孫壽義 邢瑞萍 駱 工 莊秀華

（山東省水文儀器研制中心，山東 濟(jì)南250001）

水文巡測(cè)車(chē)是一種用于防汛水文數(shù)據(jù)采集的應(yīng)急監(jiān)測(cè)設(shè)備。該設(shè)備機(jī)動(dòng)靈活操作方便，在橋上懸吊水文儀器進(jìn)入河中監(jiān)測(cè)水文數(shù)據(jù)，為防汛搶險(xiǎn)提供決策依據(jù)。目前在用水文絞車(chē)卷?yè)P(yáng)機(jī)絕大多數(shù)沒(méi)有過(guò)載保護(hù)功能，只能通過(guò)配備太平斧作為安全手段。本文設(shè)計(jì)了具有過(guò)載保護(hù)功能的卷?yè)P(yáng)機(jī)，防止懸吊儀器在水中監(jiān)測(cè)時(shí)掛到大型漂浮物危及人員及車(chē)輛的安全。

1 具有過(guò)載保護(hù)功能卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)原理

水文巡測(cè)車(chē)工作原理：水文巡測(cè)車(chē)是由運(yùn)載工具車(chē)、水文絞車(chē)兩部分組成，運(yùn)載車(chē)輛攜帶水文絞車(chē)、測(cè)流設(shè)備到達(dá)測(cè)流斷面，通過(guò)運(yùn)載車(chē)輛提供的動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)液壓系統(tǒng)或由汽車(chē)發(fā)電機(jī)提供的電能直接驅(qū)動(dòng)全電動(dòng)水文絞車(chē)，通過(guò)控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)動(dòng)作、卷?yè)P(yáng)機(jī)升降動(dòng)作、吊臂的仰俯伸縮動(dòng)作，將測(cè)流設(shè)備投放到測(cè)流位置進(jìn)行測(cè)流。主要功能是通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)將檢測(cè)儀器設(shè)備放到相應(yīng)水深位置，檢測(cè)完成后將儀器收回。由于防洪應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)河道中水流速度大、漂浮物多，經(jīng)常有大樹(shù)、草堆等大型漂浮物通過(guò)，掛到儀器后會(huì)對(duì)車(chē)輛和人員的安全造成威脅。在懸索掛到大型漂浮物時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)能夠自動(dòng)滑脫，犧牲儀器設(shè)備保證人員和車(chē)輛安全，這樣可以大大提高水文巡測(cè)車(chē)的使用安全性。

過(guò)載保護(hù)功能卷?yè)P(yáng)機(jī)原理：如圖1，在卷?yè)P(yáng)機(jī)卷輪與剎車(chē)制動(dòng)器之間設(shè)計(jì)安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩限制器，當(dāng)懸索掛到超過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)最大載荷的漂浮物時(shí)卷輪能夠自動(dòng)滑脫，起到保護(hù)人員、車(chē)輛安全的作用。

圖1 卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)

2 卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)矩限制器又叫“扭矩過(guò)載保護(hù)器”，由于在原有水文巡測(cè)車(chē)上進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，受到安裝尺寸限制，成品配件無(wú)法采用。只有對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，最大載荷設(shè)計(jì)為300 公斤。過(guò)載保護(hù)功能卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)（如圖1）水文絞車(chē)新卷?yè)P(yáng)機(jī)由驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)、卷筒、卷輪、卷軸、轉(zhuǎn)矩限制器、剎車(chē)裝置、端蓋組成。將轉(zhuǎn)矩限制器與剎車(chē)裝置巧妙的結(jié)合在一起，在卷輪受到拉力超過(guò)300 公斤后轉(zhuǎn)矩限制器打滑，起到安全保護(hù)作用。轉(zhuǎn)矩限制器由壓緊碟簧、摩擦盤(pán)（2 片）、緊固盤(pán)、摩擦片、壓緊調(diào)整套、固定螺栓組成。改進(jìn)后的卷?yè)P(yáng)機(jī)可以通過(guò)調(diào)整壓緊調(diào)整套的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整碟簧壓力，設(shè)定轉(zhuǎn)矩限制器的最大滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易拆卸，方便維護(hù)，對(duì)安裝精度要求低。

3 轉(zhuǎn)矩限制器技術(shù)參數(shù)的計(jì)算

3.1 碟簧壓緊力計(jì)算

設(shè)定滑脫載荷為300 公斤，轉(zhuǎn)矩限制器傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為：T=300*10*0.055=16500N.cm

摩擦片選用銅基D=112,d=75 厚3mm，產(chǎn)生16500 N.cm 的轉(zhuǎn)矩碟簧壓緊力計(jì)算：Q=T/Rmμm=16500/(4.675*0.3*2)=5851N。

Rm(平均摩擦半徑)=（R1+R2）/2=(56+37.5)/2=46.75mm，

μ（摩擦因數(shù)）=0.3，m(摩擦面對(duì)數(shù))=2。

3.2 摩擦片承受壓強(qiáng)計(jì)算

P=T/（2πRm2μmb）=16500/（2*3.14*4.72*0.3*2*1.85）=108N.cm2小于摩擦片允許承受壓強(qiáng)206 N.cm2，選用摩擦片滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。b 為摩擦面寬度1.85cm.

3.3 碟簧型號(hào)選擇

選用碟簧壓力Qmax 要大于5851N，受卷軸、卷輪尺寸限制選用C系列D=100，d=51，t=2.7，h。=3.5，H。=6.2，f=0.75 h(如圖2)時(shí)壓緊力F=8610 大于5851N 滿(mǎn)足要求。

圖2 無(wú)支撐面碟簧

3.4 碟簧變形量計(jì)算。

計(jì)算出碟簧壓緊力為5851N 時(shí)的變形量，即可確定壓緊調(diào)整套的長(zhǎng)度。由于C=D/d=100/51=1.96，可根據(jù)碟簧計(jì)算系數(shù)表1 查得K1=0.686，無(wú)支撐碟簧K4=1。

表1 碟簧計(jì)算系數(shù)

碟簧壓平時(shí)壓緊力Fc=4E*t3h。*K42/(1-μ2)K1D2=4*206*103*2.73*3.5*1/[(1-0.32)*0.686*1002]=9138.5

如碟簧特征曲線(xiàn)圖3，由h。/t=3.5/2.7≈1.3，F(xiàn)/Fc=5851/9138.5=0.64，可查的碟簧變形量f/ h。=0.35，得出f=0.35* 3.5mm=1.225mm。

圖3 碟簧特征曲線(xiàn)

4 結(jié)論

根據(jù)圖紙尺寸、 碟簧變形量可以確定出壓緊調(diào)整套長(zhǎng)度為22.5mm 時(shí)可以滿(mǎn)足載荷超過(guò)300 公斤卷輪即可滑脫。