趙 坤，王道令

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

液壓絞車(chē)廣泛運(yùn)用于海洋工程、建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，其剎車(chē)方式包括外抱式、內(nèi)蹄式、盤(pán)式、帶式等。帶式剎車(chē)因其構(gòu)造簡(jiǎn)單、制動(dòng)力矩大，而應(yīng)用得較多。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往因無(wú)法獲得準(zhǔn)確的數(shù)值，導(dǎo)致剎車(chē)力過(guò)大或過(guò)小，前者對(duì)絞車(chē)整體結(jié)構(gòu)造成破壞，后者無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。

本文將對(duì)某液壓絞車(chē)帶式剎車(chē)系統(tǒng)主要部位的設(shè)計(jì)，做一個(gè)介紹。

1 主要參數(shù)

現(xiàn)有一臺(tái)起重總質(zhì)量為20 t的絞車(chē)，鋼絲繩型號(hào)為6×19W+FC-36.0-1670（破斷拉力FB=714 kN，公稱(chēng)直徑d=36 mm），卷筒直徑D1=800 mm(繩徑比不小于16)，剎車(chē)輪轂直徑D2=2 000 mm，剎車(chē)輪轂寬度為180 mm。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 剎車(chē)力的計(jì)算

剎車(chē)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 絞車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)

試驗(yàn)靜負(fù)載時(shí)，即最大剎車(chē)力時(shí)鋼絲繩拉力為

剎車(chē)力為

剎車(chē)帶緊邊拉力為

代入數(shù)值，得

剎車(chē)帶松邊拉力

代入數(shù)值，得

式中，

μ為摩擦系數(shù)，這里選用無(wú)石棉剎車(chē)帶，取0.35；

α為剎車(chē)帶包角，假設(shè)角度為325°，在這里轉(zhuǎn)化為弧度α=325×π/180。

2.2 剎車(chē)鋼帶的確定

剎車(chē)鋼帶采用Q235材質(zhì)鋼板，展開(kāi)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 剎車(chē)鋼帶展開(kāi)結(jié)構(gòu)

其有效橫截面積A直接影響剎車(chē)帶抗拉強(qiáng)度，按剎車(chē)帶所受最大拉力確定鋼帶外廓尺寸，鋼帶所受最大拉力為緊邊拉力T1，許用拉應(yīng)力取值

由此得出鋼帶最小橫截面積為1 570 mm2。

由圖2可知，

式中，

W為剎車(chē)帶寬度，取150 mm；

d1為連接孔直徑，取11 mm；

t為剎車(chē)鋼帶厚度；

代入數(shù)值，得

t=13.42 mm，取t=14 mm。

注：剎車(chē)鋼帶許用拉應(yīng)力δ取值，直接影響到鋼帶厚度，取值不大于材質(zhì)屈服點(diǎn)應(yīng)力，視設(shè)備使用工況而定。

2.3 剎車(chē)連接銷(xiāo)軸的確定

剎車(chē)帶緊邊連接銷(xiāo)軸受力最大，材質(zhì)選用45號(hào)鋼，許用剪應(yīng)力取

銷(xiāo)軸所需最小截面

由此可知銷(xiāo)軸所需最小直徑

2.4 剎車(chē)油缸的設(shè)計(jì)

剎車(chē)系統(tǒng)采用儲(chǔ)能彈簧式常閉剎車(chē)結(jié)構(gòu)，確保制動(dòng)動(dòng)作迅速可靠。油缸內(nèi)部?jī)?chǔ)能彈簧通過(guò)曲臂傳遞作用力，曲臂作用點(diǎn)的選取決定了作用于各連接點(diǎn)作用力的大小，直接影響剎車(chē)油缸內(nèi)部?jī)?chǔ)能彈簧、油缸活塞及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選用。

（1）儲(chǔ)能彈簧的確定。為保證錨絞機(jī)工作時(shí)剎車(chē)帶完全打開(kāi)，避免剎車(chē)帶與輪轂產(chǎn)生摩擦，影響整機(jī)的傳動(dòng)效率，剎車(chē)帶與輪轂應(yīng)保證一定的退距，退距暫取值ε=10 mm，考慮到儲(chǔ)能彈簧預(yù)壓縮量及結(jié)構(gòu)布置等因素，通常情況下X/Y取值1/4較為適宜，取X=150 mm，Y=600 mm，則打開(kāi)剎車(chē)時(shí)油缸最小行程為

如圖1所示，儲(chǔ)能彈簧作用于剎車(chē)所需最小力為T(mén)3，根據(jù)力矩平衡原理

計(jì)算得

假定彈簧剛度

則彈簧預(yù)壓縮量

剎車(chē)完全打開(kāi)時(shí)彈簧總壓縮量為

彈簧總壓縮力為

繪出彈簧性能曲線，如圖3所示。

圖3 彈簧性能曲線

（2）剎車(chē)系統(tǒng)油壓的確定。油缸結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 剎車(chē)油缸結(jié)構(gòu)

L總為油缸總行程，L為彈簧預(yù)壓縮量，d為油缸活塞直徑，打開(kāi)剎車(chē)時(shí)需要克服彈簧力。假設(shè)油缸活塞直徑d=100 mm，則活塞面積

系統(tǒng)油壓為

彈簧的簧絲直徑、中徑、圈數(shù)、纏繞比等各項(xiàng)參數(shù)直接影響到彈簧剛度與許用壓縮量，從而影響到油缸缸徑與長(zhǎng)度。關(guān)于彈簧的設(shè)計(jì)，在此不作過(guò)多贅述。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)液壓絞車(chē)帶式剎車(chē)系統(tǒng)的各主要部位進(jìn)行分析計(jì)算，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、部件的選型提供了一種方法。該文側(cè)重于計(jì)算方法的說(shuō)明，對(duì)現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第4版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.