起重機(jī)鋼絲繩擺幅及有效干涉策略研究

袁文亮 李先陽(yáng)

摘 要：鋼絲繩是起重機(jī)上的重要裝置，在起吊重物時(shí)，主要采用鋼絲繩來(lái)承受載荷。但在起重機(jī)作業(yè)過(guò)程中，隨著起重機(jī)大小車的啟動(dòng)和停止，鋼絲繩受到自身、吊鉤或重物慣性載荷作用，會(huì)產(chǎn)生一定的擺幅，過(guò)大的擺幅不僅會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩與其他部件干涉，也會(huì)影響起重機(jī)的安全工作。本文先分析了起重機(jī)鋼絲繩的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)其有效干涉策略進(jìn)行了研究，一共參考。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；鋼絲繩；擺幅；干涉對(duì)策

1 起重機(jī)鋼絲繩及擺幅概述

1.1 起重機(jī)鋼絲繩

鋼絲繩的優(yōu)勢(shì)比較顯著，不僅具有高強(qiáng)度、高韌性，而且自重比較輕、伸展性良好，在起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，能夠保持良好的平穩(wěn)性能，同時(shí)，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，還具有低噪聲、高吸震性、良好的轉(zhuǎn)向性等優(yōu)點(diǎn)，并且驟然斷裂情況也較少[2]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，鋼絲繩在起重機(jī)械、電梯、索道、纜車、礦用提升機(jī)、石油鉆井等機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)成為最常用的撓性構(gòu)件[3]。鋼絲繩將電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為起吊重物的直線運(yùn)動(dòng)，由于起重機(jī)用鋼絲繩自身結(jié)構(gòu)、實(shí)際工況、運(yùn)動(dòng)過(guò)程及受力狀況非常復(fù)雜，在多種因素的共同作用下，會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)各種問(wèn)題，如擺動(dòng)甚至失效等。

1.2 鋼絲繩擺幅

鋼絲繩為不能伸長(zhǎng)而可完全彎曲的線，鋼絲繩自重在起升機(jī)構(gòu)中可以忽略不計(jì)，鋼絲繩懸掛點(diǎn)狀重物，擺動(dòng)時(shí)可做無(wú)摩擦的自由振動(dòng)。因此，可以認(rèn)為鋼絲繩纏繞系統(tǒng)接近單擺模型，可以看作為單擺?，F(xiàn)在很多起重機(jī)電控制造商已經(jīng)采用單擺原理設(shè)計(jì)了起重機(jī)防搖擺程序，達(dá)到了很好的效果，更進(jìn)一步說(shuō)明，單擺模型與鋼絲繩纏繞系統(tǒng)模型的一致性。單擺即由一無(wú)質(zhì)量的不能伸長(zhǎng)但可完全彎曲的線懸掛點(diǎn)質(zhì)量狀組成的理想擺，可做無(wú)摩擦的自由振動(dòng)，由不可伸長(zhǎng)的細(xì)柔繩一端懸于重力場(chǎng)內(nèi)一定點(diǎn)，另一端固結(jié)一個(gè)重力小球，就構(gòu)成單擺。若小球只限于鉛直平面內(nèi)的擺動(dòng)，則為平面單擺，若小球擺動(dòng)不限于鉛直平面，則為球面單擺。重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程為靜止-加速-勻速-減速-停止，這個(gè)過(guò)程中加速和減速改變了物體的慣性狀態(tài)，它是由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)作用來(lái)完成的。

2 起重機(jī)鋼絲繩擺幅有效干涉策略

起重機(jī)啟動(dòng)時(shí)間與啟動(dòng)平均加速度計(jì)算方法如下：

1）起重機(jī)在滿載、上坡、迎風(fēng)運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算。起重機(jī)在滿載、上坡、迎風(fēng)運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間按式（1）計(jì)算：

式中：n為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min；k為其他傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的影響系數(shù)，k=1.05-1.20；J1為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg/m2；J2為電動(dòng)機(jī)軸上制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg/m2；m為電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；J&apos；3為做平移運(yùn)動(dòng)的全部質(zhì)量的慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸

上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， ，其中，m為起重機(jī)的總起升質(zhì)

量，kg；mi為起重機(jī)或小車的質(zhì)量，kg；D為車輪踏面直徑，m；i為由電動(dòng)機(jī)軸到車輪的機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比）；η為運(yùn)行機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率；Mdq為電動(dòng)機(jī)平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，其中，λAS為電動(dòng)機(jī)平均啟動(dòng)

轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，其值見(jiàn)表1；Mn為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N·m）；Mdj為滿載、上坡、迎風(fēng)時(shí)作用于電動(dòng)機(jī)軸上的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行阻力矩， 其

中，Pj為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行阻力，N）。

2）啟動(dòng)平均加速度的計(jì)算。啟動(dòng)平均加速度按式（2）計(jì)算。

3）將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）、式（2）可以計(jì)算出啟動(dòng)平均加速度，根據(jù)力的平衡原理，可以計(jì)算出在水平運(yùn)行加速度下，鋼絲繩的擺角以及鋼絲繩在不同位置的擺幅。

（3）

4）能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體上，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。這就是能量守恒定律。吊鉤由靜止?fàn)顟B(tài)加速后若不再加速，其穩(wěn)定運(yùn)行速度產(chǎn)生的擺角幾何關(guān)系如下：

第一，根據(jù)此定律我們可以將單擺的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，可以由下述公式體現(xiàn)：

單擺的動(dòng)能：1/2mv2

單擺的勢(shì)能：mph

依據(jù)機(jī)械能守恒定律，可以確定mph=1/2mvZ，約去質(zhì)量m，公式為 。

第二，依據(jù)正多邊形的園內(nèi)切、外接時(shí)，其幾何尺寸可以確定擺幅尺寸與擺角的關(guān)系如下：

通過(guò)以上力的平衡和幾何關(guān)系公式推導(dǎo)，以上理論推導(dǎo)和計(jì)算方法是正確的，適用于吊鉤擺幅計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，起重機(jī)吊鉤在啟制動(dòng)時(shí)的偏擺角度與吊鉤所在的位置無(wú)關(guān)，與起升高度無(wú)關(guān)，只與加速度有關(guān)，隨著加速度的增大而增大；隨著鋼絲繩長(zhǎng)度的增加，在固定加速度的情況下，吊鉤或重物的擺幅會(huì)越來(lái)越大。因此，在計(jì)算鋼絲繩的干涉情況時(shí)，要繪制出鋼絲繩的偏擺角度進(jìn)行干涉檢查。采用以上方法和公式進(jìn)行鋼絲繩干涉檢查，可以解決鋼絲繩干涉問(wèn)題，為設(shè)計(jì)人員解決此類問(wèn)題帶來(lái)快速便捷的辦法，減少設(shè)計(jì)失誤和錯(cuò)誤，避免后期發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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