臂式斗輪機(jī)按照平衡方式的不同分為活動(dòng)平衡式和整體平衡式，前者既可以使用鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)械變幅又可以使用油缸液壓變幅，而后者只能使用油缸液壓變幅。雖然油缸液壓變幅的機(jī)型是斗輪機(jī)的主流機(jī)型，但使用傳統(tǒng)鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)械變幅要比油缸液壓變幅的成本低很多，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)檢修排查更直觀方便，受環(huán)境和溫度等外界因素影響也相對(duì)較小，在斗輪機(jī)市場(chǎng)還是得到很多用戶的青睞，所以對(duì)于鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)械變幅的分析與研究，依然是我們研究和優(yōu)化此類(lèi)斗輪機(jī)的必要方向。
1鋼絲繩卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)分析活動(dòng)平衡式斗輪機(jī)的鋼絲繩卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上為了保證整機(jī)的安全性，采用的是雙聯(lián)纏繞系統(tǒng)，這樣即使在工作中一根鋼絲繩斷裂，也能保證前臂架不會(huì)突然墜落。在門(mén)柱的上端安裝2組四聯(lián)定滑輪組，在斜支撐對(duì)應(yīng)的位置安裝2組四聯(lián)動(dòng)滑輪組，整個(gè)系統(tǒng)滑輪倍率m=8，鋼絲繩卷?yè)P(yáng)驅(qū)動(dòng)布置在定滑輪組的下端，鋼絲繩通過(guò)在驅(qū)動(dòng)卷筒上的收放來(lái)帶動(dòng)斜支撐上的動(dòng)滑輪組運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)拉桿帶動(dòng)前臂架從而實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)的變幅運(yùn)動(dòng)。鋼絲繩另一端通過(guò)平衡安全裝置固定在門(mén)柱的上部，平衡安全裝置的作用是平衡兩根鋼絲繩在不同工況時(shí)所受的不均勻載荷，在平衡安全裝置前端設(shè)置一個(gè)起重量限制器，通過(guò)其上的傳感器能實(shí)時(shí)把鋼絲繩受力以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸?shù)剿緳C(jī)室內(nèi)的控制儀表上，讓司機(jī)更方便地了解設(shè)備受力情況，大大提升了設(shè)備的安全性。活動(dòng)平衡式斗輪機(jī)鋼絲繩卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)如圖1所示IS-10。
2鋼絲繩卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的計(jì)算、選型及驗(yàn)證
根據(jù)鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)已知的設(shè)計(jì)參數(shù)及數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料提供的相關(guān)公式，對(duì)減速器速比和功率、鋼絲繩、卷筒、滑輪進(jìn)行計(jì)算、選型、驗(yàn)證。
2.1減速機(jī)速比的計(jì)算
先設(shè)定斗輪頭部理想的提升速度V1=5m/min，由于活動(dòng)平衡式斗輪機(jī)前臂架與斜支撐上的動(dòng)滑輪都是繞一個(gè)鉸點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，所以二者角速度相等，即V/R1=V/R2，從圖1可知，R1=28650mm，R2=14284mm，得動(dòng)滑輪移動(dòng)速度V=2.49m/min。在滿足斗輪機(jī)取料下極限的條件下，以下俯極限15°計(jì)算，變幅提升前后鋼絲繩的伸長(zhǎng)量S=
11450-8349=3101mm，動(dòng)滑輪與鋼絲繩同步運(yùn)行，所以二者運(yùn)行時(shí)間相等，動(dòng)滑輪移動(dòng)距離S'=3739mm，根據(jù)m·S/Va=S'/V2，得出鋼絲繩移動(dòng)速度V=16.52m/min。保證鋼絲繩卷?yè)P(yáng)變幅在低速條件下的運(yùn)行平穩(wěn)，建議選取8級(jí)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)n=730r/min。出于斗輪機(jī)鋼絲繩卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)所用鋼絲繩抗拉強(qiáng)度大，導(dǎo)致繩體彎曲半徑小的原因，卷筒直徑選取盡量大些，否則長(zhǎng)期工作容易降低鋼絲繩的使用壽命，這里擬選卷筒計(jì)算直徑Do=600mm，根據(jù)公式i=4：0T，最終得到減速器速比i=83.25。
1000V32.2卷?xiàng)铗?qū)動(dòng)功率的計(jì)算
根據(jù)斗輪機(jī)平衡計(jì)算可知，斗輪機(jī)著地力在空載、正常挖掘、超載挖掘、超載堆料時(shí)分別對(duì)應(yīng)上仰、水平、下俯3個(gè)狀態(tài)下12個(gè)工況，斗輪機(jī)只有在下俯超載挖掘時(shí)鋼絲繩所受的載荷最大。已知在調(diào)整好斗輪機(jī)配重量，計(jì)算好整機(jī)穩(wěn)定性后，空載下俯極限狀態(tài)下著地力為G=40kN，超載挖掘各載荷產(chǎn)生彎矩Fe=F（膠帶機(jī)煤載及積垢）+F2
（斗輪有效載荷）+F3（挖掘力）+F:（斗輪積垢載荷）=4000
kN·m，下俯極限超載挖掘力時(shí)的著地力=6+1000。
27672184.6kN，下俯極限超載挖掘時(shí)鋼絲繩所受的總力=
184.6×27672：11610=440kN，單根繩所受靜拉力F4402×827.5kN，鋼絲繩對(duì)卷筒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩7=2×27.5×0.3（滾筒半徑）=16.5kN·m，電動(dòng)機(jī)需提供轉(zhuǎn)矩T=16.5×1000÷83.25=
198N·m。總效率7他=7和X7定部×7面X7型，7動(dòng)活=1-72（1-n）
根據(jù)文獻(xiàn)[1]的707頁(yè)中表4-2-11得7=0.98，本提升系統(tǒng)為兩套滑輪組，所以7動(dòng)第=7定清=（sx（1-098）=0.93，7a=
0.99，驅(qū)動(dòng)裝置效率7第=刀般×刀聯(lián)=0.97×0.99=0.96，78=0.93×
0.93×0.99×0.96=0.82，電動(dòng)機(jī)功率P=1=18.46
kW，所以選取22kW起重電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YZP225M-8。
2.3鋼絲繩、卷筒、滑輪的計(jì)算與選型
首先根據(jù)最小安全系數(shù)法”計(jì)算鋼絲繩的整繩最小破斷拉力Fo，F(xiàn)n≥F·n=195.25（n按M7工作級(jí)別查文獻(xiàn)[1]表4-1-3取7.1，考慮日常工作中卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩的潤(rùn)滑防銹及減少鋼絲繩磨損等因素，雙繞鋼絲繩建議選用纖維芯鋼絲繩，結(jié)合最小破斷力查文獻(xiàn)[1]表4-1-3選定抗拉強(qiáng)度o=1870N/mm2。接著再按C系數(shù)法選取系數(shù)C值來(lái)確定鋼絲繩最小直徑，查文獻(xiàn)[]表4-1-3得C=0.107，鋼絲繩最小直徑dn=CV1000F=17.74mm，選取鋼絲繩直徑d=18
mm，最終選取鋼絲繩的型號(hào)為18NAT6（1+6+12）+FC
1870ZZ200119GB/T891828-。破斷拉力總和=200kN，破斷拉力換算系數(shù)O=0.9，考慮鋼絲繩換算系數(shù)的破斷拉力總和為S，=④x=0.9x200=180kN，計(jì)算安全系數(shù)n=Sp/F=180/
27.5=6.5>6.0，可見(jiàn)選取的鋼絲繩是安全可靠的。根據(jù)JB/T
9005.2選取的滑輪直徑D'=560，型號(hào)WJ2324，經(jīng)驗(yàn)算D'>
d·h2=18×25（M7工作級(jí)別）=450，所選滑輪滿足使用要求。驗(yàn)算卷筒直徑，筒繩直徑比Do/d=33.33>h1=
22.4（M7工作級(jí)別），所選卷筒滿足使用要求。驗(yàn)算卷筒的長(zhǎng)度和卷繞長(zhǎng)度，按臂架上仰和下俯角度都為15°計(jì)算，鋼絲繩卷?yè)P(yáng)長(zhǎng)度為Hm=2×（11450-8349）=6202
mm，對(duì)于單層雙聯(lián)纏繞，卷筒長(zhǎng)度L、=2（Lo+L1+L2）+L。，卷筒端部無(wú)繩槽段長(zhǎng)度L，=60mm，節(jié)距p=20，固定繩尾所需的長(zhǎng)度L2=3p=60，卷筒中間光滑部分長(zhǎng)度L=160，鋼絲繩安全圈數(shù)=3，卷繞長(zhǎng)度Le（am:m）+z）-p=（6202x8
T·Do's/-3.14×6003）×20=586.7*600mm（圓整），卷筒長(zhǎng)度L.=1600mm3。
設(shè)定卷筒軸材料選擇45鋼，與聯(lián)軸器連接軸頭的直徑為140mm，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，空心軸按45鋼r=（2.5~
4.5）=4.5（取最大值計(jì)算），減速器輸出轉(zhuǎn)矩T7=16.5kN·m；d=17.2x1VI=123mm；所以選擇45鋼的軸徑為140mm，可以滿足強(qiáng)度要求。應(yīng)用Q235鋼板卷制（或無(wú)縫鋼管），卷筒凹槽最小壁厚6≥d，選擇壁厚6=20mm。驗(yàn)算卷筒內(nèi)壁最大壓應(yīng)力a，=A1A28ms[o，]，查文獻(xiàn)[]中的716頁(yè)表4-3-4得A1=0.75，A=l，Sm=F=27500N，則a，=1×0.75x
2x27500=103MPa，對(duì)于Q235鋼的[o]=0，/1.5=235=1.520×20
=157MPa，所以Q235鋼滿足強(qiáng)度要求。卷筒相鄰筋板間距離L=1300mm，=2.16<2.4，則此筒壁不需要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算由彎矩和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的換算應(yīng)力G=
VMPawt+T2/W≤[o1]，式中，[o1]=0.50，=117.5MPa，Mam在Sam處引起的最大張力，則Ma=×Sam=800×27500=22000000N·mm，對(duì)于雙聯(lián)卷筒，卷筒轉(zhuǎn)矩T1=S·Do=
16500000N·mm，卷筒名義直徑D=D-d=582mm，抗彎模量w=0.1（D1-D2=0.1（6821-5402-5103675mm2.or=
D
582（上接第114頁(yè)）V22000000416500000÷5103675=5.39MPa<[o1]，由此可以判定卷筒壁厚的強(qiáng)度滿足使用要求。如圖1所示，卷筒與定滑輪的偏角c=arctan（430-0.5L.）=4<5°，滿足使5000用要求。
3結(jié)語(yǔ)
鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)是斗輪機(jī)各機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中最復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，也是活動(dòng)平衡式機(jī)械變幅斗輪機(jī)最重要的機(jī)構(gòu)，其計(jì)算的正確性和選型的合理性直接關(guān)系到整機(jī)的安全性，應(yīng)該得到設(shè)計(jì)者和使用者足夠的重視。
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