組合式液壓絞車的設計與應用
發布時間：2017-11-22
絞車具有提升和牽引的特性，廣泛地應用于起重運輸、建筑、港口碼頭及地質勘探等各種產業機械設備之中。根據使用要求，絞車的結構形式多種多樣，操作方式也各具特色。筆者在工廠工作期間，主持開發了鐵路維護裝備 SQ 型系列鐵路平板車起重機。在該起重機中，設計采用了一種新型的組合式液壓絞車，該絞車結構主要由棘輪機構、絲杠螺母機構、摩擦離合機構及齒輪嚙合機構等組合而成，多年來根據用戶使用情況，反映良好。其特點是：結構緊湊，操作簡單、靈活，維修方便，提升重物平穩，制動可靠。為此，本文將從工作原理、制動器的設計依據及液壓系統工作原理等3 個方面，介紹這種組合式液壓絞車的設計原理與應用，以便有關的工程技術人員參考。組合式液壓絞車主要由卷筒、制動器及液壓系統等部分組成，結構簡圖見圖 1。
1工作原理
卷筒12 左端是液壓絞車的制動部分，右端馬達座 14 連接低速大扭矩鋼球馬達，經主動軸9傳遞扭矩。定盤5通過鍵8 固定在主動軸上，棘輪 4 與摩擦片 16 鉚接，再與銅套 7 裝配后空套在定盤上，動盤6 是螺母與漸開線外花鍵的組合件,并通過梯形螺紋連接主動軸，且可以左右移動，漸開線外花鍵與卷筒左端的漸開線內花鍵嚙合，將扭矩傳遞至卷筒。為了便于說明直驅動式液壓絞車的工作原理，假定圖 1 中主動軸上的梯形螺紋螺旋方向為左旋，當鋼球馬達工作，主動軸逆時針方向旋轉時。作用在主動軸上的力矩，迫使動盤左移，和定盤同時壓緊棘輪兩側的摩擦片，這是在接觸面摩擦力作用下，棘輪隨同主動軸同方向旋轉，而棘爪1 在棘輪齒上打滑。此時，絞車完成提升運動。當提升動作停止，即主動軸停止旋轉，重物在自重的作用下，在卷筒上產生的力矩傳遞至動盤，因為動盤是螺母，進而沿主動軸左移，于是仍然使動盤、定盤與棘輪處于壓緊狀態，此時重物有要帶動卷筒、動盤及棘輪一起向下降方向旋轉的趨勢，即順時針旋轉，但是，由于棘爪的阻礙而停止。
當鋼球馬達反向工作，主動軸順時針方向旋轉，使重物下降，動盤沿左旋梯形螺紋右移，放松棘輪，致使棘輪與定盤、動盤之間的摩擦力不足以產生制動作用，此時重物在自重的作用下，開始下降。如果重物在下降的過程中，需要停止在某一位置，這時鋼球馬達停止工作，則主動軸停止轉動，動盤繼續順時針轉，由于主動軸上的螺紋是左旋，則動盤左移與棘輪又重新壓緊并產生制動力矩，重物停止下降。倘若主動軸繼續順時針旋轉，重物又將繼續下降。
2 制動器的設計依據
2.1 確定螺紋升角 α
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式中，z 為螺紋頭數;t 為螺距，mm;d2 為螺紋中徑，mm。
在設計中，一般取螺紋頭數 z = 2～4，螺紋升角 α=12°～20°。
2.2 制動條件
Mc / Mz = K Fμ Rmp ―――制動摩擦力矩，N?m;
Mz = F?r2?tg(α + ρ)+F Rmp μ―――載荷力矩，N?m;
F―――壓緊制動圓盤的軸向力，N;
μ―――摩擦面間的摩擦系數見表 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―――制動安全系數(一般取K=1.2～1.3)
根據以上參數帶入公式計算，則可以得出制動條件公式如下
2.3 校核摩擦片表面單位壓力 p
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式中，F=Mz /[r2?tg(α + ρ)+ μRmp]，N;
D―――摩擦片外徑，m;
D―――摩擦片內徑，m;
[p]―――許用單位壓力，MPa 見表 1;
Ks―――實際計算的安全系數值。
2.4 重物下降時所需的驅動力矩
Mn = Mc - Mz
將上面的制動條件公式帶入，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 校核螺紋擠壓強度
σj = 4F / π (d3?d3- d1?d1) n≤[σj]
式中，d1―――螺紋內徑，m;
d3―――螺紋外徑，m;
n―――螺紋工作牙數;
[σj]―――許用擠壓應力，MPa;
一般對于鋼制絲杠與鑄鐵螺母摩擦時[σj]= 5.0 MPa;鋼制絲杠與青銅螺母摩擦時[σj]=8.0 MPa。
3液壓系統工作原理
直驅動式液壓絞車的液壓系統原理見圖2。
4結束語
該液壓系統屬于簡單的開式循環系統，鋼球馬達 1 上的兩個進油口A、B 分別控制絞車的提升和下降，即主動軸逆時針或順時針旋轉。當齒輪泵 5 工作時，手動換向閥 2 換向，液壓油經單向閥 3 及換向閥進入鋼球馬達 A 口，則 B 口回油，主動軸逆時針轉動，完成重物提升動作;反之，鋼球馬達 B 口進油，則 A 口回油，主動軸順時針旋轉，則重物下降，若換向閥復中位，則重物停止下降。
摘自：中國計量測控網
