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組合式液壓絞車的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2017-11-22
絞車具有提升和牽引的特性，廣泛地應(yīng)用于起重運(yùn)輸、建筑、港口碼頭及地質(zhì)勘探等各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械設(shè)備之中。根據(jù)使用要求，絞車的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，操作方式也各具特色。筆者在工廠工作期間，主持開(kāi)發(fā)了鐵路維護(hù)裝備 SQ 型系列鐵路平板車起重機(jī)。在該起重機(jī)中，設(shè)計(jì)采用了一種新型的組合式液壓絞車，該絞車結(jié)構(gòu)主要由棘輪機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、摩擦離合機(jī)構(gòu)及齒輪嚙合機(jī)構(gòu)等組合而成，多年來(lái)根據(jù)用戶使用情況，反映良好。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單、靈活，維修方便，提升重物平穩(wěn)，制動(dòng)可靠。為此，本文將從工作原理、制動(dòng)器的設(shè)計(jì)依據(jù)及液壓系統(tǒng)工作原理等3 個(gè)方面，介紹這種組合式液壓絞車的設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用，以便有關(guān)的工程技術(shù)人員參考。組合式液壓絞車主要由卷筒、制動(dòng)器及液壓系統(tǒng)等部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 1。
1工作原理
卷筒12 左端是液壓絞車的制動(dòng)部分，右端馬達(dá)座 14 連接低速大扭矩鋼球馬達(dá)，經(jīng)主動(dòng)軸9傳遞扭矩。定盤5通過(guò)鍵8 固定在主動(dòng)軸上，棘輪 4 與摩擦片 16 鉚接，再與銅套 7 裝配后空套在定盤上，動(dòng)盤6 是螺母與漸開(kāi)線外花鍵的組合件,并通過(guò)梯形螺紋連接主動(dòng)軸，且可以左右移動(dòng)，漸開(kāi)線外花鍵與卷筒左端的漸開(kāi)線內(nèi)花鍵嚙合，將扭矩傳遞至卷筒。為了便于說(shuō)明直驅(qū)動(dòng)式液壓絞車的工作原理，假定圖 1 中主動(dòng)軸上的梯形螺紋螺旋方向?yàn)樽笮?dāng)鋼球馬達(dá)工作，主動(dòng)軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)。作用在主動(dòng)軸上的力矩，迫使動(dòng)盤左移，和定盤同時(shí)壓緊棘輪兩側(cè)的摩擦片，這是在接觸面摩擦力作用下，棘輪隨同主動(dòng)軸同方向旋轉(zhuǎn)，而棘爪1 在棘輪齒上打滑。此時(shí)，絞車完成提升運(yùn)動(dòng)。當(dāng)提升動(dòng)作停止，即主動(dòng)軸停止旋轉(zhuǎn)，重物在自重的作用下，在卷筒上產(chǎn)生的力矩傳遞至動(dòng)盤，因?yàn)閯?dòng)盤是螺母，進(jìn)而沿主動(dòng)軸左移，于是仍然使動(dòng)盤、定盤與棘輪處于壓緊狀態(tài)，此時(shí)重物有要帶動(dòng)卷筒、動(dòng)盤及棘輪一起向下降方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，即順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，但是，由于棘爪的阻礙而停止。
當(dāng)鋼球馬達(dá)反向工作，主動(dòng)軸順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使重物下降，動(dòng)盤沿左旋梯形螺紋右移，放松棘輪，致使棘輪與定盤、動(dòng)盤之間的摩擦力不足以產(chǎn)生制動(dòng)作用，此時(shí)重物在自重的作用下，開(kāi)始下降。如果重物在下降的過(guò)程中，需要停止在某一位置，這時(shí)鋼球馬達(dá)停止工作，則主動(dòng)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)盤繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)，由于主動(dòng)軸上的螺紋是左旋，則動(dòng)盤左移與棘輪又重新壓緊并產(chǎn)生制動(dòng)力矩，重物停止下降。倘若主動(dòng)軸繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重物又將繼續(xù)下降。
2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)依據(jù)
2.1 確定螺紋升角 α
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式中，z 為螺紋頭數(shù);t 為螺距，mm;d2 為螺紋中徑，mm。
在設(shè)計(jì)中，一般取螺紋頭數(shù) z = 2～4，螺紋升角 α=12°～20°。
2.2 制動(dòng)條件
Mc / Mz = K Fμ Rmp ―――制動(dòng)摩擦力矩，N?m;
Mz = F?r2?tg(α + ρ)+F Rmp μ―――載荷力矩，N?m;
F―――壓緊制動(dòng)圓盤的軸向力，N;
μ―――摩擦面間的摩擦系數(shù)見(jiàn)表 1;
r2―――螺紋中徑的半徑，m;
ρ ―――螺旋副摩擦角(一般取 ρ = 3°26'～5°24')
Rmp―――摩擦片表面摩擦合力的作用半徑，
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K―――制動(dòng)安全系數(shù)(一般取K=1.2～1.3)
根據(jù)以上參數(shù)帶入公式計(jì)算，則可以得出制動(dòng)條件公式如下
2.3 校核摩擦片表面單位壓力 p
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式中，F(xiàn)=Mz /[r2?tg(α + ρ)+ μRmp]，N;
D―――摩擦片外徑，m;
D―――摩擦片內(nèi)徑，m;
[p]―――許用單位壓力，MPa 見(jiàn)表 1;
Ks―――實(shí)際計(jì)算的安全系數(shù)值。
2.4 重物下降時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩
Mn = Mc - Mz
將上面的制動(dòng)條件公式帶入，得
Mn =(Ks - 1)Mz
2.5 重物下降的停止條件
r 2?tg (α + ρ) ≤ μRmp / Ks
2.6 校核螺紋擠壓強(qiáng)度
σj = 4F / π (d3?d3- d1?d1) n≤[σj]
式中，d1―――螺紋內(nèi)徑，m;
d3―――螺紋外徑，m;
n―――螺紋工作牙數(shù);
[σj]―――許用擠壓應(yīng)力，MPa;
一般對(duì)于鋼制絲杠與鑄鐵螺母摩擦?xí)r[σj]= 5.0 MPa;鋼制絲杠與青銅螺母摩擦?xí)r[σj]=8.0 MPa。
3液壓系統(tǒng)工作原理
直驅(qū)動(dòng)式液壓絞車的液壓系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2。
4結(jié)束語(yǔ)
該液壓系統(tǒng)屬于簡(jiǎn)單的開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)，鋼球馬達(dá) 1 上的兩個(gè)進(jìn)油口A、B 分別控制絞車的提升和下降，即主動(dòng)軸逆時(shí)針或順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪泵 5 工作時(shí)，手動(dòng)換向閥 2 換向，液壓油經(jīng)單向閥 3 及換向閥進(jìn)入鋼球馬達(dá) A 口，則 B 口回油，主動(dòng)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成重物提升動(dòng)作;反之，鋼球馬達(dá) B 口進(jìn)油，則 A 口回油，主動(dòng)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則重物下降，若換向閥復(fù)中位，則重物停止下降。
摘自：中國(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
