一種移動式港口起重機絞車松繩壓繩器

楊佳衛 朱彤彤

南通潤邦重機有限公司

1 引言

目前，移動式港口起重機在大噸位機型和配備機械抓斗的情況下，起升機構為雙絞車配置(見圖1)。雙絞車分為開閉繩絞車和支持繩絞車，兩絞車引出4根鋼絲繩，可以直接連接吊鉤，集裝箱吊具與吊鉤通過銷軸相連，也可以4根鋼絲繩直接連接到抓斗[1]。

圖1 纏繞系統

開閉繩絞車的作用是在機械抓斗工況下來控制抓斗的開閉，在開閉繩絞車上采用新型松繩壓繩器。此松繩壓繩器由下壓繩托輥、氣彈簧、上壓繩托輥、光電限位、機械限位及各連桿結構組成(見圖2)。上壓繩托輥、下壓繩托輥共用鉸接點，通過氣彈簧繞鉸接點相互作用，受力后下壓繩托輥需要始終保持壓住卷筒下端鋼絲繩，起到壓繩作用；上壓繩托輥隨著卷筒鋼絲繩出繩的受力大小的變化，繞共用鉸接點轉動，當鋼絲繩出繩松弛時，壓繩托輥會隨著向前擺動，若觸動光電限位，即出現松繩信號，系統會自動停止操作并只能做起升動作直至松繩信號消失。

1.上壓繩托輥 2.連桿結構 3.機械限位 4.光電限位 5.氣彈簧 6.下壓繩托輥

2 松繩壓繩器的工作原理

松繩壓繩器受力的狀態見圖3，主要受鋼絲繩的拉力、托輥自身的重力和氣彈簧力，托輥軸承及銷軸銅套的轉動摩擦阻力忽略不計。上壓繩托輥受鋼絲繩力F4，通過鉸接點作用在氣彈簧上，氣彈簧再通過下鉸接點將下壓繩托輥緊緊壓在卷筒上。壓繩處尺寸B的數值要小于等于鋼絲繩直徑的一半，具體視鋼絲繩繩槽尺寸來決定。尺寸L3是氣彈簧此時壓縮后的長度，設計時在連桿位置確定后，通過計算鋼絲繩的受力得到氣彈簧的受力和行程。氣彈簧通過銷軸連接上下鉸點，此時氣彈簧的受力F2方向與氣彈簧的方向一致，L1為氣彈簧的力相對于上鉸點的力臂。上壓繩托輥在托輥上端鋼絲繩和下端鋼絲繩的作用下產生合力F1，通過作圖得到L2為F1作用在上壓繩托輥的力臂。

圖3 壓繩器受力分析圖

根據力臂平衡公式得到算式為：

F2L1+GL4=F1L2

(1)

式中，F2為氣彈簧的力；L1為氣彈簧力的力臂；L2為鋼絲繩作用壓繩托輥力的力臂；F1為鋼絲繩作用在壓繩托輥的合力,F1=2F4cosβ；G為轉動壓繩托輥及支架的重力；L4為轉動壓繩托輥及支架重力的力臂。

3 松繩壓繩器設計計算

移動式港口起重機在2個工況下會出現鋼絲繩松弛，從而引起鋼絲繩亂繩，因此可通過計算求得最小鋼絲繩受力，并依此設計出合適的松繩壓繩器。

3.1 機械抓斗工況

移動式港口起重機在操作抓斗開閉斗動作、抓斗開斗或閉斗起升下降動作時，受開閉斗的鋼絲繩倍率的影響，開閉絞車的鋼絲繩受力會隨動作出現變化。某公司1臺設備配備50 t抓斗，自重17.8 t,開閉繩倍率為4，抓斗在空載時進行一系列動作，通過程序監測起升絞車的拉板傳感器數據(見表1)，得出開閉繩鋼絲繩受力[2]。目前可以分析在四繩機械抓斗工況中，開閉斗鋼絲繩的最小受力與抓斗開閉斗的倍率、抓斗重心位置及四繩相對應重心的幾何關系都相關。

表1 抓斗工況下鋼絲繩受力計算表

3.2 趴臂工況

移動式港口起重機趴臂時，先在一定的臂架幅度下將吊鉤置于工裝擱凳，再緩緩將臂架頭部擱置在地面之上。因吊鉤放置地面后位置不能改變，臂架趴至地面時鋼絲繩會越來越緊，最終受力繃直，會有將吊鉤拖走的風險，因此在趴臂時先將鋼絲繩松弛。松弛后的鋼絲繩可根據起重機設計手冊中鋼絲繩的下撓曲線作圖并計算得出最大下撓值和鋼絲繩受力。

在趴臂狀態下與正常工作狀態對比，趴臂狀態下鋼絲繩長度為181.32 m，正常工作狀態鋼絲繩長度為173.95 m，因此趴臂時鋼絲繩需要多松弛7.37 m(見圖4)。操作絞車按照上述長度松弛卷筒,下放鋼絲繩,最終達到趴臂狀態，計算此時的鋼絲繩受力[3]：

圖4 趴臂狀態下與正常工作狀態對比圖

S=qgl2/8/cos2β/fmax

(2)

式中，S為鋼絲繩的拉力；q為鋼絲繩每米長的自重；g為重力加速度；l為鋼絲繩跨距；β為鋼鋼絲繩支座連線的坡度；fmax為鋼絲繩在拉力S作用下的最大垂度。經計算，S=1 982.6 N

比較上述工況下鋼絲繩的受力，得到最小鋼絲繩受力，同時根據塔身頭部滑輪、絞車房出繩口及壓繩器連桿的大小位置，確定上部壓繩托輥的位置，代入式(1)計算出氣彈簧的受力和行程，并在調試時確定光電限位及機械限位的位置，最終完成壓繩器的設計和安裝。

4 結語

通過對移動式港口起重機松繩壓繩器的工作原理、受力及使用工況進行研究分析，確定其設計計算方案，并在實際項目上進行應用，壓繩器上下托輥壓繩靈活且安全，并能有效地防止亂繩現象的出現。此新型松繩壓繩器相比于傳統的壓繩器，集壓繩和松繩檢測功能為一體，可作為港口移動式起重機起升絞車的標準配置進行推廣。