楊佳衛(wèi) 朱彤彤

南通潤(rùn)邦重機(jī)有限公司

1 引言

目前，移動(dòng)式港口起重機(jī)在大噸位機(jī)型和配備機(jī)械抓斗的情況下，起升機(jī)構(gòu)為雙絞車配置(見(jiàn)圖1)。雙絞車分為開(kāi)閉繩絞車和支持繩絞車，兩絞車引出4根鋼絲繩，可以直接連接吊鉤，集裝箱吊具與吊鉤通過(guò)銷軸相連，也可以4根鋼絲繩直接連接到抓斗[1]。

圖1 纏繞系統(tǒng)

開(kāi)閉繩絞車的作用是在機(jī)械抓斗工況下來(lái)控制抓斗的開(kāi)閉，在開(kāi)閉繩絞車上采用新型松繩壓繩器。此松繩壓繩器由下壓繩托輥、氣彈簧、上壓繩托輥、光電限位、機(jī)械限位及各連桿結(jié)構(gòu)組成(見(jiàn)圖2)。上壓繩托輥、下壓繩托輥共用鉸接點(diǎn)，通過(guò)氣彈簧繞鉸接點(diǎn)相互作用，受力后下壓繩托輥需要始終保持壓住卷筒下端鋼絲繩，起到壓繩作用；上壓繩托輥隨著卷筒鋼絲繩出繩的受力大小的變化，繞共用鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)鋼絲繩出繩松弛時(shí)，壓繩托輥會(huì)隨著向前擺動(dòng)，若觸動(dòng)光電限位，即出現(xiàn)松繩信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止操作并只能做起升動(dòng)作直至松繩信號(hào)消失。

1.上壓繩托輥 2.連桿結(jié)構(gòu) 3.機(jī)械限位 4.光電限位 5.氣彈簧 6.下壓繩托輥

2 松繩壓繩器的工作原理

松繩壓繩器受力的狀態(tài)見(jiàn)圖3，主要受鋼絲繩的拉力、托輥?zhàn)陨淼闹亓蜌鈴椈闪?，托輥軸承及銷軸銅套的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力忽略不計(jì)。上壓繩托輥受鋼絲繩力F4，通過(guò)鉸接點(diǎn)作用在氣彈簧上，氣彈簧再通過(guò)下鉸接點(diǎn)將下壓繩托輥緊緊壓在卷筒上。壓繩處尺寸B的數(shù)值要小于等于鋼絲繩直徑的一半，具體視鋼絲繩繩槽尺寸來(lái)決定。尺寸L3是氣彈簧此時(shí)壓縮后的長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)時(shí)在連桿位置確定后，通過(guò)計(jì)算鋼絲繩的受力得到氣彈簧的受力和行程。氣彈簧通過(guò)銷軸連接上下鉸點(diǎn)，此時(shí)氣彈簧的受力F2方向與氣彈簧的方向一致，L1為氣彈簧的力相對(duì)于上鉸點(diǎn)的力臂。上壓繩托輥在托輥上端鋼絲繩和下端鋼絲繩的作用下產(chǎn)生合力F1，通過(guò)作圖得到L2為F1作用在上壓繩托輥的力臂。

圖3 壓繩器受力分析圖

根據(jù)力臂平衡公式得到算式為：

F2L1+GL4=F1L2

(1)

式中，F(xiàn)2為氣彈簧的力；L1為氣彈簧力的力臂；L2為鋼絲繩作用壓繩托輥力的力臂；F1為鋼絲繩作用在壓繩托輥的合力,F1=2F4cosβ；G為轉(zhuǎn)動(dòng)壓繩托輥及支架的重力；L4為轉(zhuǎn)動(dòng)壓繩托輥及支架重力的力臂。

3 松繩壓繩器設(shè)計(jì)計(jì)算

移動(dòng)式港口起重機(jī)在2個(gè)工況下會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩松弛，從而引起鋼絲繩亂繩，因此可通過(guò)計(jì)算求得最小鋼絲繩受力，并依此設(shè)計(jì)出合適的松繩壓繩器。

3.1 機(jī)械抓斗工況

移動(dòng)式港口起重機(jī)在操作抓斗開(kāi)閉斗動(dòng)作、抓斗開(kāi)斗或閉斗起升下降動(dòng)作時(shí)，受開(kāi)閉斗的鋼絲繩倍率的影響，開(kāi)閉絞車的鋼絲繩受力會(huì)隨動(dòng)作出現(xiàn)變化。某公司1臺(tái)設(shè)備配備50 t抓斗，自重17.8 t,開(kāi)閉繩倍率為4，抓斗在空載時(shí)進(jìn)行一系列動(dòng)作，通過(guò)程序監(jiān)測(cè)起升絞車的拉板傳感器數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)，得出開(kāi)閉繩鋼絲繩受力[2]。目前可以分析在四繩機(jī)械抓斗工況中，開(kāi)閉斗鋼絲繩的最小受力與抓斗開(kāi)閉斗的倍率、抓斗重心位置及四繩相對(duì)應(yīng)重心的幾何關(guān)系都相關(guān)。

表1 抓斗工況下鋼絲繩受力計(jì)算表

3.2 趴臂工況

移動(dòng)式港口起重機(jī)趴臂時(shí)，先在一定的臂架幅度下將吊鉤置于工裝擱凳，再緩緩將臂架頭部擱置在地面之上。因吊鉤放置地面后位置不能改變，臂架趴至地面時(shí)鋼絲繩會(huì)越來(lái)越緊，最終受力繃直，會(huì)有將吊鉤拖走的風(fēng)險(xiǎn)，因此在趴臂時(shí)先將鋼絲繩松弛。松弛后的鋼絲繩可根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中鋼絲繩的下?lián)锨€作圖并計(jì)算得出最大下?lián)现岛弯摻z繩受力。

在趴臂狀態(tài)下與正常工作狀態(tài)對(duì)比，趴臂狀態(tài)下鋼絲繩長(zhǎng)度為181.32 m，正常工作狀態(tài)鋼絲繩長(zhǎng)度為173.95 m，因此趴臂時(shí)鋼絲繩需要多松弛7.37 m(見(jiàn)圖4)。操作絞車按照上述長(zhǎng)度松弛卷筒,下放鋼絲繩,最終達(dá)到趴臂狀態(tài)，計(jì)算此時(shí)的鋼絲繩受力[3]：

圖4 趴臂狀態(tài)下與正常工作狀態(tài)對(duì)比圖

S=qgl2/8/cos2β/fmax

(2)

式中，S為鋼絲繩的拉力；q為鋼絲繩每米長(zhǎng)的自重；g為重力加速度；l為鋼絲繩跨距；β為鋼鋼絲繩支座連線的坡度；fmax為鋼絲繩在拉力S作用下的最大垂度。經(jīng)計(jì)算，S=1 982.6 N

比較上述工況下鋼絲繩的受力，得到最小鋼絲繩受力，同時(shí)根據(jù)塔身頭部滑輪、絞車房出繩口及壓繩器連桿的大小位置，確定上部壓繩托輥的位置，代入式(1)計(jì)算出氣彈簧的受力和行程，并在調(diào)試時(shí)確定光電限位及機(jī)械限位的位置，最終完成壓繩器的設(shè)計(jì)和安裝。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)移動(dòng)式港口起重機(jī)松繩壓繩器的工作原理、受力及使用工況進(jìn)行研究分析，確定其設(shè)計(jì)計(jì)算方案，并在實(shí)際項(xiàng)目上進(jìn)行應(yīng)用，壓繩器上下托輥壓繩靈活且安全，并能有效地防止亂繩現(xiàn)象的出現(xiàn)。此新型松繩壓繩器相比于傳統(tǒng)的壓繩器，集壓繩和松繩檢測(cè)功能為一體，可作為港口移動(dòng)式起重機(jī)起升絞車的標(biāo)準(zhǔn)配置進(jìn)行推廣。