淺析差動開閉四繩抓斗系統

摘 要：文章論述了常用四繩抓斗存在的缺點，針對需在渣漿池撈渣作業的四繩抓斗存在的維修工作量大、備件材料消耗高的問題，提出了差動開閉四繩抓斗的具體方案，并對控制系統的改造提出基本要求。

關鍵詞：四繩抓斗；滑輪組；鋼絲繩；差速器

引言

抓斗作為搬運散料的吊具，在車站、港口、冶金工廠、水利、電站等都有廣泛的應用。抓斗的類型很多，按照驅動抓斗顎板擺轉開閉的方式可分為自帶動力式抓斗、繩索抓斗和不自帶動力非繩索抓斗三種。其中繩索式抓斗的顎板開閉是利用起重機上起升機構的鋼繩索來驅動抓斗內部部件達到的，具有結構簡單、自重較小、制造成本較低、工作效率較高的特點，應用最為廣泛，目前繩索式抓斗最常用的是四繩抓斗。

四繩抓斗有以下四部分組成：安裝著上滑輪組的上承梁、安裝著下滑輪組的下承梁、斗體（顎板）和連桿，上承梁、下承梁、斗體和連桿之間通過鉸軸連接。從起重機垂下的起升支持繩與上承梁相連接，開閉繩穿過上承梁的孔道繞入分別安裝在上、下承梁的滑輪組，形成減速增力滑輪組，可使上、下承梁之間的閉合力數倍于起升機構鋼絲繩的拉力，同時起到降低顎板開閉速度的作用。

由于四繩抓斗系統傳動、控制系統存在固有缺陷，使其不可避免的存在以下缺點：

（1）由于支持與閉合機構之間沒有固定的聯系，抓斗工作的開閉、起升協調主要靠司機的熟練程度，在抓斗工作時司機勞動強度大，容易疲勞，易產生誤操作。

（2）在抓斗沉抓之后，起升的瞬間，司機稍有疏忽會造成閉合電動機單獨受力，閉合電動機容易過載，甚至燒毀。

（3）抓斗上升和下降極限位置不易控制，下降時抓斗易與料堆強烈碰撞。

（4）打開、閉合抓斗時，開度控制靠司機的熟練程度，準確性不易掌握，開度小時，影響抓斗的工作量，開度過大時，下降時抓斗易與料堆碰撞，閉合繩容易從滑輪組中脫槽跳出，致使閉合繩過早的報廢。

（5）抓斗穿鋼絲繩時，司機和鉗工協調困難，極易出現工傷事故。

（6）為實現合適的抓斗工況，司機經常點動操作或打回車，電器元件或電動機經常處于過渡過程，降低了電器元件的使用壽命。

（7）對于需在渣漿池撈渣作業的四繩抓斗，由于其開閉鋼絲繩、滑輪組經常浸泡在漿液中，鋼絲繩、滑輪組軸承的潤滑狀態不能維持，產生磨損、腐蝕是必然的，進一步發展就會引發事故或故障，導致設備作業率降低，維修工作量、消耗增大。

新興鑄管股份有限公司第二煉鐵部兩座高爐都采用水沖渣處理系統，水渣到沖渣池后，通過抓斗天車撈渣、裝車，抓斗天車為24小時工作制。在使用過程中，上述問題均有出現，但最突出的影響主要體現在以下兩方面：一是開閉鋼絲繩使用壽命短，平均更換周期在20天左右；二是上、下滑輪組軸承損壞頻繁，平均使用壽命在25天左右。是造成工人勞動強度加大和維修成本增加的主要因素。

1 直連開閉抓斗的試用

為了提高開閉鋼絲繩和上、下滑輪組軸承的使用壽命，我們試用了直連開閉抓斗，直連開閉抓斗（如圖1所示）就是拆除上、下承梁上安裝的滑輪組，在上承梁上開一圓孔，拉桿穿過圓孔連接在下承梁上，開閉繩直接連在拉桿的上端。撈渣作業時，天車司機操作方法不變，升降繩和開閉繩同向運動時，抓斗升或降；開閉繩單獨運動時，抓斗開或閉。

試用效果：直連抓斗達到了預期的目的：一是取消滑輪組杜絕了滑輪組的頻繁更換；二是開閉鋼絲繩不需進入水中，壽命大大延長。但是由于取消滑輪組導致抓斗開閉速度成倍增加，又帶來了新的問題：在渣池中抓渣時，抓斗閉合速度過快，顎板推動水快速流動，部分渣隨水流又從抓斗上部溢出，明顯降低了工作效率；在裝車時，開斗速度過快，大量水渣集中下落，對運輸車輛造成強烈沖擊。因此此方法僅試用了20余天就又恢復了常規四繩抓斗使用。

2 差動開閉四繩抓斗

為了解決開閉鋼絲繩使用壽命短和上、下滑輪組軸承損壞頻繁的問題，在后續的使用中，又實施了滑輪組軸承密封改進、滑輪組軸承改為滑動軸承、鋼絲繩改用鍍鋅鋼絲繩等改進措施，但效果都不明顯。

最終的改造方案還是回到了使用直連式四繩抓斗，但前提條件是抓斗開閉的速度降下來，即開閉卷筒要具有高低兩種速度輸出，高速用于抓斗升降，低速用于抓斗開閉。

實現多速輸出的方法有：變頻器多速控制輸出、齒輪變速機構、差速器等，綜合考慮可靠性、可維修性、易于操作和調整等方面因素，選擇使用差速器來實現開閉卷筒的雙速輸出。

圖2 普通圓錐齒輪差速器示意圖

差速器是一種能使旋轉運動自一根軸傳至兩根軸，并使后者相互間能以不同轉速旋轉的差動機構，反之，兩種不同轉速旋轉通過差速器，也可以得到合成后的轉速，改變任意一個輸入的旋轉速度，就可改變輸出的轉速。圖2為普通圓錐齒輪差速器示意圖，當給圓錐齒輪1、4輸入不同的旋轉速度？棕1、？棕2時根據運動分析可得：

心軸3的旋轉速度為：？棕0=（？棕1+？棕2）/2

當？棕1=0時，？棕0=2/2，同樣當？棕2=0時，？棕0=1/2，這樣通過輸入不同的？棕1、？棕2，就可以得到需要的不同的？棕0的轉速輸出，差動開閉四繩抓斗就是利用差速器的特性來實現開閉卷筒輸出不同轉速的。

圖3 抓斗傳動結構示意圖

1、電機 2、開閉卷筒 3、提升卷筒 4、減速機 5、齒輪 6齒輪 7、圓錐齒輪 8、行星圓錐齒輪 9、圓錐齒輪 10、電機 11、電機 12、減速機 13、開閉行程控制器 14、心軸 15、行星輪軸

差動開閉四繩抓斗驅動機構如圖3所示：開閉卷筒3由電機10、11通過差速器傳動，兩臺電機分別工作時，開閉卷筒3可實現兩種不同的轉速輸出。升降抓斗時，電機1、10同時工作，電機1通過減速機12驅動升降卷筒，電機10通過圓柱齒輪6驅動與行星齒輪7為一體并套裝在心軸14上的圓柱齒輪5，由于此時圓錐齒輪9固定不動，所以行星圓錐齒輪7驅動行星齒輪8帶動行星輪軸15和心軸14轉動，再通過減速機4驅動開閉卷筒，電機1和電機11采用相同規格，由前面差速器運動分析知：？棕0=1/2，要保證開閉卷筒和升降卷筒同速轉動，齒輪6與齒輪5的速比應為2。開閉抓斗時，電機1、10不工作，電機11通過套裝在心軸13上的圓錐齒輪9驅動行星齒輪8，由于圓錐齒輪7、圓柱齒輪5固定不動，所以行星圓錐齒輪帶動行星輪軸15和心軸14轉動，再通過減速機4驅動開閉卷筒，實現抓斗的開閉，同樣由差速器運動分析：？棕0=？棕2/2，在電機10、電機11規格型號相同的情況下，即可實現抓斗開閉速度降低一半，如果要求抓斗開閉速度進一步降低，還可采用增加電機級數或采用變頻控制等方法。endprint

圖4 為差動減速器結構示意圖

3 差動開閉四繩抓斗的優點

采用了這種傳動形式，就可以使用直連式四繩抓斗。由于抓斗開閉由電機11單獨控制，并速度可調，開閉鋼絲繩可直接連接在下橫梁上，去掉上、下橫梁上的滑輪組，可大大的降低維修工作量、降低備件、材料消耗。

由于抓斗開閉動作和電機11單獨相關，還為抓斗開閉的精確控制創造了條件。在開閉電機11的軸上連接抓斗開閉行程控制器，就可以控制抓斗的閉合點和抓斗的最大開度，可以避免由于天車司機操作不熟練造成的開斗時鋼絲繩松弛和閉斗時開閉繩單獨承受負荷的情況，降低鋼絲繩脫槽、開閉電機燒損等故障。

4 差動四繩抓斗的控制與操作

采用差動開閉抓斗后，電器控制系統要做相應改造，基本要求是：電機1、電機10共同承擔抓斗的起升和下降，由一個操作手柄控制兩臺電機同時啟動、停止、反轉等；抓斗的開閉由電機11驅動，其啟動、停止、反控制由另一個操作手柄轉等。

相應的天車司機的操作大為簡化，抓斗的上升、下降只需操作一個手柄，而另一個手柄控制抓斗的開閉，兩個手柄配合操作還可實現在抓斗上升、下降過程中對抓斗吊開閉操作。

5 結束語

文章引言中敘述的普通四繩抓斗存在的多個問題，在差動四繩抓斗上有的得到了徹底解決，如上下滑輪組、開閉鋼絲繩使用壽命短的問題，有的得到了極大的改善，如因司機操作不熟練導致鋼絲繩松弛、脫槽和開閉電機易過載等。

實踐證明差動四繩抓斗用于在泥漿池中撈渣作業是可行的，它易于操作，可顯著降低維修工作量，但因其簡化了抓斗結構，去掉了安裝在上、下承梁的滑輪組，沒有了可使上、下承梁之間的作用力數倍于起升機構鋼絲繩的機構，在裝卸較硬的、比重較大的或塊度較大的物料場合使用，還需論證。另差速機構相對比較復雜，其設計、制造和使用維護等環節不得存在疏忽，否則因差速機構產生的故障而增加的維修工作量，可能會部分抵消使用差動開閉抓斗帶來的降低維修工作量的效果。

參考文獻

[1]包起帆，胡金汛.貨物抓斗與吊夾裝置[M].上海科學技術出版社，2005（4）

[2]成大先.機械設計手冊[J].化學工業出版社，2007.

[3]李錚.起重運輸機械[J].冶金工業出版社，2008.

[4]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[J].高等教育出版社，2006.

作者簡介：王素新（1963-），男，民族：漢，籍貫：河北省容城縣，學歷：大學，職稱：工程師，研究方向：設備管理與維修。endprint

圖4 為差動減速器結構示意圖

3 差動開閉四繩抓斗的優點

采用了這種傳動形式，就可以使用直連式四繩抓斗。由于抓斗開閉由電機11單獨控制，并速度可調，開閉鋼絲繩可直接連接在下橫梁上，去掉上、下橫梁上的滑輪組，可大大的降低維修工作量、降低備件、材料消耗。

由于抓斗開閉動作和電機11單獨相關，還為抓斗開閉的精確控制創造了條件。在開閉電機11的軸上連接抓斗開閉行程控制器，就可以控制抓斗的閉合點和抓斗的最大開度，可以避免由于天車司機操作不熟練造成的開斗時鋼絲繩松弛和閉斗時開閉繩單獨承受負荷的情況，降低鋼絲繩脫槽、開閉電機燒損等故障。

4 差動四繩抓斗的控制與操作

采用差動開閉抓斗后，電器控制系統要做相應改造，基本要求是：電機1、電機10共同承擔抓斗的起升和下降，由一個操作手柄控制兩臺電機同時啟動、停止、反轉等；抓斗的開閉由電機11驅動，其啟動、停止、反控制由另一個操作手柄轉等。

相應的天車司機的操作大為簡化，抓斗的上升、下降只需操作一個手柄，而另一個手柄控制抓斗的開閉，兩個手柄配合操作還可實現在抓斗上升、下降過程中對抓斗吊開閉操作。

5 結束語

文章引言中敘述的普通四繩抓斗存在的多個問題，在差動四繩抓斗上有的得到了徹底解決，如上下滑輪組、開閉鋼絲繩使用壽命短的問題，有的得到了極大的改善，如因司機操作不熟練導致鋼絲繩松弛、脫槽和開閉電機易過載等。

實踐證明差動四繩抓斗用于在泥漿池中撈渣作業是可行的，它易于操作，可顯著降低維修工作量，但因其簡化了抓斗結構，去掉了安裝在上、下承梁的滑輪組，沒有了可使上、下承梁之間的作用力數倍于起升機構鋼絲繩的機構，在裝卸較硬的、比重較大的或塊度較大的物料場合使用，還需論證。另差速機構相對比較復雜，其設計、制造和使用維護等環節不得存在疏忽，否則因差速機構產生的故障而增加的維修工作量，可能會部分抵消使用差動開閉抓斗帶來的降低維修工作量的效果。

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[2]成大先.機械設計手冊[J].化學工業出版社，2007.

[3]李錚.起重運輸機械[J].冶金工業出版社，2008.

[4]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[J].高等教育出版社，2006.

作者簡介：王素新（1963-），男，民族：漢，籍貫：河北省容城縣，學歷：大學，職稱：工程師，研究方向：設備管理與維修。endprint

圖4 為差動減速器結構示意圖

3 差動開閉四繩抓斗的優點

采用了這種傳動形式，就可以使用直連式四繩抓斗。由于抓斗開閉由電機11單獨控制，并速度可調，開閉鋼絲繩可直接連接在下橫梁上，去掉上、下橫梁上的滑輪組，可大大的降低維修工作量、降低備件、材料消耗。

由于抓斗開閉動作和電機11單獨相關，還為抓斗開閉的精確控制創造了條件。在開閉電機11的軸上連接抓斗開閉行程控制器，就可以控制抓斗的閉合點和抓斗的最大開度，可以避免由于天車司機操作不熟練造成的開斗時鋼絲繩松弛和閉斗時開閉繩單獨承受負荷的情況，降低鋼絲繩脫槽、開閉電機燒損等故障。

4 差動四繩抓斗的控制與操作

采用差動開閉抓斗后，電器控制系統要做相應改造，基本要求是：電機1、電機10共同承擔抓斗的起升和下降，由一個操作手柄控制兩臺電機同時啟動、停止、反轉等；抓斗的開閉由電機11驅動，其啟動、停止、反控制由另一個操作手柄轉等。

相應的天車司機的操作大為簡化，抓斗的上升、下降只需操作一個手柄，而另一個手柄控制抓斗的開閉，兩個手柄配合操作還可實現在抓斗上升、下降過程中對抓斗吊開閉操作。

5 結束語

文章引言中敘述的普通四繩抓斗存在的多個問題，在差動四繩抓斗上有的得到了徹底解決，如上下滑輪組、開閉鋼絲繩使用壽命短的問題，有的得到了極大的改善，如因司機操作不熟練導致鋼絲繩松弛、脫槽和開閉電機易過載等。

實踐證明差動四繩抓斗用于在泥漿池中撈渣作業是可行的，它易于操作，可顯著降低維修工作量，但因其簡化了抓斗結構，去掉了安裝在上、下承梁的滑輪組，沒有了可使上、下承梁之間的作用力數倍于起升機構鋼絲繩的機構，在裝卸較硬的、比重較大的或塊度較大的物料場合使用，還需論證。另差速機構相對比較復雜，其設計、制造和使用維護等環節不得存在疏忽，否則因差速機構產生的故障而增加的維修工作量，可能會部分抵消使用差動開閉抓斗帶來的降低維修工作量的效果。

參考文獻

[1]包起帆，胡金汛.貨物抓斗與吊夾裝置[M].上海科學技術出版社，2005（4）

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[3]李錚.起重運輸機械[J].冶金工業出版社，2008.

[4]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[J].高等教育出版社，2006.

作者簡介：王素新（1963-），男，民族：漢，籍貫：河北省容城縣，學歷：大學，職稱：工程師，研究方向：設備管理與維修。endprint