周敏　韓萌　劉召華

摘要：以三節(jié)伸縮臂架的登?平臺(tái)消防?為例，描述伸縮機(jī)構(gòu)的組成及?作原理，對(duì)伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩提出了不同的預(yù)緊調(diào)節(jié)?法，并推導(dǎo)不同預(yù)緊?的計(jì)算?法。該鋼絲繩預(yù)緊調(diào)節(jié)?法為舉?消防?設(shè)計(jì)裝配提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：舉?消防?;伸縮機(jī)構(gòu);鋼絲繩預(yù)緊;設(shè)計(jì)?法

中圖分類號(hào)：U469.6+8 收稿?期：2022-04-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.006

1 前?

隨著城市不斷發(fā)展，?層建筑及?型??的數(shù)量越來(lái)越多，舉?消防?得到?泛應(yīng)?。對(duì)于舉?消防?臂架運(yùn)動(dòng)可靠性而?，伸縮機(jī)構(gòu)形式及鋼絲繩預(yù)緊調(diào)節(jié)尤為重要，因?yàn)槠渲苯佑绊懙奖奂苓\(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性、安全性及可靠性等。

?前市?上舉?消防?伸縮機(jī)構(gòu)常采?油缸與鋼絲繩組合驅(qū)動(dòng)的形式[1-3]。而鋼絲繩作為?種柔性連接形式，在??重?作?下會(huì)出現(xiàn)?然懸垂，為了保證伸縮機(jī)構(gòu)中鋼絲繩下垂量在合理范圍內(nèi)，?般需在鋼絲繩安裝后對(duì)其進(jìn)?預(yù)緊，通過(guò)預(yù)緊可有效地調(diào)節(jié)鋼絲繩懸垂量?小，避免鋼絲繩因懸垂量過(guò)?導(dǎo)致其與臂筒接觸產(chǎn)?磨損和異響[4-5]。同時(shí)鋼絲繩預(yù)緊?不宜過(guò)?，否則會(huì)增?鋼絲繩初始載荷，從而降低伸縮機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)。本?將以油缸-鋼絲繩組合?式為例，探討舉?消防?伸縮機(jī)構(gòu)預(yù)緊??小的計(jì)算及預(yù)緊調(diào)節(jié)?法。

本?以三節(jié)臂舉?消防?的伸縮機(jī)構(gòu)為例，系統(tǒng)地闡述了伸出鋼絲繩與回拉鋼絲繩的預(yù)緊?法。伸縮機(jī)構(gòu)的組成及?作原理如圖1所?。其?作原理為?、?節(jié)臂架之間的運(yùn)動(dòng)通過(guò)伸縮油缸帶動(dòng)，伸出鋼絲繩?端固定在?節(jié)臂尾部，繞過(guò)?節(jié)臂頭部的滑輪，另?端固定在三節(jié)臂尾部，從而帶動(dòng)三節(jié)臂伸出，回拉鋼絲繩?端固定在?節(jié)臂頭部，繞過(guò)?節(jié)臂尾部的滑輪，另?端固定在三節(jié)臂的尾部，從而帶動(dòng)三節(jié)臂回收。

2 鋼絲繩預(yù)緊調(diào)節(jié)?法

伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需根據(jù)鋼絲繩允許下垂量、鋼絲繩允許承載安全系數(shù)以及鋼絲繩受載荷后產(chǎn)?的?旋扭矩?小等??，綜合考慮鋼絲繩預(yù)緊?的?小。

舉?消防?在臂架動(dòng)作的實(shí)際?況中，?般需要臂架變幅到?定?度后再進(jìn)?伸縮動(dòng)作，如圖2所?。根據(jù)臂架伸縮機(jī)構(gòu)受?計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試實(shí)際?況可知，臂架伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，伸出鋼絲繩為主要承?部件，伸出鋼絲繩除受到預(yù)緊?外，還需要承受臂架的重?與摩擦?。當(dāng)主臂處于?平回縮?況時(shí)，伸出鋼絲繩僅受到預(yù)緊?。因此伸出鋼絲繩的預(yù)緊僅需在?平回縮?況下進(jìn)?計(jì)算。

對(duì)于回拉鋼絲繩，其在臂架變幅、伸縮過(guò)程中，回拉鋼絲繩則僅受預(yù)緊?的作?（?平回縮除外，?平回縮過(guò)程受預(yù)緊?與摩擦?），且回拉鋼絲繩預(yù)緊?會(huì)隨著臂架變幅?度的變化而變化，因此在考慮回拉鋼絲繩預(yù)緊時(shí)，需系統(tǒng)分析回拉鋼絲繩在臂架變幅過(guò)程中的受?情況。

根據(jù)不同的受?情況，伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩在預(yù)緊調(diào)節(jié)?法上有所不同。

2.1 伸出鋼絲繩預(yù)緊?調(diào)節(jié)?法伸出鋼絲繩預(yù)緊??小設(shè)計(jì)思路如圖3所?，伸出鋼絲繩預(yù)緊??小不僅需要使鋼絲繩懸垂量在合理范圍，而且需保障鋼絲繩僅在預(yù)緊?作?時(shí)，能抵抗鋼絲繩受?后產(chǎn)?的反向?矩，防?鋼絲繩固定螺?松弛[6]。伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)臂筒內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)尺?，鋼絲繩最?允許懸垂量被限定，利?懸鏈線理論可研究鋼絲繩的張緊?、下垂量和弦距等重要參數(shù)，當(dāng)鋼絲繩下垂量已知，即可求出兩端的預(yù)緊?[7-8]。

（10）

（11）

式中，F(xiàn) 為?節(jié)臂前下滑塊?撐?，N;F 為三節(jié)臂后上 N 1 N 2滑塊?撐?，N;F 為?作?、?臂和曲臂上的?轉(zhuǎn)化到 三臂鉸點(diǎn)處的?，N;M 為?作?、?臂和曲臂上的?轉(zhuǎn) 化到三臂鉸點(diǎn)處的?矩，N·m;G 為三臂及附件的重量， 3kg;θ為主臂變幅?度，（°）。

（12）

式中，μ為滑塊與臂架間的摩擦因數(shù)，有潤(rùn)滑。將公式（10）、公式（11）代?公式（12）中即可求出三臂與?臂之間總摩擦?f。3

采?隔離法對(duì)三臂受?分析，如圖7所?，沿臂架伸縮?向建?平衡?程，圖7a為臂架伸出時(shí)三臂受?情況，可求出伸出鋼絲繩所受的?F ：

（ 13）

圖7b為臂架回收時(shí)三臂受?情況，摩擦?的?向與伸出時(shí)?向相反，可求出回拉鋼絲繩所受的?F ：

（ 14）

式中，G 為三節(jié)臂重量（含?作?、?臂、曲臂及其附件），kg。

根據(jù)公式（13）和公式（14），可分別算出伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩所需的螺桿預(yù)緊?。

在滿?鋼絲繩允許承載安全系數(shù)的前提下，對(duì)于伸出鋼絲繩而?，選擇施加的預(yù)緊?必須同時(shí)滿??平狀態(tài)時(shí)下垂量要求和螺桿擰緊?矩要求，故實(shí)際施加預(yù)緊?的?小應(yīng)是?者間的較?值。

2.2 回拉鋼絲繩預(yù)緊?調(diào)節(jié)?法

回拉鋼絲繩預(yù)緊?調(diào)節(jié)?法如圖8所?，與伸出鋼絲繩不同，回拉鋼絲繩所需預(yù)緊??小除考慮其在?平?況預(yù)緊??小與抵抗鋼絲繩受?后產(chǎn)?的反向?矩外，還需要考慮其在變幅過(guò)程中，鋼絲繩所需的最小預(yù)緊?。

?平?況下下鋼絲繩所需預(yù)緊?F 、根據(jù)螺桿擰緊 1?矩計(jì)算預(yù)緊?F 的計(jì)算?法與伸出鋼絲繩的相同，變 幅后臂架伸出時(shí)的預(yù)緊?F 計(jì)算?法如下。

假設(shè)伸出鏈條的彈性模量為K ，回拉鋼絲繩的彈性2模量為K ，在不考慮摩擦?的情況下，伸出鋼絲繩的伸縮1變化量與回拉鋼絲繩的伸縮變化量相等，因此鋼絲繩系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型如圖9所?，F(xiàn) 表??平狀態(tài)伸出鋼絲繩初 伸始預(yù)緊?，F(xiàn) 表??平狀態(tài)回拉鋼絲繩初始預(yù)緊?。

建?伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩之間預(yù)緊?的關(guān)系?程如下： （15）

（16）

其中，M為臂架質(zhì)量，kg;θ為臂架變幅?度，°;F 為 變幅后伸出鋼絲繩初始預(yù)緊?，N; 為變幅后回拉鋼絲繩初始預(yù)緊?，N。

由于?者伸縮變化量相等，可得出： （17）

由此可得，回拉鋼絲繩受?變化量ΔS如下： （18）

從而可得回拉鋼絲繩?平狀態(tài)初始預(yù)緊?與變幅后初始預(yù)緊?之間的關(guān)系： （19）

由公式（19）可知變幅?度和回拉鋼絲繩預(yù)緊?之間的關(guān)系，當(dāng)變幅?度增?時(shí)，鋼絲繩下垂最低點(diǎn)會(huì)朝向低固定端移動(dòng)，因此需計(jì)算此時(shí)鋼絲繩下垂量是否滿?設(shè)計(jì)要求。

鋼絲繩變幅狀態(tài)下懸鏈線?意圖如圖10所?，圖中C、D分別代表鋼絲繩?端固定點(diǎn)及另?端槽輪位置，將坐標(biāo)系y軸固定在C點(diǎn)，x軸垂直于y軸平?于?平?。C點(diǎn)坐標(biāo)為，D點(diǎn)坐標(biāo)為y ，計(jì)算如下：

（20）

（21）

（22）

（23）

式中，α為懸鏈線在D點(diǎn)的切線與?平?向的夾?，（°）;θ為臂架變幅夾?，（°）。

假設(shè)此時(shí)下垂最低點(diǎn)的坐標(biāo)為（x ，y ），經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的切 k k線斜率與C、D點(diǎn)連線的斜率相等，由此可得：

（24）

由公式（24）求出x ，將x 代?公式（1）求出y 。

k k k則點(diǎn)（x ，y ），到C、D點(diǎn)連線的距離計(jì)算如下：

（25）

由此可判斷距離d是否滿?設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于回拉鋼絲繩而?，在滿?鋼絲繩允許承載安全系數(shù)的前提下，選擇施加的預(yù)緊?必須同時(shí)滿?三個(gè)??的要求，故實(shí)際施加預(yù)緊?的?小應(yīng)是三者間取最?值。

3 結(jié)語(yǔ)

本?以三節(jié)伸縮臂架的登?平臺(tái)消防?為例，從理論設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)?的?度分析鋼絲繩受?情況，在滿?鋼絲繩允許承載安全系數(shù)的前提下，伸出鋼絲繩的預(yù)緊?需同時(shí)滿?下垂量要求和螺桿擰緊?矩要求，而回拉鋼絲繩則需滿??平狀態(tài)和變幅狀態(tài)時(shí)下垂量要求，以及螺桿擰緊?矩要求。針對(duì)伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩提出不同的預(yù)緊調(diào)節(jié)?法，并推導(dǎo)出不同預(yù)緊?的求算?法，為舉?消防?伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)裝配提供了理論依據(jù)。

參考?獻(xiàn)：

[1] ?鵬?，劉志斌，徐國(guó)榮，等.登?平臺(tái)消防?臂架伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].制造業(yè)?動(dòng)化，2011， 33（20）：123-127.

[2] 李爽.登?平臺(tái)消防?多級(jí)油缸鏈條優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].?連：?連理??學(xué)， 2013.

[3] ?鵬?，吳攀攀，徐國(guó)榮，等.舉升類臂架伸縮機(jī)構(gòu)分析與研究[J].機(jī)械制造，2012（9）：20-21.

[4] 張玖.多級(jí)伸縮臂油缸鋼絲繩同步伸縮結(jié)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)特性研究[D].哈爾濱：哈爾濱?業(yè)?學(xué)，2009.

[5] 吳義成.伸縮機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)電?程技術(shù)，2013（9）：115-117.

[6] 程建?.?空作業(yè)?臂架伸縮機(jī)構(gòu)受?分析[J].建筑機(jī)械，2016（10）：80-83+74.

[7] 韓中成.單臂架起重機(jī)鋼絲繩下垂量計(jì)算分析[J].港口卸裝，2018（1）：26-28.

[8] 邢富沖.懸鏈線弛垂度的計(jì)算?法[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2004，34（11）：98-101.

[9] 孟令銳.登?平臺(tái)消防?臂架結(jié)構(gòu)分析與研究[D].?春：吉林?學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：周敏，男，1987年?，?程師，研究?向?yàn)橄?輛設(shè)計(jì)開發(fā)。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB