论文部分内容阅读
摘 要 本文通过研究牵引钢丝绳式桥式起重机钢丝绳弹跳问题，分析了桥式起重机钢丝绳产生弹跳的主要原因，并有针对性的在总体设计过程的各个环节，进行合理设计，控制钢丝绳在作业时的弹跳现象，在实际应用上取得了良好的效果。
关 键 词 桥式抓斗卸船机；弹跳；钢丝绳绕度；钢丝绳
中图分类号：TG142 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-142-02
桥式起重机的小车运行方式，由于起重量越来越大，采用绳索牵引是目前总体设计一般所采用的方式，也是目前国际上所通用的设计方式。现代大型高效桥式起重机，除了起重量越来越大外，其所需适应的船型范围也越来越广，导致前臂梁外伸距增大，小车行程也随之增长，小车运行速度越来越快。钢丝绳牵引小车由于上述参数的增加，导致钢丝绳的弹跳现象趋于严重，极大的影响了整机的操作性能和钢丝绳的寿命。在实际使用中，一直存在以下几个的现象。
1）小车启动和制动时，小车牵引钢丝绳弹跳严重。
2）起升加速或减速时，起升钢丝绳严重弹跳。
3）钢丝绳弹跳对支承钢构件造成冲击，导致钢构件（包括支承托辊）损坏。
4）起升和小车牵引的驱动电机上的编码器为操作系统提供信号，由于钢丝绳的下挠和弹跳，操作人员常常感到操作动作不灵敏，动作有滞后现象。
桥式起重机钢丝绳弹跳现象主要是水平段钢丝绳松弛状态与张紧状态快速转换形成的。因此利用钢丝绳张力与下绕度公式的分析与合理应用，可作为控制桥式起重机钢丝绳弹跳研究的主要切入点。
以下是钢丝绳张力与下绕的简化公式
F：钢丝绳张力；H：钢丝绳下挠距离；L：钢丝绳支点距离；q：钢丝绳线密度。
以2500 t/h桥式抓斗卸船机为例（起升/开闭，小车牵引为机械差动减速器驱动）。其钢丝绳缠绕图。
如图所示，（如不在设计上采取措施）抓斗在最大的外伸位置，小车上滑轮（支点）到后大梁改向滑轮（支点） 之间的距离L的长度约为95 m。
钢丝绳的线密度：12.5 Kg/m；
如果钢丝绳的下挠度控制在350 mm内。
这样，后大梁上由改向滑轮产生的轴向力达80.6 t左右，还不包括加速慣性力，如此大的主梁端轴向力在桥式卸船机的结构设计上是不可取的。我们假设以下几点钢丝绳的下绕值，来分析钢丝绳内力的情况。（见表）
从2500 t/h桥式抓斗卸船机的绕绳图可以看出，钢丝绳的张力产生主要是吊载，所以不可能通过增大钢丝绳的张力来调整适当的下挠度。
当抓斗满负荷时（63 t），小车在最大外伸距（46 m）时，钢丝绳张力所对应的下挠达895 m。（见编号5）
当抓斗空负荷时（27t），由于抓斗下横梁重梁占抓斗自重的1/4左右，要将抓斗空斗打开，其开闭绳下挠达4400mm左右，钢丝绳几乎全松弛了。司机操作常有无法开斗的感觉。（见编号14）
分解抓斗在挖料提升过程中，钢丝绳下挠约为470 mm。由于现代大型卸船机的循环周期是非常短的（本例仅为54 s左右）；这些挠度的剧烈变化仅在短期内完成，导致钢丝绳的弹跳现象非常严重。（见编号2）
从以上分析可以看出，钢丝绳缠绕小车运行方式的钢丝绳下挠是非常大的，而且变化时间也是非常短，如以上问题不解决，这种绕绳方式是无法应用到实际工作中的。
据上所述，要适当控制钢丝绳弹跳，需从以下几个方面进行控制：
1）从公式看，只有控制L的值，才是控制钢丝绳弹跳的主要手段。
就本例而言，在设计上考虑在绕绳改向卷筒以上部分，驱动卷筒与改向滑轮均固定设置，故采用定点支撑，减小L长度，增加4支点，L1=L/5=95/5=19 m。
绕绳改向卷筒以下部分，小车在大梁上是移动的，因此在L长度范围内的增加支点也必须是随之移动的。在设计上增加小车前后两侧有双点的托缆小车。那么当小车在最大外伸距时。L1=L/3=95/3=31.7 m、其变化值也大为减小。
从理论计算值可以看出，增加支点，减小L的长度后，钢丝绳的绕度大为减小。
2）以上是钢丝绳张力与绕度的理论计算值。实际作业时，挠度大于此值。前面说过，实际的钢丝绳弹跳与吊载运动的加速惯性力也有关，因此在循环周期的设计中，加速度在合理的值的范围内尽可能取小值。
3）在循环周期的设计中，特别是闭斗挖料和开斗抛料时，其动作时间在合理的时间范围内尽可能取大值，以减小在同样的时间内，钢丝绳挠度的变化值。
4）在其他绕绳形式的桥式起重机上，如小车牵引是独立绕绳和驱动，只要在构造设计上允许的合理范围内，钢丝绳张力不宜太小，亦即钢丝绳下挠不宜大，这样小车运行时可减小钢丝绳弹跳。
分析桥式起重机钢丝绳产生弹跳的主要原因，在绕绳系统设计过程的各个环节，注意避免不利因素，进行合理设计，可以适当控制钢丝绳在作业时的弹跳现象，并取得良好的效果。
我公司设计制作的2500 t/h卸船机，其后大梁悬臂长度大与国内同类机，用户在广泛考察了国内同类产品后，认为我们公司的产品在作业时的钢丝绳弹跳现象较其他的小得多，这是在设计过程中，特别是绕绳系统的设计中，合理分析，优化设计，有效控制钢丝绳弹跳的结果。
参考文献
[1]蒋国仁主编.港口起重机械[J].大连海事大学出版社，1995.
[2] GB3811-83.起重机设计规范[M].中国标准出版社，1984.
[3]潘钟林译.起重机设计规范F.E.M[M].1998年修订版，上海振华港口机械公司译从，1998.
[4]陈玮璋主编.起重机械金属结构[J].人民交通出版社，1985.
[5]Hlavacek，Vladimir. Dynamics of Nonlinear System.New York： Gordon and Breach Science Publishers 1985.
[6]朱慈勉主编.结构力学[J].高等教育出版社，2003.
作者简介
刘永红（1979-），男，汉族，湖北嘉鱼人，大学本科，工程师，中交上海装备工程有限公司，研究方向：港口机械设计，主要从事各种卸船机的设计。
关 键 词 桥式抓斗卸船机；弹跳；钢丝绳绕度；钢丝绳
中图分类号：TG142 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-142-02
桥式起重机的小车运行方式，由于起重量越来越大，采用绳索牵引是目前总体设计一般所采用的方式，也是目前国际上所通用的设计方式。现代大型高效桥式起重机，除了起重量越来越大外，其所需适应的船型范围也越来越广，导致前臂梁外伸距增大，小车行程也随之增长，小车运行速度越来越快。钢丝绳牵引小车由于上述参数的增加，导致钢丝绳的弹跳现象趋于严重，极大的影响了整机的操作性能和钢丝绳的寿命。在实际使用中，一直存在以下几个的现象。
1）小车启动和制动时，小车牵引钢丝绳弹跳严重。
2）起升加速或减速时，起升钢丝绳严重弹跳。
3）钢丝绳弹跳对支承钢构件造成冲击，导致钢构件（包括支承托辊）损坏。
4）起升和小车牵引的驱动电机上的编码器为操作系统提供信号，由于钢丝绳的下挠和弹跳，操作人员常常感到操作动作不灵敏，动作有滞后现象。
桥式起重机钢丝绳弹跳现象主要是水平段钢丝绳松弛状态与张紧状态快速转换形成的。因此利用钢丝绳张力与下绕度公式的分析与合理应用，可作为控制桥式起重机钢丝绳弹跳研究的主要切入点。
以下是钢丝绳张力与下绕的简化公式
F：钢丝绳张力；H：钢丝绳下挠距离；L：钢丝绳支点距离；q：钢丝绳线密度。
以2500 t/h桥式抓斗卸船机为例（起升/开闭，小车牵引为机械差动减速器驱动）。其钢丝绳缠绕图。
如图所示，（如不在设计上采取措施）抓斗在最大的外伸位置，小车上滑轮（支点）到后大梁改向滑轮（支点） 之间的距离L的长度约为95 m。
钢丝绳的线密度：12.5 Kg/m；
如果钢丝绳的下挠度控制在350 mm内。
这样，后大梁上由改向滑轮产生的轴向力达80.6 t左右，还不包括加速慣性力，如此大的主梁端轴向力在桥式卸船机的结构设计上是不可取的。我们假设以下几点钢丝绳的下绕值，来分析钢丝绳内力的情况。（见表）
从2500 t/h桥式抓斗卸船机的绕绳图可以看出，钢丝绳的张力产生主要是吊载，所以不可能通过增大钢丝绳的张力来调整适当的下挠度。
当抓斗满负荷时（63 t），小车在最大外伸距（46 m）时，钢丝绳张力所对应的下挠达895 m。（见编号5）
当抓斗空负荷时（27t），由于抓斗下横梁重梁占抓斗自重的1/4左右，要将抓斗空斗打开，其开闭绳下挠达4400mm左右，钢丝绳几乎全松弛了。司机操作常有无法开斗的感觉。（见编号14）
分解抓斗在挖料提升过程中，钢丝绳下挠约为470 mm。由于现代大型卸船机的循环周期是非常短的（本例仅为54 s左右）；这些挠度的剧烈变化仅在短期内完成，导致钢丝绳的弹跳现象非常严重。（见编号2）
从以上分析可以看出，钢丝绳缠绕小车运行方式的钢丝绳下挠是非常大的，而且变化时间也是非常短，如以上问题不解决，这种绕绳方式是无法应用到实际工作中的。
据上所述，要适当控制钢丝绳弹跳，需从以下几个方面进行控制：
1）从公式看，只有控制L的值，才是控制钢丝绳弹跳的主要手段。
就本例而言，在设计上考虑在绕绳改向卷筒以上部分，驱动卷筒与改向滑轮均固定设置，故采用定点支撑，减小L长度，增加4支点，L1=L/5=95/5=19 m。
绕绳改向卷筒以下部分，小车在大梁上是移动的，因此在L长度范围内的增加支点也必须是随之移动的。在设计上增加小车前后两侧有双点的托缆小车。那么当小车在最大外伸距时。L1=L/3=95/3=31.7 m、其变化值也大为减小。
从理论计算值可以看出，增加支点，减小L的长度后，钢丝绳的绕度大为减小。
2）以上是钢丝绳张力与绕度的理论计算值。实际作业时，挠度大于此值。前面说过，实际的钢丝绳弹跳与吊载运动的加速惯性力也有关，因此在循环周期的设计中，加速度在合理的值的范围内尽可能取小值。
3）在循环周期的设计中，特别是闭斗挖料和开斗抛料时，其动作时间在合理的时间范围内尽可能取大值，以减小在同样的时间内，钢丝绳挠度的变化值。
4）在其他绕绳形式的桥式起重机上，如小车牵引是独立绕绳和驱动，只要在构造设计上允许的合理范围内，钢丝绳张力不宜太小，亦即钢丝绳下挠不宜大，这样小车运行时可减小钢丝绳弹跳。
分析桥式起重机钢丝绳产生弹跳的主要原因，在绕绳系统设计过程的各个环节，注意避免不利因素，进行合理设计，可以适当控制钢丝绳在作业时的弹跳现象，并取得良好的效果。
我公司设计制作的2500 t/h卸船机，其后大梁悬臂长度大与国内同类机，用户在广泛考察了国内同类产品后，认为我们公司的产品在作业时的钢丝绳弹跳现象较其他的小得多，这是在设计过程中，特别是绕绳系统的设计中，合理分析，优化设计，有效控制钢丝绳弹跳的结果。
参考文献
[1]蒋国仁主编.港口起重机械[J].大连海事大学出版社，1995.
[2] GB3811-83.起重机设计规范[M].中国标准出版社，1984.
[3]潘钟林译.起重机设计规范F.E.M[M].1998年修订版，上海振华港口机械公司译从，1998.
[4]陈玮璋主编.起重机械金属结构[J].人民交通出版社，1985.
[5]Hlavacek，Vladimir. Dynamics of Nonlinear System.New York： Gordon and Breach Science Publishers 1985.
[6]朱慈勉主编.结构力学[J].高等教育出版社，2003.
作者简介
刘永红（1979-），男，汉族，湖北嘉鱼人，大学本科，工程师，中交上海装备工程有限公司，研究方向：港口机械设计，主要从事各种卸船机的设计。