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轻型起重机牵引式小车钢丝绳张紧装置设计

目前,国内港口起重机小车驱动方式分为自行式和钢丝绳牵引式2种。与自行式小车相比,牵引式小车的小车驱动装置安装于机械房内,因而极大减轻了运行小车的自重,从而减小了港口起重机金属结构承受的动态载荷,改善了整机的性能。但是,牵引式小车具有较复杂的钢丝绳缠绕系统,钢丝绳较长,容易产生钢丝绳伸长、下垂和振动,从而影响整机的工作效率。为此,通常设置小车牵引钢丝绳张紧装置,使钢丝绳始终处于张紧状态,以保证小车运行平稳,提高工作效率。

小车牵引钢丝绳张紧装置基本采取液压控制方式,根据对系统压力的检测,控制液压泵的工作状态,保证钢丝绳一直处于张紧状态。另外,本文还介绍一种机械式钢丝绳张紧装置,该方式结构简单、成本低、方便维护,并已经在实际工程中得到应用,取得较好的效果。

1. 液压张紧装置

1.1基本组成

液压张紧装置基本组成如图1所示,系统根据压力开关10的状态控制动力包电机1工作,当压力开关断开时,表明系统压力低于张紧压力,即钢丝绳张紧状态接近小车运行的最低要求,动力包电机动作,系统为蓄能器9充液。当充液到系统压力高于设定压力时,压力开关闭合,动力包电机停止工作,直到压力开关重新断开。系统依靠蓄能器内储存的压力油长时间保持钢丝绳张紧状态。

1.2受力分析

从上面对钢丝绳液压张紧机构的控制过程的介绍可以看出,该张紧机构钢丝绳的受力工况是时变的,其受力变化过程取决于液压系统的内泄大小。根据流体力学节流公式【1】:

(1)

式中 V 内泄油量,m3

t 时间,s

Cd 流流系数,

A 节流面积,m2

P(t) 液压缸2油腔压差,是时间函数,Pa

另外,根据稳态封闭容腔中压力的基本公式【2】:

(2)

式中P 液压缸有杆腔初始最高压力,Pa

V 液压缸7和蓄能器9的有效容积总和。m3

E 弹性模量,Pa

同时,考虑回油油路中,液压油基本处于静态,流量压力增益很小,在油液不流动的条件下,背压基本为零。根据液压缸的力平衡方程,得

F= P Am (3)

式中F 液压缸对钢丝绳作用力,N

Am 液压缸有杆腔有效作用面积,m2

由式(1)、(2)、(3)得

(4)

由式(4)及液压张紧控制系统的基本原理,可以得出液压张紧机构力值的变化基本情况,如图2。

从图中可以看出,开始阶段钢丝绳的张紧力值最大,由于液压系统内泄的原因,力值逐渐减小,当低于压力开关监测力值时,压力开关动作,动力包电机启动,对蓄能器补油,当达到系统最高压力时,动力包停止动作,液压缸恢复对钢丝绳的最大压力,如此往复动作,使钢丝绳的张紧力始终在允许的范围内,保证小车正常运行。液压张紧机构的自动化程度高,始终自行控制维持钢丝绳的张紧力以满足工作要求,但是液压张紧机构成本较高,并且一旦出现液压系统故障,现场人员无法短时间内修复。

2 . 机械张紧装置

2.1基本组成

基于降低成本、提高维护性的原因,提出一种新型机械张紧装置,其基本组成如图3所示。

装置直接焊接在安装梁上,通过滑轮与钢丝绳连接。钢丝绳的张紧力传递方向为滑轮、连接叉、盖板、弹簧罩、蝶簧、卡板、螺杆、连接架,最后传递给安装主梁。通过防松螺母固定螺杆有效使用长度,以保证力值稳定。整个系统结构简单,制造工艺要求低,能满足现场使用要求。

2.2受力分析

由于碟形弹簧具有结构紧凑、加压均匀、操纵省力、摩擦片磨损后工作压力变化较小等特点,

本装置采用碟形弹簧作为施力部件。钢丝绳的张紧力通过调整螺杆的有效使用长度压缩蝶簧得到。图4为碟形弹簧基本结构。

目前,碟形弹簧的负荷应力计算基本采用阿尔曼的近似计算方法,其基本计算公式【3】见式(5),负载-变形量曲线如图5所示。

(5)

其中,

式中C 外径和内径之比

泊松比,弹簧钢取 =0.3

E 弹性模量,E=2.06 105MPa

 


B点为初始安装工作点,由于钢丝绳在工作时处在运动状态,连接件在磨合之后造成一定的磨损△ ,最终工作在A点附近。

现场使用中,张紧力的减小主要是由于长时间的使用,机械元件的松动造成。当出现张紧力不够时,维护人员只需重新调整蝶簧的压缩量,维护简单。

3 .总结

本文对比介绍,2种牵引式小车钢丝绳张紧装置,并分别对其进行受力分析。通过对比可以看出,,型材弯曲机的自动化程度高,当张紧力不能满足工作要求时,能自动调整。但其造价高,维护性较差,适用于大型港门设备。机械张紧机构的自动化程度低,但其造价低廉,维护性好。中小型港口可以广泛采用。

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