鋼絲繩與壓盤之間的接觸特性與工況條件的修正

鋼絲繩與壓盤之間的接觸特性與工況條件的修正

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，大型場地上的懸掛式提升機越來越受到重視。提升機的基本工作原理是利用鋼絲繩與摩擦輪擠壓產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)上、下運動。摩擦力的大小取決于摩擦系數(shù)、接觸形式和接觸物體之間的正壓力。改變彈簧的壓緊程度,即改變鋼絲繩和摩擦輪之間的接觸壓力,就可以改變最大起重量。就一定的起重量而言,若彈簧壓緊力太小,鋼絲繩和摩擦輪之間的摩擦力不足以將吊籃堤升,鋼絲繩和摩擦輪之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象;若彈簧壓緊力太大,鋼絲繩和摩擦輪之間的正壓力可能導致鋼絲繩承受過大的塑性變形,出現(xiàn)“融繩”現(xiàn)象。所以研究彈簧提供的壓盤力與有效起重量之間的關(guān)系非常重要?，F(xiàn)代摩擦理論及科學實驗的很多結(jié)果表明摩擦因數(shù)不是常量,其值不但與正壓力的大小及作用時間有關(guān),而且與接觸物表面間的相對滑動速度,對偶材料的溫度、硬度,接觸面的粗糙度和濕度等復雜因素有關(guān),因而有效提升力具有很大的不確定性。為此,本文推導出α型摩擦提升機在不同彈簧直徑、鋼絲繩直徑和正壓力時的摩擦性能,并將理論數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)對比,旨在為建筑提升機制動系統(tǒng)和安全防滑保護系統(tǒng)等設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為高性能提升機的研制與檢測提供技術(shù)指導和評判依據(jù),從而為確保建筑提升機的安全生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)支撐。1分析不同因素對有效改進能力的影響1.1采用相應(yīng)的方法測試摩擦系數(shù)實驗方法:采用拉力傳感器測量鋼絲繩的張力,由動態(tài)應(yīng)變儀、光線示波器記錄測試信號。測出鋼絲繩在繩槽內(nèi)開始打滑時兩端鋼絲繩的張力,然后利用歐拉公式計算出摩擦系數(shù)。測試室溫為20℃,提升機的速度為7.7m/min。已控制摩擦溫升,基本消除溫升對摩擦系數(shù)測試結(jié)果的影響。f=a+bνR+cP,νR=[(T1-T2)/EA]ν式中:P表示彈簧施加給壓盤的比壓。對摩擦系數(shù)實測值進行二元回歸分析,經(jīng)過30次實驗結(jié)果,得到當量摩擦系數(shù)的值在0.53～O.55之間不定,作為以下討論的參考數(shù)據(jù)。νR表示相對滑速。1.2提升機的作用原理爬升式提升機的技術(shù)核心是利用工作鋼絲繩和驅(qū)動輪、被動輪之間的摩擦力使作業(yè)吊籃實現(xiàn)上下運動。整機(鋼絲繩、提升機和吊籃)的受力分析表明,鋼絲繩的緊邊張力與松邊張力的差等于全部提升重量。就提升機和吊籃而言,其上升的力是由鋼絲繩和摩擦輪之間的摩擦力提供的。彈簧施加壓力首先作用于連接板點C(圖1),連接板在點A用固定銷與提升機機殼鎖死,連接銷點B作為連桿的支點,在彈簧力的作用下將連接板點C頂起,通過支點B將力傳遞給2個壓繩輪,壓繩輪通過自身調(diào)節(jié)平衡,將壓力比較均勻地作用于鋼絲繩,(摩擦輪與鋼絲繩為梯形面接觸)利用摩擦輪梯形接觸面的側(cè)面與鋼絲繩形成摩擦傳動,實現(xiàn)上下運動。圖1為實際的提升機機械結(jié)構(gòu)圖,據(jù)此簡化,其作用原理的數(shù)學模型如圖2所示。參照歐拉公式分析提升機的提升力與鋼絲繩的緊邊拉力與松邊拉力、摩擦系數(shù)、包角和壓盤所受的正壓力之間的關(guān)系T1=(T0+2Pα)efα?2PαΤ1=(Τ0+2Ρα)efα-2Ρα(1)式中T0——鋼絲繩的松邊拉力T1——鋼絲繩的緊邊拉力f——鋼絲繩的摩擦系數(shù)(即回歸分析所得值)P——彈簧正壓力α——鋼絲繩在摩擦輪上的包角顯然,通過增加配重保證T0>0,可使鋼絲繩的有效提升力提高,并可使鋼絲繩在提升機內(nèi)的通過性更好。松邊拉力、摩擦系數(shù)和包角,鋼絲繩的有效提升力與壓盤的正壓力成正比。1.3提升機實際應(yīng)用計算α型提升機與S型提升機受力原理完全不同,該機施壓彈簧的個數(shù)為1,剛度系數(shù)為k,則彈簧施于壓繩輪連接板的力F1=(x+Δx)k=(x+Δx)Gd48nD32F1=(x+Δx)k=(x+Δx)Gd48nD23(2)式中n——彈簧的有效圈數(shù),n<15時,取為0.5圈的倍數(shù);n>15時,取n為整圈數(shù)D2——簧圈的平均直徑。本設(shè)計中,D2=(16.5+d)mm,有效圈數(shù)取n=27.5,故取為28鋼絲繩的包角為α=5p/3,簧絲材料的剪切彈性模量為G=8×104MPa,摩擦系數(shù)可取f=0.53～0.55。則k=80000×4.148×28×20.63=11.545k=80000×4.148×28×20.63=11.545(3)實際彈簧預緊量x=定位銷的高度+簧圈直徑+彈簧直徑變形增量=(鋼絲繩直徑-槽寬)=(鋼絲繩直徑-6)(取鋼絲繩直徑為8.6mm)。由于連接板的杠桿作用,將受力點C上的力F1折算到支點B,直接作用于壓繩輪上的力為F2,其計算關(guān)系如圖3所示。F2F1=L1L2=2.9349F2F1=L1L2=2.9349(4)即彈簧的當量正壓力P=F2=2.9349F1(5)將式(5)代入式(1)可得T1=(T0+2×2.9349(x+Δx)Gd48nD32α)efα?2×2.9349(x+Δx)Gd48nD32α(6)Τ1=(Τ0+2×2.9349(x+Δx)Gd48nD23α)efα-2×2.9349(x+Δx)Gd48nD23α(6)根據(jù)提升機的實際包角α=53pα=53p,簡化式(6)得T1=(T0+402.350)e53pf?402.350Τ1=(Τ0+402.350)e53pf-402.350(7)為了保證T1≥637kg=6243N,將T1作為已知量,并忽略松邊拉力的值,校驗摩擦系數(shù)。計算結(jié)果表明:取摩擦系數(shù)f=0.55時,有效提升力是f=0.53時的1.12倍(6763.00/6050.62);鋼絲繩直徑為8.6mm時,有效提升力是鋼絲繩直徑為8.4mm時的近1.01倍(采用均值f=0.54)。由此可見,要提高提升機的有效負荷,主要是通過改變摩擦輪的楔形角度,以改變摩擦系數(shù)來實現(xiàn)。而在同一摩擦系數(shù)下,鋼絲繩直徑的變化對有效提升力的影響并不大。2實驗數(shù)據(jù)的結(jié)果和分析2.1液壓鋼絞線有效負荷的計算表1給出了當彈簧直徑分別為4.0、4.1、4.2mm,摩擦系數(shù)f分別取0.53、0.54和0.55時,鋼絲繩的有效負荷。計算數(shù)據(jù)表明:鋼絲繩直徑為8.6mm時,矩形框中的數(shù)據(jù)在對角線以下的可以滿足提升要求(包括矩形對角線)。對角線以上的數(shù)據(jù)則不符合提升要求。只有在f=0.55的條件下,以上3種彈簧的直徑均可滿足。2.2拉拉力傳感器的檢測采用拉力傳感器實測提升機的有效提升力。開啟電源,使其正常運行。在打滑瞬間,記錄拉力傳感器的示數(shù)(在此試驗過程中,要做好安全鎖隨時鎖繩的準備)。為了對比理論數(shù)據(jù),采用相同的試驗參數(shù)作為已知數(shù)據(jù),實驗結(jié)果如表2所示。3預防融繩現(xiàn)象的措施通過對歐拉公式的理論研究與試驗得到的數(shù)據(jù)對比可以看出:鋼絲繩與壓盤之間的當量摩擦系數(shù)、彈簧直徑、鋼絲繩直徑是影響提升機有效提升力的主要參數(shù)。在不影響提升能力的前提下,應(yīng)盡量減小摩擦系數(shù),以避免出現(xiàn)融繩現(xiàn)象。同時鋼絲繩的松邊要施加一定的壓力,保證鋼絲繩能夠通過壓盤。在試驗過程中發(fā)現(xiàn):由于彈簧壓力過大常導致融繩現(xiàn)象。為避免此類