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新型齒套式調(diào)繩離合器

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2024-06-06

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新型齒套式調(diào)繩離合器

新型齒套式調(diào)繩離合器

 

調(diào)繩離合器是單繩雙筒纏繞式提升機(jī)的一個(gè)重要部件。提升機(jī)正常工作時(shí)，調(diào)繩離合器合上，轉(zhuǎn)矩從主軸傳遞到游動(dòng)卷筒上，保證提升機(jī)正常提升。提升機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，繩子長(zhǎng)度伸長(zhǎng)或需要更換提升水平時(shí)，調(diào)繩離合器打開(kāi)，游動(dòng)卷筒與主軸連接或者脫離，使得游動(dòng)卷筒與固定卷筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)或作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)或更換提升水平。

1 徑向齒塊式調(diào)繩離合器的特點(diǎn)

目前，我國(guó)常用的調(diào)繩離合器為徑向齒塊式結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示，主要由齒塊、齒圈、液壓缸、聯(lián)鎖閥等組成。該調(diào)繩離合器的工作原理為：提升機(jī)正常工作時(shí)，齒塊和內(nèi)齒圈處于嚙合狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)液壓缸處于回油狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)液壓缸的油路關(guān)閉，聯(lián)鎖閥鎖閉，保證齒塊和內(nèi)齒圈可靠地嚙合；調(diào)繩時(shí)，提升機(jī)處于安全制動(dòng)狀態(tài)，高壓油先進(jìn)入聯(lián)鎖閥，使聯(lián)鎖閥的柱銷(xiāo)從活塞桿的凹槽中移出，然后高壓油進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液壓缸的離開(kāi)腔，推動(dòng)活塞桿向左移動(dòng)，通過(guò)與活塞桿連接的移動(dòng)轂使齒塊與內(nèi)齒圈脫離嚙合，達(dá)到游動(dòng)卷筒與主軸分離的目的。

圖1 徑向齒塊調(diào)繩離合器

1.內(nèi)齒圈 2.熱裝輪轂 3.移動(dòng)轂 4.撥動(dòng)環(huán) 5.調(diào)繩液壓缸 6.聯(lián)鎖閥 7.移動(dòng)齒塊

高壓油使活塞桿繼續(xù)向左移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)至設(shè)定距離時(shí)，低速啟動(dòng)提升機(jī)，提升方向根據(jù)實(shí)際情況或正或反，固定卷筒和游動(dòng)卷筒間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度到準(zhǔn)確的停車(chē)位置或更換到需要的提升水平，并使游動(dòng)卷筒與固定卷筒上黑白相間標(biāo)記塊相互對(duì)準(zhǔn)停車(chē)，從而完成調(diào)繩操作。

徑向齒塊調(diào)繩離合器的主要缺點(diǎn)如下。

(1) 有較大的安全隱患 傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，齒塊受到向下的力，有向下脫開(kāi)的趨勢(shì)，提升過(guò)程中一旦發(fā)生聯(lián)鎖閥誤操作，齒塊將向下脫開(kāi)，游動(dòng)卷筒和主軸之間無(wú)法傳遞轉(zhuǎn)矩，游動(dòng)卷筒上掛的鋼絲繩和提升容器失去平衡，將發(fā)生嚴(yán)重的容器墜落事故。

(2) 調(diào)繩精度較低 提升機(jī)規(guī)格較大時(shí)，調(diào)繩離合器需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，而齒塊式離合器的齒塊數(shù)量有限，齒塊上的齒數(shù)也有限，因此齒塊尺寸大，必然影響調(diào)繩離合器的調(diào)繩精度。

(3) 對(duì)主軸精度要求較高 熱裝影響整個(gè)主軸的徑向尺寸。

2 齒套式調(diào)繩離合器的結(jié)構(gòu)

鑒于齒塊式調(diào)繩離合器的不足之處，筆者研制出了一種齒套式調(diào)繩離合器，如圖 2 所示，主要由主軸、主軸外齒套、調(diào)繩液壓缸、撥動(dòng)環(huán)、移動(dòng)內(nèi)外齒套、游動(dòng)內(nèi)齒套和游動(dòng)卷筒等組成。

圖2 齒套式調(diào)繩離合器

1.主軸 2.主軸外齒套 3.調(diào)繩液壓缸 4.撥動(dòng)環(huán) 5.移動(dòng)內(nèi)外齒套 6.游動(dòng)內(nèi)齒套 7.游動(dòng)卷筒

主軸外齒套通過(guò)定位銷(xiāo)與軸肩定位，通過(guò)螺栓擰緊產(chǎn)生的摩擦力傳遞主軸上的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)主軸外齒套還充當(dāng)移動(dòng)內(nèi)外齒套的滑動(dòng)軌道，移動(dòng)內(nèi)外齒套可以在主軸外齒套上滑動(dòng)，如圖 3 所示。

圖3 齒套式調(diào)繩離合器工作方式

1.液壓缸 2.主軸 3.主軸外齒套 4.撥動(dòng)環(huán) 5.移動(dòng)內(nèi)外齒套 6.游動(dòng)內(nèi)齒套 7.游動(dòng)卷筒

安裝在主軸外齒套上的移動(dòng)內(nèi)外齒套有內(nèi)齒和外齒，其內(nèi)齒與主軸外齒套的外齒相嚙合，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置可以在主軸內(nèi)齒套上移動(dòng)，當(dāng)其被推向卷筒方向時(shí)，移動(dòng)內(nèi)外齒套上的外齒與游動(dòng)卷筒內(nèi)齒圈相嚙合，從而實(shí)現(xiàn)離合器的嚙合，轉(zhuǎn)矩從主軸傳遞到移動(dòng)內(nèi)外齒套，然后再傳遞到游動(dòng)卷筒內(nèi)齒圈。游動(dòng)卷筒內(nèi)外齒圈通過(guò)螺栓連接在游動(dòng)卷筒幅板上，當(dāng)移動(dòng)內(nèi)外齒套與游動(dòng)內(nèi)齒套嚙合后，主軸的轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)調(diào)繩離合器傳遞到游動(dòng)卷筒，從而使主軸帶動(dòng)游動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)。

調(diào)繩時(shí)，在調(diào)繩液壓缸的帶動(dòng)下，移動(dòng)內(nèi)外齒套向反方向脫開(kāi)，主軸的轉(zhuǎn)矩?zé)o法傳遞到游動(dòng)卷筒上，此時(shí)主軸可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)游動(dòng)卷筒的調(diào)繩功能。

3 設(shè)計(jì)方法

齒塊式調(diào)繩離合器和齒套式調(diào)繩離合器的設(shè)計(jì)校核方法不同。齒塊式調(diào)繩離合器校核條件為：假設(shè)只有一個(gè)齒工作，在該齒的極限撓度下，校核該齒的最大應(yīng)力。齒套式調(diào)繩離合器的校核條件為：齒套接觸，考慮載荷不均勻系數(shù)，校核齒套的齒面應(yīng)力。

調(diào)繩離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩為：

(1) 正常提升時(shí)，調(diào)繩離合器所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩

式中：Fmax 為游動(dòng)卷筒提升開(kāi)始時(shí)的最大靜張力，N；G 為游動(dòng)卷筒變位質(zhì)量，kg；a 為提升加速度，m/s2；R 為卷筒半徑，mm。

由式 (1) 計(jì)算可得，提升機(jī)正常提升時(shí)，調(diào)繩離合器傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為 2.383 7×108 N·mm。

(2) 調(diào)繩時(shí)機(jī)構(gòu)所傳遞的力矩

式中：Q1 為提升容器的質(zhì)量，kg；P 為鋼絲繩的單位質(zhì)量，kg/m；H3 為 3 層纏時(shí)的提升高度，m；g 為重力加速度，m/s2。

由式 (2) 計(jì)算可得，調(diào)繩時(shí)機(jī)構(gòu)傳遞的力矩為 1.429 3×108 N·mm。

3.1 徑向齒塊式調(diào)繩離合器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法

若只有一個(gè)齒工作，在該齒的極限撓度下，齒輪承擔(dān)的力矩

式中：K 為齒厚公差，mm；E 為齒輪材料彈性模量，2.1×105 MPa；b 為齒寬，mm；m 為模數(shù)，mm；B 為修正系數(shù)。

當(dāng)外齒輪齒數(shù)不等于內(nèi)齒圈齒數(shù)時(shí)，

式中：Z2 為內(nèi)齒圈齒數(shù)；Z1 為外齒塊齒數(shù)。

齒中的最大應(yīng)力

式中：T2 為游動(dòng)卷筒提升最終受力，N；T1 為游動(dòng)卷筒提升開(kāi)始受力，N。

只要滿足：

即認(rèn)為離合器強(qiáng)度足夠。

3.2 齒套式離合器的計(jì)算方法

齒輪的分度圓直徑

式中：z 為齒數(shù)；m 為模數(shù)，mm。

內(nèi)齒輪的寬度

校核齒面壓強(qiáng)

式中：Te 為離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·mm；ε 為載荷不均勻系數(shù)；pp 為齒面許用壓強(qiáng)，Pa；K1 為工況系數(shù)，取 1.8；T 為離合器的理論轉(zhuǎn)矩，對(duì)于嵌合式離合器，T 為穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)中的最大工作轉(zhuǎn)矩或原動(dòng)機(jī)的公稱轉(zhuǎn)矩，N·m，理論轉(zhuǎn)矩為 2.383 7×108 N·mm。

由式 (11) 計(jì)算可得離合器轉(zhuǎn)矩 Te=4.290 66× 108 N·mm。

3.3 調(diào)繩精度計(jì)算

以 2JK-3×1.5P 單繩雙筒纏繞式提升機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

同樣的轉(zhuǎn)矩下，齒塊式的模數(shù) m=14，齒套式的模數(shù) m=5，調(diào)繩精度有較大提高。

齒塊式的調(diào)繩精度

齒套式調(diào)繩精度

齒塊式調(diào)繩離合器的單齒需滿足許用應(yīng)力，對(duì)模數(shù)有嚴(yán)格要求，而齒套式離合器齒輪的模數(shù)在滿足齒面應(yīng)力的情況下可以有效減小，因此齒套式調(diào)繩離合器的調(diào)繩精度高于齒塊式調(diào)繩離合器。

4 結(jié)語(yǔ)

與徑向齒塊式調(diào)繩離合器相比，齒套式調(diào)繩離合器的優(yōu)越性如下。

(1) 加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性 主軸通過(guò)齒套與游動(dòng)卷筒連接，在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生向外脫出的受力趨勢(shì)，避免了徑向齒塊式調(diào)繩離合器運(yùn)行過(guò)程中向外脫出的危險(xiǎn)，增強(qiáng)了提升系統(tǒng)的安全性。

(2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊易加工 齒套式調(diào)繩離合器相對(duì)于徑向齒塊式調(diào)繩離合器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，加工更方便。

(3) 對(duì)主軸適應(yīng)性強(qiáng) 齒套式調(diào)繩離合器的主軸外齒套和游動(dòng)卷筒內(nèi)齒套都用螺栓安裝，均可做成兩瓣結(jié)構(gòu)。徑向齒塊式調(diào)繩離合器則有輪轂需要熱裝在主軸上，因此對(duì)主軸結(jié)構(gòu)有要求，比如在熱裝輪轂的方向不能有大于熱裝輪轂內(nèi)孔的軸臺(tái)軸肩等。相比較而言，齒套式調(diào)繩離合器對(duì)主軸上的軸臺(tái)和軸肩則基本沒(méi)有要求。

(4) 提高了調(diào)繩精度 齒套式調(diào)繩離合器采用齒套傳遞轉(zhuǎn)矩，因此齒套中齒的模數(shù)可以比用齒塊傳遞轉(zhuǎn)矩的徑向齒塊式調(diào)繩離合器要小，調(diào)繩精度也比徑向齒塊離合器高。

 

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