徑向壓繩機構提升機的試驗研究

徑向壓繩機構提升機的試驗研究

高水平安裝是一種外裝飾、清潔和維修的設備。廣泛應用于電廠、風能發(fā)電、高架橋、造船、電梯安裝等行業(yè)。因為具有費用少、移動方便、安全、高效等特點,所以,用吊籃取代傳統(tǒng)的腳手架和大繩進行高空作業(yè)已成必然趨勢。電動爬升式提升機是高處作業(yè)吊籃的主要機型,由于一些“α”型卷繩機構的電動爬升式提升機出現“滑繩”和鋼絲繩“散股”故障,使吊籃存在安全隱患。本文通過對提升機卷繩機構與壓繩機構的分析,指出提升機結構的選用應主要從確保提升機提升力、鋼絲繩等主要零部件的使用壽命、制造成本等方面確定,以充分發(fā)揮所選結構的優(yōu)勢,使開發(fā)的吊籃成為高性能、低成本的好產品。1提升裝置的一般結構和工作原則1.1兩種類型提升機的特點電動爬升式提升機主要由電動機、齒輪傳動機構、卷繩機構、壓繩機構組成。卷繩機構、壓繩機構是本文論述的重點。電動爬升式提升機按鋼絲繩在減速機內纏繞方式分“α”型繞法和“S”型繞法兩種(見圖1、圖2)?！唉痢毙屠@法提升機的特點是鋼絲繩在提升機內穿過時,只向一個方向彎曲,承受脈動載荷,不易疲勞損壞,但鋼絲繩在繩輪上的包角較小,摩擦提升力較小?！癝”型繞法提升機(見圖3)的特點是鋼絲繩先通過繩輪2,然后返折通過繩輪1,再經壓繩器完成穿過提升機的過程,鋼絲繩向兩個方向彎曲,承受交變疲勞載荷。相對“α”型繞法,提升機鋼絲繩易疲勞損壞,但鋼絲繩在繩輪上的包角較大,摩擦提升力較大,適合于大提升力機型。1.2軸向夾繩方式電動爬升式提升機按鋼絲繩在減速機內夾持方式分軸向和徑向夾繩兩種(見圖4、圖5)。不論是“α”型繞法還是“S”型繞法,電動爬升式提升機都可以采用軸向或徑向夾繩產生足夠的摩擦力,使鋼絲繩牢靠地貼在繩輪上運動,滿足對提升力的要求,使提升機實現穩(wěn)定的升降動作。圖4所示是一種典型的軸向夾繩機構。壓盤通過帶有碟型彈簧的螺栓和繩輪相聯,并隨繩輪一起旋轉。壓盤與繩輪在進繩口與出繩口的間隙不同,可使鋼絲繩由進繩口順利入至繩槽內,并隨兩盤旋轉至縫隙較小的夾繩區(qū)域,再繼續(xù)旋轉,鋼絲繩由出繩口部位導出。周而復始,在旋轉兩盤的夾持力作用下,提升機就沿著鋼絲繩不斷向上爬升,實現向上提升重物的目的。軸向夾繩方式具有夾持力柔和、摩擦力大、鋼絲繩使用壽命長等特點,但制造成本較高,維修復雜。圖3、圖5所示是一種典型的徑向夾繩機構。壓輪器有兩個壓繩輪,由拉簧或壓簧提供壓繩力,使鋼絲繩與繩輪“V”型槽兩側面緊密接觸,從而產生所需的摩擦力以滿足提升力要求,使提升機沿著鋼絲繩不斷向上爬升,實現向上提升重物的目的。徑向夾繩方式對鋼絲繩質量要求較高,與軸向夾繩機構相比,鋼絲繩易磨損。因徑向夾繩方式的提升機繩輪繩槽為“V”型,結構比較簡單,整機的制造成本較低,目前被許多吊籃生產廠家采用。2張力分析關于軸向夾繩機構鋼絲繩張力的分析已有很多,下面僅對徑向夾繩機構的鋼絲繩所受張力進行分析。2.1出槽及鋼絞線的受力圖6為徑向夾繩機構的鋼絲繩所受張力的示意圖。推導前提:假設鋼絲繩是不能伸長的絕對撓性體,與繩輪兩側面的摩擦力為剛性體之間的摩擦,鋼絲繩在繩輪上的總包角為α,繩輪“V”型槽張角為θ,鋼絲繩受到壓繩器的法向壓力為P,摩擦系數為μ0,當量摩擦系數μ=μ0/sin(θ/2)。根據鋼絲繩在“V”型槽內的受力分析(圖6),在鋼絲繩上取一微段dl,所對應的圓心角為dα;微段左側受到拉力為F、右側受到拉力為F+dF;dN為微段受到的法向壓力,列出水平和垂直方向各力的平衡方程由式(1)、式(2)可得對式(3)等號兩邊分別在F2到F1和0到α范圍內積分,可得式(4)中的F1、F2為鋼絲繩受力區(qū)間的邊界值,分別代表吊籃單邊載重量(對應于單個提升機提升力)和出繩處鋼絲繩所受到的摩擦力總和。2.2壓繩機構施加合成壓力設壓繩輪處拉簧拉力T通過壓繩機構施加給鋼絲繩的法向壓力為P,壓繩器兩個壓輪中心與繩輪中心形成的夾角為β,壓繩器有效力臂為L1、L2,由圖6所示壓繩結構可知,壓繩機構施加給鋼絲繩的合成壓力T′與拉簧拉力T存在以下關系合成壓力T′與鋼絲繩所受法向壓力P存在以下關系由式(5)、式(6)可求得2.3提升機環(huán)境設計在圖6所示壓繩結構中,鋼絲繩在與繩輪分離處受到壓繩輪施加的法向壓力P以及繩輪“V”型槽兩側面對鋼絲繩的法向壓力N,則壓繩輪與鋼絲繩接觸點的摩擦力為μ0p[1+1/sin(θ/2),設提升機允許的最大靜力試驗載荷及平臺一半自重的總和為W(即單個提升機的提升力)。將F1=W、F2=μ0p[1+1/sin(θ/2),代入式(4)整理得式(8)說明提升機提升力的大小W與壓繩輪對鋼絲繩施加的法向壓力P成正比,在整體結構確定的前提下,要提高提升機提升力、避免產生“滑繩”故障,就要使壓繩輪對鋼絲繩施加的法向壓力P足夠大,但法向壓力P過大,會加大鋼絲繩磨損,發(fā)生鋼絲繩“散股”故障。2.4提升彈簧性能和提升機的性能由式(7)、式(8)可得出拉簧的工作拉力T與提升機的提升力W的關系式(9)為制定合理的彈簧工作拉(壓)力提供了理論根據。3大提升力型鋼的提升機在解決吊裝中的問題由式(8)可以看出:鋼絲繩所受到的法向壓力P與提升機的提升力成正比,與鋼絲繩在繩輪上的包角α成反比,即:鋼絲繩所受法向壓力越大,提升機提升力越大,不易發(fā)生“滑繩”故障,但鋼絲繩磨損越大,容易造成鋼絲繩“散股”,降低鋼絲繩的使用壽命。要想降低鋼絲繩所受到的法向壓力,同時還要保證提升機的提升力,就要設法增大鋼絲繩在繩輪上的包角。目前市場上徑向壓繩結構的提升機多采用“α”型卷繩機構和繩槽為“V”型的繩輪,齒輪傳動為多級圓柱齒輪傳動,所以具有“結構簡單、成本低廉、維修方便”的優(yōu)點。在高處作業(yè)吊籃生產廠家日益增多、競爭十分激烈的情況下,這種結構的提升機被許多生產廠家所采用。但由于鋼絲繩與繩輪接觸需要很大的徑向力才能產生所需的摩擦力以滿足提升力要求,因此不適合大提升力機型。市場上“α”型繞法、徑向壓繩結構的ZLP630提升機,其部分產品發(fā)生“滑繩”和鋼絲繩“散股”故障也說明,若要采用徑向壓繩結構,設計額定提升力超過500kg的提升機卷繩機構不宜采用“α”型繞法,而應采用“S”型繞法。而且,國內鋼絲繩的生產技術已今非昔比,一些生產廠家生產的鋼絲繩性能指標已達到或超過國際先進水平,鋼絲繩承受交變疲勞載荷的能力大大增強,可以滿足“S”型繞法對鋼絲繩的工作要求。所以,鋼絲繩生產制造技術的突破,也為在大提升力機型上采用“S”型繞法提供了物質保證。根據圖2所示,“S”型繞法的鋼絲繩在兩個繩輪上的包角約為2.88π(α=1.44π)是“α”型繞法的2倍,通過積分可得因此,具有同等提升能力的提升機若采用“S”型繞法,計算出鋼絲繩所受到的法向壓力P、壓簧的工作拉力將大幅降低,從而使壓繩輪對鋼絲繩產生過大法向壓力而造成鋼絲繩磨損和鋼絲繩“散股”的問題得到了較好的解決。在研制“S”型繞法的ZLP630、ZLP1000型提升機過程中,曾做過多次現場試驗。試驗中,將ZLP630型提升機拉簧的工作拉力調到8kg,提升1300kg(含5m平臺自重)的載荷,吊籃仍未出現滑繩現象;將ZLP1000型提升機拉簧的工作拉力調到15kg,提升1800kg(含5m平臺自重)的載荷,吊籃仍未出現滑繩現象。在對產品兩年多的工業(yè)性考核中,也未發(fā)現鋼