门座起重机变幅机构两级制动设计计算

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Vol.23No.4August门座起重幅机构两级制动的设计计郭燕(交通科技大学港口机械工 430063):分析了变幅机构动能在变幅制动过程中的变化规律,导出机构运动速度随制动时间变化的关系,以及两级制动总制动时间与各级制动力矩的关系式,进而确定变幅机构两级制动的设计计算准:两级制动;变幅机构;门座起重中图法分类号:TH213.制动时,

统的动能显然也是逐渐减小的.对于四连杆臂架的门座起重机,E主要由臂架、E=1[G(1L2+l2)2+G(1L2+l2)2作状态及非工作状态均能可靠地制动,

b

x12 动平稳的要求.近年来,在门座起重机的变幅机

1GlL22+GdL2 (中,多采用两级制动,以获得较好的制动效果.

l d进行制动,制动力矩较大的第二级制动器作为工作制动,它滞后于第一级制动器1～3s后动作在以往的两级制动计算中仅保证两级制动力动阻力矩,而未考虑第一级制动器作用若干时间后系统动能的降低,因而对制动力矩的确定与分配具有一定的盲目性;时间的确定未考虑对机构总制动时间的要求以及机构阻力的变化情况而具有一定的经验性;对总

式中:Gb,Gx,Gd分别为臂架、象鼻梁、大拉杆和活杆的长度;Ld为活对重至平衡点的距离;lb为臂架重心至其下铰点的距离;lx为象鼻梁重心至其转动瞬心的距离;o,,d分别为臂架、大拉;x为缸以下分析以齿条为例)的移动速vZ作图(见图1)求出:制动时间的校核亦无正确可靠的计算公式针对上述缺陷,本文将从变幅制动过程分析入手,确定

lEHvolEKoL L在各级制动过程中 臂架系统动能、机构运行 l= o=lAPlEKlOHvxl LblBPxl

(系,进而建立两级制动设计计算原则 O1=l

Lll lAPEKOH臂架系统动能的变化及惯性阻力

lOClD d lO1Dd

lOClDFlEHvlO1lCFlEK的确 则臂架系统动能可表示E 1GZv (当变幅机构制动时,机构各运动部件的速 收稿日期99906郭燕女,37岁,讲将逐渐降低,直收稿日期99906郭燕女,37岁,讲第4 燕等:门座起 幅机构两级制动的设计计 式中:GZ为臂架系统折算到齿条上的重量,可由式(1),(2)所确定.该折算重量虽然与臂架的幅度位置有关,但由于在制动过程中,臂架系统动能的

MZ1,MjWg转换到制动轮轴上的力矩的共同作用下,制动轮从稳定运动的角速度在延时tZ后变化到1,由定理可知:变化主要由速度降低所引起,因此在计算中可按若干幅度位置折算重量的平均值确定GZ值.在变幅制动过程中,齿条的运动可按匀

-Mj-Wg×i

×=J

11( 运动考虑.根据功能原理,t0t1的制动时间内,系统惯性所引起的齿条力Wg所作的功等于系统动能的变化vZ0vZ1分别为对应时间t0,t Wg×2(vZ0+vZ1)(t1-t0)=2gGZ(vZ0-vZ1

式中:rC为小齿轮半径;i,为小齿轮轴至制动轮轴的传动比与传动效率;J为传动装置中的回转部件折算到制动轮轴上的转动惯量,当制动器装于机构高速轴上时,Jg的1.设齿条稳定运动速度为vZ,对应的齿条速度由上式即可确定变幅制动过程中的惯性阻力 为vZ.以t0=0作为时间起点,则由式(4)可得 vZ-v Wg × 一级制动过程中的惯性力矩gt1-t

Wg

GZg

vZ-v1

Gz=g=

t

×ri(将式(6)代入式(5),从而确定第一级制动结束时 (1

(MZ-Mj)×GZ×r2C×+1.15× M Z滞后于第一M2t1Z后作用于机构在两级制动器的共同作用下,机构在tZ2时被完全制动.对此过程进行与图 求解各部件转动角速度的计算简 1 (MZ1+MZ2-Mj)×tZ

(GZ×

×+1.15×两级制动过程中机构的速度与制

联立式(7),(8)可确定第二级制动时间与两级制r2tZ2r2变幅机构的两级制动器是分级作用的.

(GZ×

×+1.15×JG (M Mj)×一级制动过程中,当机构的制动阻力较大时,该程结束后机构并未被完全制动.的末了状态和第二级制动的初始状态,分析第一级制动结束后机构的速度以及制动时间与两级制

(MZ1+M Mj

(动力矩的关系,是合理确定两级制动设计准则的

Mj,阻力矩;货物不完全水平位移所引起的变幅阻力矩;货物偏摆所引起的变幅阻力矩;风载荷所引起的变幅阻力矩;臂架系统中的摩擦引起的变幅阻力矩,力矩由于有利于制动而应取负值.取制动轮或制动盘进行分析,在第一级制动器的制

确定两级制动器制动力矩与延时时间的第一级制动器的主要作用是保证制动平稳,的振动,其制动力矩的确定应使在工作状态正常载荷下制动时间适中,可按在2.5～3.5s时间内将机构制动作为初选.设第Ⅰ类载荷组合换算到制动轮轴上的静力矩为MJI,则第一级制动器的 交通科技大学学 1999年第232

再对工作状态最大载荷作用时的总制动时MZ=

+(GZ×rC×+1.15×J)

∑tZ t(

∑tZ=tZ1(GZ×rC2×+1.15×J) (M MJ)×确定MZ1后应验算在无风无吊重的载荷状态下的1制动时间不宜过短.设仅由臂架系统自重的不平MJN,对应该状态的制动时间tZN应满足下式,否则应对MZ1进行调整.1

(MZ+M M ≤5～6 (或取∑tZ=5～6s按下式确定第一级制动的作MZ1+MZ2-MJtZ1N=

)MZ1-MJ

tZ1

×∑tZ ×

×+1.15×J) ((g×i2+1.15×JG)≥1～1.15

(

i 多台门座起重幅机构的设计实践表明下均能使变幅机构可靠地制动,且在工作状态最大载荷时总制动时间不宜过长.第二级制动器制制动阻力时的安全制动要求,并留有一定的裕量.设第Ⅱ,Ⅲ类载荷组合换算到制动轮轴上的最大

上述设计准则是较为合理的.本文所建立的有关 .港口起重机.大连:大连海事大学 静力矩为MJ,MI,则 1995. MZ2>1.25MJⅡ-MMZ≥1.15MI- (

,.起重机设计计算.:科学技术,1989.412～422DesignandCalculationofTwo-stagedBrakingfortheLuffingMechanismofaPortalCraneGuo Li(DepartmentofPortMachineryEngineering,WTU,WuhanInthispaper,theregulationthattheluffingmechanismskineticenergyvariesintheprocessofluffingbrakinghasbeenyzed.Therelationshipthatthespeedofthemechanismvarieswithbrak-ingtimehasbeeninferred.Italsodeducesaequationabou