,考慮回油油路中,液壓油基本處于靜態,流量壓力增益很小,在油液不流動的條件下,背壓基本為零。根據液壓缸的力平衡方程,得

F= P Am (3)

式中F 液壓缸對鋼絲繩作用力,N

Am 液壓缸有桿腔有效作用面積,m2

由式(1)、(2)、(3)得

(4)

由式(4)及液壓張緊控制系統的基本原理,可以得出液壓張緊機構力值的變化基本情況,如圖2。

從圖中可以看出,開始階段鋼絲繩的張緊力值最大,由于液壓系統內泄的原因,力值逐漸減小,當低于壓力開關監測力值時,壓力開關動作,動力包電機啟動,對蓄能器補油,當達到系統最高壓力時,動力包停止動作,液壓缸恢復對鋼絲繩的最大壓力,如此往復動作,使鋼絲繩的張緊力始終在允許的范圍內,保證小車正常運行。液壓張緊機構的自動化程度高,始終自行控制維持鋼絲繩的張緊力以滿足工作要求,但是液壓張緊機構成本較高,并且一旦出現液壓系統故障,現場人員無法短時間內修復。

2 . 機械張緊裝置

2.1基本組成

基于降低成本、提高維護性的原因,提出一種新型機械張緊裝置,其基本組成如圖3所示。

裝置直接焊接在安裝梁上,通過滑輪與鋼絲繩連接。鋼絲繩的張緊力傳遞方向為滑輪、連接叉、蓋板、彈簧罩、蝶簧、卡板、螺桿、連接架,最后傳遞給安裝主梁。通過防松螺母固定螺桿有效使用長度,以保證力值穩定。整個系統結構簡單,制造工藝要求低,能滿足現場使用要求。

2.2受力分析

由于碟形彈簧具有結構緊湊、加壓均勻、操縱省力、摩擦片磨損后工作壓力變化較小等特點,

本裝置采用碟形彈簧作為施力部件。鋼絲繩的張緊力通過調整螺桿的有效使用長度壓縮蝶簧得到。圖4為碟形彈簧基本結構。

目前,碟形彈簧的負荷應力計算基本采用阿爾曼的近似計算方法,其基本計算公式【3】見式(5),負載-變形量曲線如圖5所示。

(5)

其中,

式中C 外徑和內徑之比

泊松比,彈簧鋼取 =0.3

E 彈性模量,E=2.06 105MPa

 


B點為初始安裝工作點,由于鋼絲繩在工作時處在運動狀態,連接件在磨合之后造成一定的磨損△ ,最終工作在A點附近。

現場使用中,張緊力的減小主要是由于長時間的使用,機械元件的松動造成。當出現張緊力不夠時,維護人員只需重新調整蝶簧的壓縮量,維護簡單。

3 .總結

本文對比介紹,2種牽引式小車鋼絲繩張緊裝置,并分別對其進行受力分析。通過對比可以看出,,型材彎曲機的自動化程度高,當張緊力不能滿足工作要求時,能自動調整。但其造價高,維護性較差,適用于大型港門設備。機械張緊機構的自動化程度低,但其造價低廉,維護性好。中小型港口可以廣泛采用。

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