新型液压起重器夹紧机构的研究

《新型液压起重器夹紧机构的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型液压起重器夹紧机构的研究（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、华 北 电 力 学 院 J O U R N A L O F N O R T H C H 歹 卜 万 A I N S T I T U T E O F E LE C T R I C P O 从 7 E R N O . 3 1 9 8 9 新 型 液 压 起 重 器 夹 紧 机 构 的 研 究 关 存 和 戴 庆 辉 ( 北 京 研 究 生 部 ) 摘 要 楔 型 卡 爪 是 用 于 新 型 液 压 起 重 装 置 的 一 种 夹 紧 元 件 。 本 文 在 实 验 的 基 础 上 进 行 了 卡 爪 的 设 计 , 并 通 过 三 维 应 力 分 析 表 明 了 设 计 的 合 理 性 。 关 键

2、 词 : 液 压 , 重 起 器 , 夫 紧 机 构 1 引 言 新 型 液 压 起 重 器 是 适 用 于 火 电 厂 建 设 , 尤 其 是 大 容 量 汽 轮 机 组 和 锅 炉 卯 吊 装 的 起 重 设 备 。 该 起 重 器 由 两 部 分 组 成 , 起 重 部 分 是 一 支 动 力 液 压 缸 , 夹 紧 部 分 由 上 卡 爪 液 压 缸 和 下 卡 爪 液 压 缸 组 成 , 两 支 卡 爪 液 压 缸 的 结 构 基 本 相 同 。 整 套 设 备 还 包 括 液 压 站 控 制 台 、 绳 索 和 锚 头 。 工 作 时 , 被 起 吊 的 重 物 悬 挂 在 绳 索

3、 下 端 的 锚 头 上 , 动 力 液 压 缸 顶 起 上 卡 爪 液 压 缸 , 使 上 卡 爪 液 压 缸 中 的 夹 紧 机 构 卡 爪 夹 紧 绳 索 , 从 而 使 重 物 上 升 。 本 文 将 对 卡 爪 这 种 夹 紧 机 构 的 结 构 设 计 与 压 力 分 析 进 行 研 究 探 讨 。 在 卡 爪 的 结 构 设 计 中 , 通 过 实 验 研 究 确 定 其 有 关 结 构 参 数 ; 在 卡 爪 的 压 力 分 析 中 , 应 用 三 维 有 限 元 法 进 行 计 算 , 获 得 了 卡 爪 的 节 点 位 移 、 应 力 、 主 应 力 和 等 效 应 力 的

4、 分 布 状 况 , 从 而 在 理 论 分 析 和 实 验 研 究 的 基 础 上 设 计 出 较 理 想 的 液 压 起 重 器 的 夹 紧 机 构 。 、 2 卡 爪 式 夹 紧 机 构 的 结 构 设 计 卡 爪 式 的 夹 紧 机 构 是 液 压 起 重 器 中 的 关 键 结 构 之 一 , 卡 爪 能 否 按 工 作 需 要 夹 紧 或 松 开 绳 索 , 将 影 响 液 压 起 重 器 的 正 常 、 安 全 、 可 靠 的 进 行 。 因 此 , 在 研 究 设 计 液 压 起 重 器 的 过 程 中 专 题 研 究 了 卡 爪 式 的 夹 紧 机 构 。 图 1 所 示 为

5、 卡 爪 式 夹 紧 机 构 示 意 图 , 主 要 由 卡 爪 与 卡 套 组 成 , 卡 爪 是 由 两 块 半 圆 锥 体 组 成 的 空 心 圆 锥 , 内 孔 是 圆 柱 螺 纹 孔 , 外 圆 是 圆 锥 面 , 卡 套 的 内 孔 是 圆 锥 孔 , 与 卡 爪 的 外 圆 锥 面 相 配 合 。 绳 索 从 卡 爪 内 孔 中 穿 过 , 当 卡 爪 在 卡 套 中 产 生 相 对 轴 向 位 移 时 , 卡 爪 便 可 夹 紧 或 松 开 绳 索 。 绳 索 与 卡 爪 内 孔 为 一 个 接 触 面 , 卡 爪 外 圆 锥 面 与 卡 套 内 圆 锥 面 为 一 个 接 触

6、 面 , 当 绳 索 与 卡 爪 内 孔 的 摩 擦 力 大 于 卡 本 文 于 1 9 8 9 年 4 月 7 日 收 到 。6 8 华 北 电 力 学 院 学 报 7 / 丫 一 一 七_ _ 图 l 卡 爪 式 夹 紧 结 构 示 盆 图 J r 与 行 套 之 间 的 摩 擦 力 , 则 可 使 卡 爪 与 绳 索 一 起 在 卡 套 内 产 生 相 对 轴 向 位 移 , 从 而 卡 爪 可 以 头 索 或 松 开 绳 索 。 f . 1 影 响 卡 爪 夹 紧 或 松 开 绳 索 的 因 素 1 . 与 绳 索 配 合 的 卡 爪 内 螺 纹 孔 的 参 数 多 2 . 卡 爪 与

7、 卡 套 配 合 的 圆 锥 角 与 表 面 粗 糙 度 ; 3 . 绳 索 、 卡 爪 、 卡 套 接 触 面 硬 度 的 匹 配 , 4 . 绳 索 的 类 型 。 为 探 讨 上 述 诸 因 素 对 设 计 夹 紧 机 构 的 影 响 , 我 们 在 百 吨 万 能 材 料 试 验 机 上 做 了 卡 爪 式 夹 紧 机 构 的 实 验 。 实 验 用 的 卡 爪 是 将 内 孔 加 工 成 锯 齿 形 螺 纹 孔 , 使 其 既 能 承 受 轴 向 载 荷 , 又 易 于 咬 紧 绳 索 , 按 照 不 同 的 参 数 , 即 卡 爪 内 孔 螺 纹 参 数 、 内 孔 直 径 、 卡

8、 爪 外 锥 面 锥 度 、 卡 爪 材 料 及 热 处 理 方 式 等 , 做 成 多 种 不 同 规 格 的 卡 爪 , 实 验 用 的 卡 套 也 根 据 卡 爪 外 锥 面 不 同 的 锥 度 和 不 同 的 材 料 、 热 处 理 方 式 等 , 制 做 成 与 不 同 规 格 卡 爪 配 套 的 卡 套 ; 实 验 甩 的 绳 索 分 别 采 用 了 纤 维 芯 钢 丝 绳 、 金 属 芯 钢 丝 绳 和 钢 绞 线 三 种 类 型 的 绳 索 。 实 验 时 先 将 卡 套 安 放 在 材 料 试 验 机 v 形 块 夹 具 的 圆 孔 内 , 如 图 1 所 示 , 再 将 绳

9、 索 穿 过 上 、 下 两 端 的 卡 套 , 然 后 在 两 端 的 卡 套 与 绳 索 之 间 各 插 入 一 付 卡 爪 , 安 装 好 之 后 开 启 试 验 机 , 逐 渐 加 载 进 行 实 验 。 2 . 2 夹 紧 绳 索 的 实 验 与 分 析 ( 1 ) 采 用 纤 维 芯 钢 丝 绳 时 , 随 着 载 荷 增 加 , 绳 索 在 卡 爪 内 产 生 明 显 滑 动 , 停 机 后 取 下 绳 索 发 现 被 卡 爪 夹 持 处 有 明 显 的 径 向 收 缩 和 轴 向 擦 痕 , 由 于 纤 维 芯 钢 丝 绳 径 向 变 形 大 , 卡 爪 螺 纹 的 牙 刃 难

10、 于 咬 入 绳 索 表 层 , 故 不 能 可 靠 地 夹 紧 绳 索 。 采 用 金 属 芯 钢 丝 绳 时 , 贝 止 因 卡 爪 内 螺 纹 的 参 数 不 同 , 而 夹 紧 情 况 也 不 同 。 ( 2 ) 卡 爪 内 螺 纹 采 用 标 准 锯 齿 形 螺 纹 时 , 经 实 验 发 现 卡 爪 内 孔 始 终 不 能 与 绳 索 贴 切 咬 合 , 其 原 因 是 标 准 锯 齿 形 螺 纹 的 牙 形 不 理 想 , 牙 尖 圆 角 较 大 、 牙 刃 不 锋 利 , 难 于 咬 入 绳 素 表 层 , 故 夹 持 不 紧 , 易 产 生 打 滑 。 幻 卡 爪 内 孔 加

11、 工 成 非 标 准 锯 齿 螺 纹 , 卡 爪 内 孔 的 最 小 直 径 即 内 孔 牙 尖 的 直 径 略 全 子 绳 家 直 径 , 且 使 内 孔 螺 纹 具 有 较 高 的 硬 度 , 卡 爪 与 卡 套 配 合 的 锥 度 需 大 于 自 锁 角 度 , 实 验 中 的 斜 角 取 7 . 5 。 和 9 。 。 在 这 样 的 条 件 下 做 夹 持 金 属 芯 钢 丝 绳 的 实 验 , 载 荷 从 零 加 大 到挤 塑 液 厂 起 重 器 夹 紧 机 构 的 研 究 6 9 一 一 一 一 , 一 一 . 一 - 一 - - - - 一 一 一 - 一 - 、 - - 一

12、- 一 一 一 - 一 - - - 一 - . - - - . 一 - - 一 . - 、 3 0 吨 , 卡 爪 与 绳 索 之 间 没 有 发 生 滑 功 。 卸 载 停 机 后 观 察 卡 爪 螺 纹 牙 形 和 牙 刃 , 均 未 发 生 明 显 的 变 形 和 卷 刃 。 再 观 察 绳 索 的 被 夹 持 处 , 看 到 一 道 道 牙 痕 , 其 深 度 约 为 0 . 2 、 0 . 3 n z m o ( 4 ) 采 用 上 述 3 ) 中 选 取 的 卡 爪 、 卡 套 的 参 数 与 硬 度 的 匹 配 做 夹 持 钢 绞 线 的 实 验 , 结 果 夹 紧 的 效 果

13、更 好 , 卡 爪 内 孔 与 钢 绞 线 密 切 贴 合 , 在 钢 绞 线 的 六 根 外 层 钢 筋 上 留 下 均 匀 的 卡 爪 牙 痕 , 由 于 钢 绞 线 的 每 根 钢 筋 的 直 径 比 钢 丝 绳 中 的 每 根 钢 丝 的 直 径 大 得 多 , 因 此 牙 痕 不 会 咬 断 钢 筋 , 使 钢 绞 线 的 耐 用 程 度 更 高 。 通 过 以 上 实 验 可 以 确 认 , 在 液 压 起 重 器 中 采 用 卡 爪 式 夹 紧 机 构 夹 紧 绳 索 提 升 重 物 是 可 行 的 。 2 . 3 夹 紧 机 构 结 构 设 计 的 要 点 (1 ) 卡 爪 内

14、 孔 采 用 非 标 准 锯 齿 螺 纹 , 使 螺 纹 牙 能 够 承 受 较 大 的 弯 曲 力 。 螺 纹 牙 尖 部 有 一 很 小 的 牙 尖 圆 弧 , 这 样 使 螺 纹 牙 既 不 会 卷 刃 又 能 咬 入 绳 索 。 另 外 卡 爪 内 孔 的 最 小 直 径 要 略 小 于 绳 索 的 直 径 , 这 样 可 以 控 制 螺 纹 牙 咬 入 绳 索 的 深 度 。 ( 2 ) 卡 套 、 卡 爪 、 绳 索 三 者 硬 度 匹 配 , 卡 套 是 安 装 在 液 压 起 重 器 上 的 固 定 件 , 不 宜 经 常 更 换 , 因 此 卡 套 内 锥 孔 的 硬 度 较

15、 高 , 卡 爪 是 便 于 拆 卸 的 零 件 , 且 要 求 卡 爪 与 卡 套 内 锥 孔 反 复 接 触 过 程 中 使 卡 爪 圆 锥 面 比 卡 套 内 锥 孔 更 容 易 磨 损 , 所 以 卡 爪 的 硬 度 低 于 卡 套 内 锥 孔 ; 绳 索 的 硬 度 比 卡 爪 内 孔 螺 纹 的 硬 度 低 , 以 使 螺 纹 牙 咬 入 绳 索 。 ( 3 ) 卡 爪 与 卡 套 配 合 的 圆 锥 面 角 度 的 选 择 不 仅 要 考 虑 圆 锥 配 合 的 自 锁 因 素 , 还 应 考 虑 因 轴 向 载 荷 大 而 引 起 的 配 合 面 上 弹 性 变 形 的 因 素

16、 , 即 圆 锥 面 配 合 的 过 盈 量 , 使 卡 爪 不 会 锁 死 在 卡 套 中 , 而 能 够 顺 利 地 从 卡 套 中 移 出 。 ( 4 ) 起 重 绳 索 应 选 用 钢 绞 线 或 金 属 芯 钢 丝 绳 。 依 据 上 述 要 点 设 计 的 夹 紧 机 构 经 实 验 验 证 其 结 构 合 理 、 工 艺 可 行 , 因 此 我 们 进 一 步 对 夹 紧 机 构 中 的 关 键 零 件 卡 爪 进 行 变 形 及 应 力 分 析 。 3 卡 爪 的 应 力 分 析 对 于 卡 爪 的 变 形 及 应 力 分 析 , 我 们 采 用 了 三 维 有 限 元 方 法 进 行 了 计 算 。 3 . 1 计 算 模 型 的 建 立 卡 爪 的 计 算 模 型 如 图 2 所 示 。 在 建 立 计 算 模 型 时 , 做 了 如 下 的 简 化 。 ( 1 ) 实 际 工 作 时 , 一 付 卡 爪 是 由 两 只 半 圆 形 卡 爪 组 成 , 分 析 计 算 时 , 可 任 取 其 中 的