基于啟閉機卷筒、擋圈的加工設(shè)備改進(jìn)設(shè)計

張浩浩

摘 要：為適應(yīng)國內(nèi)、外大型水電站起重設(shè)備的需要，特專門設(shè)計了一種新型、大型折線卷筒和擋圈，其特點是可以反復(fù)纏繞鋼絲繩，避免了傳統(tǒng)卷筒只纏繞一層鋼絲繩，起吊高度、重量受限制等缺陷。為大型水電站起重機操作更加靈活、方便、可靠、安全打下了基礎(chǔ)。這里主要介紹大型折線卷筒、折線擋圈在起重設(shè)備中的應(yīng)用及其特點，并在普通車床上加工折線卷筒，在數(shù)控3米立車加工折線擋圈的方法和改裝的裝置。

關(guān)鍵詞：折線卷筒折線繩槽折線擋圈起重機啟閉機

1 折線卷筒、折線繩槽

卷筒基本有兩種繩槽形式，一種是螺旋式，另一種是折線繩槽式。螺旋式繩槽就像一條螺旋線，或者像螺栓的螺紋線。螺旋式繩槽有助于引導(dǎo)鋼絲繩整齊地卷繞在卷筒上，避免鋼絲繩的損壞。然而，這種幾何形狀繩槽的問題是，當(dāng)鋼絲繩到達(dá)卷筒的一端時，雖然第一層能夠整齊地卷繞在整個卷筒上，但不能引導(dǎo)第二層鋼絲繩沿著卷筒整齊地繞回。折線繩槽式是在卷筒的每一周范圍內(nèi)，有大約75%-80%的繩槽為直線段，其余少部分為導(dǎo)向繩槽。折線繩槽的導(dǎo)向繩槽和直繩槽交替出現(xiàn)，這樣在卷筒表面上就出現(xiàn)了兩個導(dǎo)向繩槽區(qū)和兩個直繩槽區(qū)。所謂導(dǎo)向繩槽，是指與卷筒母線斜交的繩槽，主要起導(dǎo)向作用。直繩槽是指與卷筒母線直交或與法蘭平行的繩槽。導(dǎo)向繩槽約占圓周長的20%，直繩槽約占80%。

實踐證明，使用了折線卷筒大大延長了鋼絲繩的壽命，避免鋼絲繩的磨損、變形、損壞就是提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性，增加了設(shè)備的運行時間和保障施工人員的生命安全等優(yōu)越性。折線繩槽卷筒的缺點在于，它比較復(fù)雜，加工難度大許，對加工的技術(shù)人員的技術(shù)要求較高，比螺旋繩槽卷筒的價格貴一點。然而，這額外的費用因節(jié)省鋼絲繩而很快地得到補償，因為鋼絲繩價格較貴，并且更換新的鋼絲繩也占用了成本和生產(chǎn)時間。

折線繩槽卷筒的眾多工作條件中，其中最為重要的就是選擇合適的鋼絲繩的偏角，它是鋼絲繩從卷筒到第一個固定滑輪之間的角度，一般來講，這個偏角的取值在0.5°-1.5°之間。而最佳偏角還與鋼絲繩索承受的載荷、鋼絲繩的結(jié)構(gòu)以及提升重物的速度三個因素有關(guān)。卷筒距離滑輪每10m，鋼絲繩距離卷筒中點的距離不應(yīng)大于260mm（兩法蘭之間為520mm）。若使用螺旋繩槽的卷筒，偏角則可達(dá)30°，因為繩槽與擋圈就有一個角度，只卷繞一層鋼絲繩問題不大。而對于在卷筒上只需要一層鋼絲繩的作業(yè)來講，螺旋繩槽通常是最好的選擇。

2 加工折線繩槽的設(shè)備改造

普通的車床在加工時只會做連續(xù)的運動，只能加工螺旋繩槽，因此加工折線繩槽時只能把車床進(jìn)行改造。經(jīng)過多次實驗而發(fā)明了一套附加裝置，可使大拖板進(jìn)行間歇的縱向運動，因而使卷筒所有外圓折線、折點、繩槽、有效螺距展開長度尺寸，全部半自動完成，創(chuàng)新了該類工件繩槽的加工方法，使螺旋折線繩槽的加工效率和質(zhì)量大為提高。

具體方法如下：在車床掛輪箱中的三星齒輪部分加裝一個牙嵌式離合器，這個牙嵌離合器由一個接近開關(guān)和繼電器的通電、斷電的過程帶動。接近開關(guān)安裝在卡盤附近，并在卡盤上安裝兩個經(jīng)過計算的圓弧鐵條，而圓弧鐵條就安裝在卡盤的反面的邊緣。當(dāng)安裝鐵條的卡盤旋轉(zhuǎn)到接近開關(guān)的位置時，接近開關(guān)動作在開的狀態(tài)通過一個繼電器而使牙嵌離合器通電產(chǎn)生吸力而嚙合，從而帶動車床絲桿的旋轉(zhuǎn)帶動大拖板的縱向運動，就可加工出卷筒的導(dǎo)向繩槽部分。而當(dāng)未安裝鐵條的卡盤部分旋轉(zhuǎn)到接近開關(guān)的位置時，接近開關(guān)就會處于閉的狀態(tài)而使牙嵌離合器斷電，牙嵌離合器中的彈簧就會把嚙合的齒部脫開，因而車床絲桿的不做旋轉(zhuǎn)運動，車床的大拖板停留在原地，從而加工出繩槽的直線段。

3 加工折線繩槽的刀具參數(shù)選擇

刀具前角的選擇：通過實際加工經(jīng)驗，刀具前角最好在15°至30°。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切削流經(jīng)前刀面時的摩擦阻力，從而減小了切削力、切削熱和功率。但前角過大則可能導(dǎo)致崩刃。前角過小，則增大切削變形，易于脆化斷裂。

刀具后角的選擇：在實際加工過程中粗加工要求切削刃強固，從而避免或減小刀具的震動，后角應(yīng)取較小值，取值6°-8°。在精加工時，提高刀具的耐用度和工件的加工表面質(zhì)量，有增大后角，取16°左右。

刀具主偏角的選擇：在切削深度和進(jìn)給量一定的情況，主偏角增大時，切削深度則減??；在切削厚度增大，切削刃單位長度上的負(fù)荷也隨之增大。當(dāng)?shù)度袌A弧半徑為零時，則減小主切削力和吃刀抗力，增大走刃抗力。當(dāng)槽深尺寸為16至19毫米時，主偏角應(yīng)取值在75°左右。

4 折線擋圈

折線擋圈就是在一法蘭側(cè)面加了類似于折線卷筒導(dǎo)向槽和直線槽，且有緩坡度導(dǎo)層坡將鋼絲繩爬向第二層或更多層，防止鋼絲繩亂繞的卷筒部件。由于該部件組成部件復(fù)雜，加工難度大，在原有普車上加工單個折線擋圈很困難?？刹僮餍圆睿考庸ぜ夹g(shù)工人很難控制，加工工期至少七個臺班。更重要的是該部件有一導(dǎo)層坡，全部是由工人進(jìn)、退大拖板加工而成，消耗了加工人員的大量體力。針對這些問題，領(lǐng)導(dǎo)與技術(shù)部門改裝了原有的三米立車。

5 加工設(shè)備的改造及加工特點

加工設(shè)備選擇三米數(shù)控立車，在與西門子公司協(xié)商下，安裝一套西門子公司的802D軟件系統(tǒng)，并共同對立車進(jìn)行了改裝。以施工圖為例以擋圈為例，爬坡分幾種情況：Z軸方向爬坡，兩軸一起爬坡。每一種情況都需要單獨處理。先在工件特殊位置安裝3-5個生產(chǎn)開關(guān)信號的金屬塊，用以標(biāo)志特殊的幾何軸產(chǎn)生進(jìn)給位移的區(qū)間，如0-54°、180°-234°等，再在工作臺邊緣底部安裝兩個可以輸出到PLC開關(guān)量信號的接近開關(guān)，一個用作給金屬塊計數(shù)，一個用作給計數(shù)器清零。在不同的角度區(qū)間，通過PLC計數(shù)當(dāng)前值給出幾何軸點動指令，使“自動”進(jìn)給的動作產(chǎn)生。為了使主軸每一轉(zhuǎn)周而復(fù)始的運行，還需要找到一個合適的區(qū)間，讓刀具回到起始位置。如果主軸負(fù)載變化造成的轉(zhuǎn)速擾動不大，可以認(rèn)為主軸轉(zhuǎn)速基本不變，那么只要設(shè)定好合適的軸速度，就可以使刀具在指定的角度區(qū)間（如54度內(nèi)）爬坡方向位移達(dá)到圖紙的要求（如29mm）。

具體操作和施工步驟：

（1）在加工件特殊角度對應(yīng)的工作臺位置安裝小金屬塊，從上圖可以看出，有2個爬坡區(qū)間，兩個區(qū)間并不相鄰（即它們都有各自的起止位置，且不重合），因此需要安裝4個金屬塊，即圖中的4#、5#、2#、和3#金屬塊。

（2）可以發(fā)現(xiàn)每次在這2個區(qū)間都是一個方向爬坡（向上），為了能讓刀尖回到起點，需要在72°位置安裝1#金屬塊，這樣72°和180°之間正好是108°，也就是2×54°。

（3）為了爬坡和下坡兩個方向的動作周而復(fù)始，安裝0#金屬塊用來生產(chǎn)清零信號，位置在54°與72°之間。經(jīng)過一段時間加工最終會產(chǎn)生折線區(qū)和直線區(qū)，也就是卷筒上的導(dǎo)向槽和直線槽，裝配時要對齊。

6 結(jié)束語

通過以上設(shè)備的改裝，加工折線擋圈比普通車床要快許多。并且全部加工都將是自動完成。這樣不但效率提高了，而且節(jié)省了技術(shù)工人的大量體力，更重要的是加工完的折線擋圈完全達(dá)到圖紙各部分尺寸要求。

折線卷筒和折線擋圈加工完畢后，將它們組裝起來，并配合機架進(jìn)行試車。經(jīng)過多次試驗及產(chǎn)品的使用效果，合格率為99%，完全達(dá)到業(yè)主要求和好評。