组合式液压绞车的设计与应用
发布时间：2017-11-22
绞车具有提升和牵引的特性，广泛地应用于起重运输、建筑、港口码头及地质勘探等各种产业机械设备之中。根据使用要求，绞车的结构形式多种多样，操作方式也各具特色。笔者在工厂工作期间，主持开发了铁路维护装备 SQ 型系列铁路平板车起重机。在该起重机中，设计采用了一种新型的组合式液压绞车，该绞车结构主要由棘轮机构、丝杠螺母机构、摩擦离合机构及齿轮啮合机构等组合而成，多年来根据用户使用情况，反映良好。其特点是：结构紧凑，操作简单、灵活，维修方便，提升重物平稳，制动可靠。为此，本文将从工作原理、制动器的设计依据及液压系统工作原理等3 个方面，介绍这种组合式液压绞车的设计原理与应用，以便有关的工程技术人员参考。组合式液压绞车主要由卷筒、制动器及液压系统等部分组成，结构简图见图 1。
1工作原理
卷筒12 左端是液压绞车的制动部分，右端马达座 14 连接低速大扭矩钢球马达，经主动轴9传递扭矩。定盘5通过键8 固定在主动轴上，棘轮 4 与摩擦片 16 铆接，再与铜套 7 装配后空套在定盘上，动盘6 是螺母与渐开线外花键的组合件,并通过梯形螺纹连接主动轴，且可以左右移动，渐开线外花键与卷筒左端的渐开线内花键啮合，将扭矩传递至卷筒。为了便于说明直驱动式液压绞车的工作原理，假定图 1 中主动轴上的梯形螺纹螺旋方向为左旋，当钢球马达工作，主动轴逆时针方向旋转时。作用在主动轴上的力矩，迫使动盘左移，和定盘同时压紧棘轮两侧的摩擦片，这是在接触面摩擦力作用下，棘轮随同主动轴同方向旋转，而棘爪1 在棘轮齿上打滑。此时，绞车完成提升运动。当提升动作停止，即主动轴停止旋转，重物在自重的作用下，在卷筒上产生的力矩传递至动盘，因为动盘是螺母，进而沿主动轴左移，于是仍然使动盘、定盘与棘轮处于压紧状态，此时重物有要带动卷筒、动盘及棘轮一起向下降方向旋转的趋势，即顺时针旋转，但是，由于棘爪的阻碍而停止。
当钢球马达反向工作，主动轴顺时针方向旋转，使重物下降，动盘沿左旋梯形螺纹右移，放松棘轮，致使棘轮与定盘、动盘之间的摩擦力不足以产生制动作用，此时重物在自重的作用下，开始下降。如果重物在下降的过程中，需要停止在某一位置，这时钢球马达停止工作，则主动轴停止转动，动盘继续顺时针转，由于主动轴上的螺纹是左旋，则动盘左移与棘轮又重新压紧并产生制动力矩，重物停止下降。倘若主动轴继续顺时针旋转，重物又将继续下降。
2 制动器的设计依据
2.1 确定螺纹升角 α
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式中，z 为螺纹头数;t 为螺距，mm;d2 为螺纹中径，mm。
在设计中，一般取螺纹头数 z = 2～4，螺纹升角 α=12°～20°。
2.2 制动条件
Mc / Mz = K Fμ Rmp ―――制动摩擦力矩，N・m;
Mz = F・r2・tg(α + ρ)+F Rmp μ―――载荷力矩，N・m;
F―――压紧制动圆盘的轴向力，N;
μ―――摩擦面间的摩擦系数见表 1;
r2―――螺纹中径的半径，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径，
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K―――制动安全系数(一般取K=1.2～1.3)
根据以上参数带入公式计算，则可以得出制动条件公式如下
2.3 校核摩擦片表面单位压力 p
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式中，F=Mz /[r2・tg(α + ρ)+ μRmp]，N;
D―――摩擦片外径，m;
D―――摩擦片内径，m;
[p]―――许用单位压力，MPa 见表 1;
Ks―――实际计算的安全系数值。
2.4 重物下降时所需的驱动力矩
Mn = Mc - Mz
将上面的制动条件公式带入，得
Mn =(Ks - 1)Mz
2.5 重物下降的停止条件
r 2・tg (α + ρ) ≤ μRmp / Ks
2.6 校核螺纹挤压强度
σj = 4F / π (d3・d3- d1・d1) n≤[σj]
式中，d1―――螺纹内径，m;
d3―――螺纹外径，m;
n―――螺纹工作牙数;
[σj]―――许用挤压应力，MPa;
一般对于钢制丝杠与铸铁螺母摩擦时[σj]= 5.0 MPa;钢制丝杠与青铜螺母摩擦时[σj]=8.0 MPa。
3液压系统工作原理
直驱动式液压绞车的液压系统原理见图2。
4结束语
该液压系统属于简单的开式循环系统，钢球马达 1 上的两个进油口A、B 分别控制绞车的提升和下降，即主动轴逆时针或顺时针旋转。当齿轮泵 5 工作时，手动换向阀 2 换向，液压油经单向阀 3 及换向阀进入钢球马达 A 口，则 B 口回油，主动轴逆时针转动，完成重物提升动作;反之，钢球马达 B 口进油，则 A 口回油，主动轴顺时针旋转，则重物下降，若换向阀复中位，则重物停止下降。
摘自：中国计量测控网
