| 标题 | 钢丝绳自动托盘系统 |
| 范文 | 覃文龙 【摘 要】钢丝绳作为工程承载的关键构件，应用广泛，在其长期作业过程中会出现损伤，需要更换。论文结合笔者多年工作经验提出了几点问题以及应对措施，以供借鉴。 【Abstract】As a key component of the engineering load， the steel wire rope is widely used ，and it needs to be replaced when it is damaged during the long-term operation .Based on years of experiences， the author puts forward a few problems and countermeasures， for reference. 【關键词】钢丝绳；自动托盘 ；系统 【Keywords】wire rope；automatic tray； system 【中图分类号】TG333.3 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0168-02 1 设计背景 石湖山码头为散货码头，拥有多台大型起重机，而大型起重机在使用过程中需要定期更换钢丝绳，所以我们每年要进行大量的钢丝绳更换作业。现有的更换工艺为：把一卷待换的新钢丝绳竖直放于地上，再将新钢丝绳与旧钢丝绳对接焊好，最后利用旧钢丝绳把卷筒上的新绳从缠绕的轴线方向拉出，并依次替换旧的钢丝绳。 在多年的作业过程中，我们发现并总结了如下问题： ①作业的危险系数大，特别是负责放绳的作业人员很容易受伤。 ②受更换工艺和辅助设备的限制，钢丝绳只能从缠绕的轴线方向拉出，致使钢丝绳缠绕的残余扭转应力随着拉出长度的增加而逐步累积，并频繁地造成钢丝绳的扭曲变形，甚至发生打结等情况，这样既增加了作业的危险性，又对钢丝绳的使用寿命产生了不良影响。 ③负责放绳的作业人员与起重机司机难以协调一致。 ④为了照顾放绳人员，新钢丝绳的拉出速度被限制在了极低的范围内，作业效率大大降低。 ⑤一旦发生钢丝绳打结事件，更换作业将被迫终止，并需要花费大量的时间和人力进行修复，有时甚至需要近10个人花费半天的时间才能修复完毕。 ⑥一旦新旧钢丝绳的对接焊缝出现问题，钢丝绳将极有可能从起重机上滑落，而负责放绳的人员就会面临被高空滑落的钢丝绳砸伤的危险（此事故发生过一次，若下方作业人员逃跑不及时，那么后果将不堪设想，所以下方作业需尽力实现无人化、自动化）。 通过对以上问题的论证分析，我们提出了以下设想，即通过改进现有工艺，设计一款可以实现自动放绳的新型工具系统。此系统需达到如下要求： ①在结构强度和受力方面要能满足最大工况下的使用条件，即在新钢丝绳最重为7.5吨以及起重机最大拉出速度为55米/分钟时要工作稳定。 ②增加一个可以自由转动的转盘来释放新钢丝绳缠绕的残余应力。 ③增设刹车系统，并要满足从最大速度到完全刹住的行程不超过1米。 ④托盘占位位置的容错率要大，避免出现角度过大而卡死的现象。 ⑤整套系统尽量实现无人化、自动化。在钢丝绳拉出时能自动打开刹车放绳，停止拉出时能迅速抱紧刹车，避免因惯性而放出过量绳子。 ⑥尽量使用现有的材料和设备加工，降低制造和维护费用。 基于以上要求，我们经过反复计算与修改，最终设计出了此套钢丝绳自动托盘系统。 2 原理及主要技术细节 此钢丝绳自动托盘系统由两大部分构成，即旋转托盘和刹车系统。其主要设计难点为卷盘强度和制造成本的平衡，易维护制造，易操作性的设计以及刹车系统自动化设计。 2.1 旋转托盘 顾名思义，此部分原理为在原固定底座上增加一个可以自由转动的托盘，当钢丝绳拉出时，可以通过托盘的自由转动来消除钢丝绳缠绕的残余应力。同时，为了节约成本，我们在设计时采用了大量成熟的技术和工业产品，并辅以小细节的创新来大幅提高其使用和维护的方便性，其主要技术细节有： ①以使用公司的现有材料为原则，通过反复计算校核，确定了下底座采用250mm工字钢，上托盘采用180mm槽钢，从而焊接成型的总体方案，并在关键部位加焊加强筋来保证使用强度，这样就在制造成本和设计强度上取得了比较理想的平衡。 ②考虑到实际使用时，转轴不可避免地会承受偏心力矩和翻转力矩，所以我们采用两个圆锥滚子轴承对装的形式来改善其受力情况，从而提高运行稳定性。 ③为保护高成本，难加工的底座结构，在轴承与底座腔体中间增设一个材料强度介于两者之间的隔套作为易损件。 ④以易维护为目标，把底座设计成通腔的形式，并在易损件上设置维修槽、顶升阶梯等，以方便更换易损件。 ⑤上托盘边上增设带螺纹孔的简易调节板，通过调节螺栓来对钢丝绳卷筒进行对中和固定。 2.2 刹车系统 刹车系统是该系统设计的重点，要求其既要简单耐用，又要实现自动化、无人化。在对整个更换工艺进行分析后，我们发现钢丝绳拉出后会由水平改为垂直，此时拉力会产生向上的分力，我们可以利用这个特点，即用钢丝绳自己的拉力驱动刹车，从而实现刹车的自动化。其主要的技术细节有： ①在钢丝绳转弯处设置小滑轮作为取力机构，把钢丝绳拉力变为刹车打开力矩。 ②通过对最高工况计算可知，要实现1米内刹住托盘，最恶劣情况下需要4000N刹车力矩，这已经超过钢丝绳的许用弯折应力，所以我们在刹车片与取力机构间增设一个1：6的杠杆，从而使刹车的打开力矩控制在700N之内，这样既满足了许用弯折应力的要求，又降低了对刹车弹簧的要求。 ③在取力小滑轮与刹车杠杆之间增设柔性连接段，以实现在较大角度偏差的情况下仍可以可靠取力，这就大幅提高了托盘占位位置的容错率。 ④刹车弹簧采用弹簧与花篮螺丝串联的结构形式，既简单可靠，大幅降低了制造成本，又调节简便，可以在现场根据需要快速调节刹车力矩。 综上所述，该钢丝绳自动托盘的总体原理示意图如下： 3 使用效果及存在的问题 这套设备已经在我司投入使用，并取得了良好的使用效果。与老工艺相比，使用托盘系统更换钢丝绳时，首先可以减少30%的操作人员，最重要的是把人从高危工况中解放出来，大大提高了更换作业的安全性；其次由于实现了自动放绳，钢丝绳拉出的速度可以大幅提高，最终使得更换钢丝绳的总时间减少20%～30%，效率提升明显；最后，托盘的旋转有效释放了钢丝绳缠绕的残余应力，这也相应地提高了新更换钢丝绳的使用寿命。 |
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