鋼絲繩與壓盤之間的接觸特性與工況條件的修正

隨著建筑業的發展，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生的摩擦力實現上、下運動。摩擦力的大小取決于摩擦系數、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打滑現象;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“融繩”現象。所以研究彈簧提供的壓盤力與有效起重量之間的關系非常重要。現代摩擦理論及科學實驗的很多結果表明摩擦因數不是常量,其值不但與正壓力的大小及作用時間有關,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,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,并將理論數據與試驗數據對比,旨在為建筑提升機制動系統和安全防滑保護系統等設計提供基礎數據,為高性能提升機的研制與檢測提供技術指導和評判依據,從而為確保建筑提升機的安全生產提供可靠的技術支撐。1分析不同因素對有效改進能力的影響1.1采用相應的方法測試摩擦系數實驗方法:采用拉力傳感器測量鋼絲繩的張力,由動態應變儀、光線示波器記錄測試信號。測出鋼絲繩在繩槽內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。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測試結果的影響。f=a+bνR+cP,νR=[(T1-T2)/EA]ν式中:P表示彈簧施加給壓盤的比壓。對摩擦系數實測值進行二元回歸分析,經過30次實驗結果,得到當量摩擦系數的值在0.53～O.55之間不定,作為以下討論的參考數據。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核心是利用工作鋼絲繩和驅動輪、被動輪之間的摩擦力使作業吊籃實現上下運動。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,壓繩輪通過自身調節平衡,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面與鋼絲繩形成摩擦傳動,實現上下運動。圖1為實際的提升機機械結構圖,據此簡化,其作用原理的數學模型如圖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、包角和壓盤所受的正壓力之間的關系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(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的通過性更好。松邊拉力、摩擦系數和包角,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為1,剛度系數為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,n<15時,取為0.5圈的倍數;n>15時,取n為整圈數D2——簧圈的平均直徑。本設計中,D2=(16.5+d)mm,有效圈數取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。計算結果表明:取摩擦系數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,以改變摩擦系數來實現。而在同一摩擦系數下,鋼絲繩直徑的變化對有效提升力的影響并不大。2實驗數據的結果和分析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f分別取0.53、0.54和0.55時,鋼絲繩的有效負荷。計算數據表明:鋼絲繩直徑為8.6mm時,矩形框中的數據在對角線以下的可以滿足提升要求(包括矩形對角線)。對角線以上的數據則不符合提升要求。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(在此試驗過程中,要做好安全鎖隨時鎖繩的準備)。為了對比理論數據,采用相同的試驗參數作為已知數據,實驗結果如表2所示。3預防融繩現象的措施通過對歐拉公式的理論研究與試驗得到的數據對比可以看出:鋼絲繩與壓盤之間的當量摩擦系數、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。在不影響提升能力的前提下,應盡量減小摩擦系數,以避免出現融繩現象。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。在試驗過程中發現:由于彈簧壓力過大常導致融繩現象。為避免此類