脫鉤器裝置的設(shè)計(jì)

趙 波 尚君輝

(徐工機(jī)械建設(shè)機(jī)械分公司 江蘇 徐州 221002)

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脫鉤器裝置的設(shè)計(jì)

趙 波 尚君輝

(徐工機(jī)械建設(shè)機(jī)械分公司 江蘇 徐州 221002)

基于摩擦自鎖及杠桿原理，設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)夯機(jī)用脫鉤器，描述了該裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，進(jìn)行了裝置的工作過程分析以及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明，該脫鉤裝置結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、脫鉤性能效果較好，可以推廣使用。

脫鉤器；強(qiáng)夯機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、引言

脫鉤器裝置作為強(qiáng)夯機(jī)的重要工作部件之一，在強(qiáng)夯機(jī)工作過程中,脫鉤裝置起著舉足輕重的作用。它的結(jié)構(gòu)、工作性能的好壞,直接影響著強(qiáng)夯機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)隨著地基處理工法的發(fā)展和強(qiáng)夯機(jī)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對(duì)脫鉤裝置的很多指標(biāo)(如成本、安全性、脫鉤靈活可靠性、耐磨性等方面)也提出了越來越高的要求，其中安全性、脫鉤靈活可靠性為脫鉤裝置最重要的技術(shù)指標(biāo)。

二、該領(lǐng)域的技術(shù)水平

目前通用的脫鉤器主要有兩種:一種是向下拉拽式脫鉤器，適合小能級(jí)強(qiáng)夯，結(jié)構(gòu)簡單，因吊鉤比較輕，反彈量較大，此脫鉤器可以在一定程度上抑制吊鉤的反彈，提高安全性，但一定程度上造成吊鉤脫鉤器等損害；另一種稱之為向上旋轉(zhuǎn)脫鉤器，適合大能級(jí)強(qiáng)夯，因吊鉤比較重，反彈量較小，此脫鉤器可以在減少反彈力對(duì)脫鉤器的損壞，提高脫鉤器的可靠性。兩種結(jié)構(gòu)都存在因脫鉤力設(shè)計(jì)較大，造成使吊鉤及脫鉤器擺動(dòng)，容易碰傷臂架。

因此深入分析脫鉤器受力工況,合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu),確保其工作的安全及可靠，研制的脫鉤器的裝置解決了以下難題:1.提高脫鉤器的安全性、脫鉤靈活可靠性；2.優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少脫鉤瞬間的傾斜力，從而減小吊鉤及脫鉤器在空中擺動(dòng)的擺動(dòng)量，以防碰傷臂架。3.融合兩種脫鉤器的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)通用。4.解決市場上存在的脫鉤器鎖不住、磨損損壞等問題。

三、結(jié)構(gòu)及工作原理

(一)結(jié)構(gòu)。脫鉤器是一種脫鉤裝置，如圖1所示，脫鉤器主要由支架、鎖止橫梁、鎖止軸、鉤頭、鉤頭旋轉(zhuǎn)軸、橫梁旋轉(zhuǎn)半軸等組成。鎖止橫梁通過橫梁旋轉(zhuǎn)半軸固定在支架上，可以繞支架旋轉(zhuǎn)；鎖止軸固定在鎖止橫梁上；鉤頭通過銷軸與支架連接，可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

(二)脫鉤工作原理。采用改變脫鉤鋼絲繩的繞法，提供不同的脫鉤力方式，減少吊鉤反彈對(duì)脫鉤器的影響。強(qiáng)夯機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)夯功能一般有四部分組成，包含吊鉤，脫鉤器，夯錘，脫鉤繩，如圖2所示。在吊鉤比較輕，反彈量較大工況時(shí)，脫鉤鋼絲繩可以直接跟脫鉤器左側(cè)掛點(diǎn)連接，脫鉤時(shí)可以有效抑制吊鉤反彈，反彈力較小，對(duì)吊鉤及脫鉤器的損壞比較小。在吊鉤比較重，反彈量較小脫鉤工況時(shí)，改變繞繩方法，如圖中脫鉤鋼絲繩的右側(cè)繞繩方法，可以進(jìn)有利減少了反彈力對(duì)吊鉤及脫鉤器的損壞。

圖1 脫鉤器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 脫鉤器原理簡圖

(三)鎖止工作原理。強(qiáng)夯機(jī)脫鉤器應(yīng)用摩擦自鎖、杠桿等原理，實(shí)現(xiàn)夯錘與吊鉤的自鎖及分離。脫鉤器一個(gè)工作循環(huán)可以分解為：掛鉤、鎖止、脫鉤、復(fù)位四個(gè)動(dòng)作。

鉤頭起吊夯錘時(shí)，如圖1所示，鎖止軸與鉤頭端面接觸，利用摩擦自鎖原理將鉤頭牢牢鎖止，保證能良好的掛鉤過程，在摩擦自鎖作用下，夯錘隨脫鉤器及吊鉤一起上升，不脫開，實(shí)現(xiàn)上升鎖止過程，上升到一定的高度，脫鉤鋼絲繩拉緊，用力拽脫鉤器，給脫鉤器橫梁一個(gè)作用力，鎖止衡量繞著旋轉(zhuǎn)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)，解除對(duì)鉤頭的限制作用，實(shí)現(xiàn)脫鉤過程。脫鉤器及吊鉤下降時(shí)，脫鉤鋼絲松弛，鉤頭在自身重力作用下，實(shí)現(xiàn)復(fù)位，為下次掛鉤提供自鎖條件。

四、設(shè)計(jì)點(diǎn)及參數(shù)

脫鉤器受受力工況是比較簡單，起升時(shí)主要承受夯錘的重量載荷。在滿足承載能力下，注重脫鉤器的安全使用性、脫鉤功能性、耐磨性等方面設(shè)計(jì)，基于工掛鉤、鎖止、脫鉤、復(fù)位四個(gè)過程進(jìn)行分析。

(一)設(shè)計(jì)點(diǎn)

1.掛鉤過程設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：①強(qiáng)夯機(jī)實(shí)現(xiàn)起升夯錘，需要與夯錘連接，為方便掛鉤，鉤頭一般設(shè)計(jì)成半開圓弧形鉤頭。②夯錘總量重達(dá)20-100噸左右，脫鉤器重量一般在0.5噸左右，可以忽略脫鉤器重心對(duì)鉛垂線的影響。③鉤頭區(qū)域增加接觸面積，減少鉤頭磨損。

2.鎖止過程設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：①鎖止原理是合理利用摩擦自鎖原理實(shí)現(xiàn)脫鉤器鉤頭在承載任意的載荷條件下保持原有狀態(tài)不變；②鎖止過程是在運(yùn)動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)的，初始時(shí)刻，橫梁加速向上旋轉(zhuǎn)，達(dá)到一定程度后，減速旋轉(zhuǎn)，在慣性的作用下，減速最后停止，達(dá)鎖止?fàn)顟B(tài)。

3.脫鉤過程設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：①優(yōu)化鎖止軸的運(yùn)動(dòng)軌跡可以減小脫鉤力大小；②脫鉤器的鉤頭設(shè)計(jì)偏心，可以提高與脫鉤器鉤頭分離靈活性；③在轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域，設(shè)計(jì)潤滑油道，耐磨設(shè)計(jì)。

4.復(fù)位過程設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：對(duì)鉤頭的重心布置設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)脫鉤器的復(fù)位，提高強(qiáng)夯機(jī)的作業(yè)效率。

(二)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)

脫鉤可靠靈活性是脫鉤器關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，可靠靈活性主要指鎖止安全性、脫鉤力大小、分離靈活性以及復(fù)位程度等。鎖止角(圖1所示)是影響鎖止安全的主要因素，對(duì)其展開分析優(yōu)化。

針對(duì)鎖止過程進(jìn)行研究，分解運(yùn)動(dòng)過程，以鎖止橫梁研究對(duì)象，分析如圖3所示。任意時(shí)刻合力Fy滿足下列要求：Fy=N1-f1=Nsinθ-fcosθ=Ncosθ(tanθ-μ)(1)

通過分析分析運(yùn)動(dòng)過程可知，初始時(shí)θ角度比較大，在合力作用下，橫梁加速向上旋轉(zhuǎn)，達(dá)到鎖止角度后，合力為零，在慣性的作用下，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，減速最后到為0，達(dá)鎖止?fàn)顟B(tài)。鉤頭擺動(dòng)量很小，對(duì)N的影響可以忽略不計(jì)，從θmax到θ鎖止鎖止軸再橫梁端面上移動(dòng)的距離稱之為掛鉤指標(biāo)長度L1，從θ鎖止到θmix鎖止軸再橫梁端面上移動(dòng)的距離稱之為鎖止長度L2。cosθ(μ-tanθ)軌跡圖4所示，改善θmax及θmin指標(biāo)有利于提高鎖止安全指標(biāo)。

圖3 受力分析圖

圖4 軌跡圖θ(0π/6)

五、結(jié)束語

強(qiáng)夯機(jī)脫鉤器裝置，該裝置采用應(yīng)用摩擦自鎖、杠桿原理，脫鉤省力，結(jié)構(gòu)簡單可靠，經(jīng)濟(jì)耐用，并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，確保了性能更好，該方案已經(jīng)在生產(chǎn)的產(chǎn)品中得到了應(yīng)用，可以推廣使用。

[1]趙明敏.強(qiáng)夯機(jī)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析與研究[D]長安大學(xué).2012