徑向壓繩機構(gòu)提升機的試驗研究

徑向壓繩機構(gòu)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(shè)備。廣泛應(yīng)用于電廠、風(fēng)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(jìn)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(gòu)的電動爬升式提升機出現(xiàn)“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(gòu)與壓繩機構(gòu)的分析,指出提升機結(jié)構(gòu)的選用應(yīng)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(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,使開發(fā)的吊籃成為高性能、低成本的好產(chǎn)品。1提升裝置的一般結(jié)構(gòu)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(gòu)、卷繩機構(gòu)、壓繩機構(gòu)組成。卷繩機構(gòu)、壓繩機構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(jīng)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(nèi)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(chǎn)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(xiàn)穩(wěn)定的升降動作。圖4所示是一種典型的軸向夾繩機構(gòu)。壓盤通過帶有碟型彈簧的螺栓和繩輪相聯(lián),并隨繩輪一起旋轉(zhuǎn)。壓盤與繩輪在進(jìn)繩口與出繩口的間隙不同,可使鋼絲繩由進(jìn)繩口順利入至繩槽內(nèi),并隨兩盤旋轉(zhuǎn)至縫隙較小的夾繩區(qū)域,再繼續(xù)旋轉(zhuǎn),鋼絲繩由出繩口部位導(dǎo)出。周而復(fù)始,在旋轉(zhuǎn)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(xiàn)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(fù)雜。圖3、圖5所示是一種典型的徑向夾繩機構(gòu)。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(cè)面緊密接觸,從而產(chǎn)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(xiàn)向上提升重物的目的。徑向夾繩方式對鋼絲繩質(zhì)量要求較高,與軸向夾繩機構(gòu)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(jié)構(gòu)比較簡單,整機的制造成本較低,目前被許多吊籃生產(chǎn)廠家采用。2張力分析關(guān)于軸向夾繩機構(gòu)鋼絲繩張力的分析已有很多,下面僅對徑向夾繩機構(gòu)的鋼絲繩所受張力進(jìn)行分析。2.1出槽及鋼絞線的受力圖6為徑向夾繩機構(gòu)的鋼絲繩所受張力的示意圖。推導(dǎo)前提:假設(shè)鋼絲繩是不能伸長的絕對撓性體,與繩輪兩側(cè)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(shù)為μ0,當(dāng)量摩擦系數(shù)μ=μ0/sin(θ/2)。根據(jù)鋼絲繩在“V”型槽內(nèi)的受力分析(圖6),在鋼絲繩上取一微段dl,所對應(yīng)的圓心角為dα;微段左側(cè)受到拉力為F、右側(cè)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(nèi)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(yīng)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(gòu)施加合成壓力設(shè)壓繩輪處拉簧拉力T通過壓繩機構(gòu)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(jié)構(gòu)可知,壓繩機構(gòu)施加給鋼絲繩的合成壓力T′與拉簧拉力T存在以下關(guān)系合成壓力T′與鋼絲繩所受法向壓力P存在以下關(guān)系由式(5)、式(6)可求得2.3提升機環(huán)境設(shè)計在圖6所示壓繩結(jié)構(gòu)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(cè)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(shè)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(jié)構(gòu)確定的前提下,要提高提升機提升力、避免產(chǎn)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(guān)系式(9)為制定合理的彈簧工作拉(壓)力提供了理論根據(jù)。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(shè)法增大鋼絲繩在繩輪上的包角。目前市場上徑向壓繩結(jié)構(gòu)的提升機多采用“α”型卷繩機構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修方便”的優(yōu)點。在高處作業(yè)吊籃生產(chǎn)廠家日益增多、競爭十分激烈的情況下,這種結(jié)構(gòu)的提升機被許多生產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)的ZLP630提升機,其部分產(chǎn)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(jié)構(gòu),設(shè)計額定提升力超過500kg的提升機卷繩機構(gòu)不宜采用“α”型繞法,而應(yīng)采用“S”型繞法。而且,國內(nèi)鋼絲繩的生產(chǎn)技術(shù)已今非昔比,一些生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的鋼絲繩性能指標(biāo)已達(dá)到或超過國際先進(jìn)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(chǎn)制造技術(shù)的突破,也為在大提升力機型上采用“S”型繞法提供了物質(zhì)保證。根據(jù)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(chǎn)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(xiàn)場試驗。試驗中,將ZLP630型提升機拉簧的工作拉力調(diào)到8kg,提升1300kg(含5m平臺自重)的載荷,吊籃仍未出現(xiàn)滑繩現(xiàn)象;將ZLP1000型提升機拉簧的工作拉力調(diào)到15kg,提升1800kg(含5m平臺自重)的載荷,吊籃仍未出現(xiàn)滑繩現(xiàn)象。在對產(chǎn)品兩年多的工業(yè)性考核中,也未發(fā)現(xiàn)鋼