羿峰

摘? 要：卷揚(yáng)在自由落鉤時(shí)，制動(dòng)過程會(huì)對卷揚(yáng)自身和機(jī)械結(jié)構(gòu)造成沖擊。通過簡化模型，研究制動(dòng)力矩對重物下落過程的加速度、沖擊力、重物下落高度的影響。結(jié)果表明，制動(dòng)時(shí)重物對臂架結(jié)構(gòu)的沖擊力與制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩、重物重量、倍率等有關(guān)，本文對合理匹配后三者之間的關(guān)系具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)、自由落鉤、動(dòng)力學(xué)、分析、下降高度控制

卷揚(yáng)是一種廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)，卷揚(yáng)自由落鉤是指卷筒與減速機(jī)完全脫開的情況下，利用重物的自身重量帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)的一種快速下落方式。由于工程需要，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器的力矩較大，因此制動(dòng)過程會(huì)對卷揚(yáng)自身和其他機(jī)械結(jié)構(gòu)造成沖擊，對其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析有利我們評估制動(dòng)過程對整機(jī)結(jié)構(gòu)的影響。本文將根據(jù)簡化模型的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定制動(dòng)力矩、鋼絲繩倍率、吊重的匹配關(guān)系，使制動(dòng)裝置即滿足施工需要，又滿足設(shè)備要求。

1.簡化模型

建立如圖1所示的模型。

該模型的制動(dòng)裝置為常開式帶式制動(dòng)器，正常狀況下，制動(dòng)油缸處于回縮狀態(tài)，拉簧有一定的預(yù)緊力，左右制動(dòng)帶與卷筒上的制動(dòng)鼓處于分離狀態(tài)。制動(dòng)油缸伸出時(shí)制動(dòng)帶拉緊，阻礙卷筒旋轉(zhuǎn)。

為了方便說明本質(zhì)問題，做如下假設(shè)：1）鋼絲繩沒有彈性變形且重量忽略不計(jì);2）不計(jì)滑輪重量;3）鋼絲繩在卷筒的同一層工作;4）忽略制動(dòng)器的打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間;5）制動(dòng)帶具有足夠的柔韌性。

將整個(gè)過程分為2個(gè)階段。第1個(gè)階段，卷揚(yáng)從靜止（位置1）開始做自由下落運(yùn)動(dòng)，至到開始制動(dòng)的瞬間（位置2）為止;第2個(gè)階段，卷揚(yáng)從開始制動(dòng)的瞬間（位置2）起直到重物停止（位置3）。

2.自由下落過程

從上式中以得出，對于一臺(tái)已經(jīng)確定了鋼絲繩倍率和吊載重量的起重機(jī)，重物在自由落體階段和制動(dòng)階段的高度是關(guān)于最大有效制動(dòng)力Fe與制動(dòng)鼓半徑rz的函數(shù)，而最大有效制動(dòng)力取決于制動(dòng)油缸提供的力。

若考慮油缸伸出時(shí)的空行程和油壓建立滯后的影響，則必須在重物自由落體的高度小于理論高度h12時(shí)，以最大制動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)，否則重物將會(huì)接觸地面。

4.討論與計(jì)算實(shí)例

經(jīng)過以上分析和計(jì)算結(jié)果，機(jī)械設(shè)備在使用卷揚(yáng)自由落鉤功能，選用的工況參數(shù)是否合理的評價(jià)指標(biāo)主要有：重物下落總高度H、制動(dòng)器最大有效制動(dòng)力矩Fe·rz、鋼絲繩單繩拉力Fg23、重物對結(jié)構(gòu)沖擊力n·Fg23/η、吊重總量mA、鋼絲繩倍率n等，工程應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況合理匹配。

通過一個(gè)實(shí)例來說明（如圖2），現(xiàn)有一臺(tái)80噸級的起重機(jī)，該工作幅度下，額定起重量為Qmax，鋼絲繩破斷拉力為Fgmax，滑輪組中心距地面高H0，根據(jù)施工要求，需要重物能快速下放，并在完全制動(dòng)后不接觸地面。

根據(jù)下表提供的數(shù)據(jù)，確定現(xiàn)有制動(dòng)器、倍率、吊載總重量的選用是否合理。

從表3中比較前3組數(shù)據(jù)可以得出，吊重和制動(dòng)力矩一定時(shí)，重物倍率越小對臂架結(jié)構(gòu)沖擊也越小，而對卷揚(yáng)本身的沖擊越大，因此在卷揚(yáng)具有足夠安全裕度的情況下優(yōu)先選用第3組數(shù)據(jù)是比較科學(xué)的，此時(shí)鋼絲繩的安全系數(shù)較大（約7.1），單倍率的作業(yè)效率也很高。

同樣可以根據(jù)實(shí)際情況，確定最佳的吊重和制動(dòng)力矩。

5.結(jié)束語

（1）制動(dòng)時(shí)重物對臂架結(jié)構(gòu)的沖擊力與制動(dòng)帶的最大制動(dòng)力矩有關(guān)，而與制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)瞬間的初速度不直接相關(guān)。制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮制動(dòng)油缸、制動(dòng)鼓半徑、摩擦片材料等的匹配。

（2）制動(dòng)時(shí)沖擊力遠(yuǎn)大于重物與吊鉤總重量，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮沖擊對結(jié)構(gòu)的影響。

（3）重物自由落體的高度存在某個(gè)許用值，當(dāng)超過該值時(shí)，可以通電氣程序控制啟制動(dòng)裝置。

（4）本文中的自由落鉤過程是一個(gè)簡化模型，在進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)充分考慮其他因素的影響，如鋼絲繩的重量及變形、繞繩滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、制動(dòng)油缸的空行程等，對電氣控制過程進(jìn)行合理的修正。

參考文獻(xiàn)

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