堆垛多功能起重機小卷揚吊繩的優化設計

邢玉華

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

0 引言

堆垛多功能起重機是電解鋁陽極炭塊倉庫中的主要轉運裝卸設備，主要用于堆放和運輸生塊、熟陽極炭塊。它能完成下列工藝操作：(1)對橫向排列的炭塊進行堆放和運輸。(2)可利用輔助夾具搬運單個陽極炭塊，并能進行車間內的零星吊運。

堆垛多功能起重機主要由橋架、夾具裝置、導向裝置、主卷揚機構、電動葫蘆、潤滑系統、限位開關安裝及電控系統等組成[1]。機組有以下幾個運動：大車運行、夾具升降運行、夾具開閉、電葫蘆吊鉤升降和水平運行。

機組有兩套工作裝置：一套是由一個機械夾具組成的夾具裝置，這是機組的主要功能部位，該裝置可同時抓取和堆放按寬度方向排列一組的炭塊；另一套是掛在主梁下部工字鋼上的電葫蘆，該電葫蘆可沿工字鋼軌水平移動，其吊鉤可用于車間內的零星吊運和借助輔助夾具吊運單個碳塊。

其中夾具裝置為堆垛起重機的核心裝置,為機械重力自鎖式結構[2]，主要由夾具梁和安裝其上的若干個夾具以及卷筒裝置等組成，每個夾具均采用連桿式結構并通過各自的吊繩與夾具卷筒裝置相連,構成了夾具裝置小卷揚結構。其中吊繩對夾具的打開起著重要作用。

1 吊繩裝置的優化設計過程

堆垛多功能起重機夾具裝置由夾具、小卷揚系統及其安裝在框架上的吊繩裝置組成。夾具在夾持碳塊時夾具吊繩裝置上的小鋼絲繩處于松弛狀態，放下碳塊后，夾具吊繩裝置上的小鋼絲繩會完全繃緊，用以維持夾具的打開狀態。夾具吊繩裝置上的小鋼絲繩的松弛與繃緊狀態由夾具小卷揚動作完成，并由接近開關控制。夾具的關閉與夾緊靠夾具自重和載荷完成。夾具吊繩裝置上的小鋼絲繩在起重機運行過程中要經常調整其松緊度并保持一致，用以滿足夾具的開閉尺寸保持一致的要求。

吊繩裝置的發展歷經三個過程，索具螺旋扣結構、直接鋼絲繩吊裝結構、新型吊錘裝置結構，現對其不同的過程結構做出如下分析。

1.1 索具螺旋扣結構

早期，索具螺旋扣結構由安裝座、索具螺旋扣、鋼絲繩、小卷揚等主要部件組成。其中：安裝座和夾具上的夾具框架上部相聯接，起固定吊繩夾具運動的作用；標準件索具螺旋扣下部和安裝座相聯接；標準件索具螺旋扣上部和小鋼絲繩相聯接，小鋼絲繩和夾具小卷揚相連接。小鋼絲繩隨著夾具小卷揚正反旋轉做松繩緊繩動作，以此來控制夾具的開閉，其結構形式如圖1所示。

1.夾具小卷揚 2.夾具 3.小鋼絲繩 4.索具螺旋扣 5.安裝座 6.夾具框架圖1 索具螺旋扣結構形式

索具螺旋扣結構形式在運行過程中存在一定的不足，如廠房的炭塊排列很密集，炭塊和炭塊的行間距較小時，這樣堆垛多功能起重機的夾具開閉范圍要求較高，而小鋼絲繩的長短和的長短及調節會受到影響。索具螺旋扣因其固有的長度及剛性，在松繩時，它仍占距一定的垂直高度，只是有一定程度的傾斜，這樣夾具的張開范圍受到影響，只能夾持一種規格的炭塊，工作量和工作效率均降低。同時，由于小鋼絲繩在安裝時其長度要求21個夾具控制在一定的水平范圍內，而索具螺旋扣的上下螺紋也需要調節，故而給安裝、調試帶來不便，需做進一步改進。

1.2 直接鋼絲繩吊裝結構

隨著社會的發展，面對鋁用炭素行業的發展和市場競爭態勢，提高炭素行業的整體技術水平，提高炭素的產品質量，實現高效生產，只能夾持規格單一的炭塊起重機，順應不了炭素產品呈現不斷擴大和多樣化發展趨勢。堆垛多功能起重機面向夾持多種規格的炭塊需做進一步改進，推出直接鋼絲繩吊裝結構。即由小鋼絲繩、支座、吊環等主要部件組成。其中：吊環和夾具上的夾具框架相焊接，小鋼絲繩從吊環中穿過，經標準件鋼絲繩夾固定，起固定鋼絲繩作用；小鋼絲繩和夾具小卷揚相連接。小鋼絲繩隨著夾具小卷揚正反旋轉做松繩緊繩動作，以此來控制夾具的開閉，其結構形式如圖2所示。

1.夾具小卷揚 2.夾具 3.小鋼絲繩 4.鋼絲繩夾 5.吊環 6.夾具框架圖2 直接鋼絲繩吊裝結構

通過小卷揚的作用實現夾具框架與橫梁間距的改變，即小鋼絲繩長短的變化來實現夾持不同規格的炭塊。即小鋼絲繩放置最大時，開口也最大，這樣可夾持最大的炭塊，而小鋼絲繩繃緊最短時，夾持的是最小炭塊。這樣可夾持范圍內的一系列炭塊。但是缺點是小鋼絲繩在松馳狀態下需防止小鋼絲繩和夾具裝置上的拉桿、曲臂發生刮碰，一旦刮碰上，得人工去解決，這樣使人工成本增大，也易造成小鋼絲繩的頻繁更換。

1.3 新型吊錘裝置

新型吊錘裝置主要用于防止小卷揚裝置中的鋼絲繩在松繩、緊繩狀態下同夾具裝置上的拉桿、曲臂發生刮碰， 致使現場人員勞作中頻繁調整鋼絲繩的位置，造成工作效率低下。新型吊錘裝置，實現小鋼絲繩在吊錘的作用下始終靠吊錘的重力作用使小鋼絲繩處于懸垂狀態，有效防止鋼絲繩繞繩、同夾具裝置的拉桿發生刮碰等現象，減少現場人員作業強度。主要由小鋼絲繩、螺釘、吊錘、套筒、內六角平端緊定螺釘等組成，其結構形式如圖3所示。

1.小鋼絲繩 2.拉桿 3.螺釘 4.吊錘 5.曲臂 6.套筒 7.緊定螺釘圖3 新型吊錘裝置

當小卷揚裝置處于鋼絲繩放繩狀態時，起初靠小鋼絲繩的牽引力使吊錘支撐螺釘來保持夾具梁的距離而實現炭塊夾緊狀態。隨著小鋼絲繩的進一步下降，吊錘也隨之下降，螺釘和吊錘遠離，拉桿和曲臂靠四連桿作用隨之旋轉，實現雙側夾具夾頭水平方向的靠近，完成夾具裝置對炭塊的夾緊狀態。吊錘的下降限位通過內六角平端緊定螺釘限制最低位置，防止吊錘在套筒內滑落。在整個的過程中，小鋼絲繩始終靠重力作用處于懸垂狀態，避免小鋼絲繩繞繩、同夾具裝置的拉桿和曲臂發生刮碰等現象；

當小卷揚裝置處于小鋼絲繩緊繩狀態時，吊錘被拉起，直至同螺釘相接觸帶動下部夾具梁的提升，拉桿和曲臂隨之旋轉實現雙側夾具夾頭水平方向的遠離，完成夾具裝置對炭塊的打開狀態。在整個的過程中，小鋼絲繩起初靠重力作用處于懸垂狀態，在同螺釘接觸后，在外在動力源作用的情況下，更加保持垂直負重狀態，維持夾具的打開狀態。

無論小卷揚裝置處于松繩狀態還是緊繩狀態，吊錘始終靠重力和外負載作用使鋼絲繩屬于垂直的懸垂狀態，避免同拉桿、曲臂的刮碰。

2 結論

本文通過分析堆垛多功能起重機夾具吊繩裝置的發展歷程提出更為優化的設計方案——新型吊錘裝置，它吸收索具螺旋扣結構、直接鋼絲繩吊裝結構的優點，克服索具螺旋扣所占空間較大、動作不靈活等缺點，同時規避了直接鋼絲繩吊裝結構運動中的刮碰現象。新型堆垛起重機小卷揚吊錘裝置中吊錘始終靠重力和外負載作用使鋼絲繩屬于垂直的懸垂狀態，避免同拉桿、曲臂的刮碰，升降靈活，降低操作人員勞動強度，提高工作效率，得到用戶廣泛認可。