基于啟閉機卷筒、擋圈的加工設備改進設計

張浩浩

摘 要：為適應國內、外大型水電站起重設備的需要，特專門設計了一種新型、大型折線卷筒和擋圈，其特點是可以反復纏繞鋼絲繩，避免了傳統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。這里主要介紹大型折線卷筒、折線擋圈在起重設備中的應用及其特點，并在普通車床上加工折線卷筒，在數控3米立車加工折線擋圈的方法和改裝的裝置。

關鍵詞：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，當鋼絲繩到達卷筒的一端時，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，有大約75%-80%的繩槽為直線段，其余少部分為導向繩槽。折線繩槽的導向繩槽和直繩槽交替出現，這樣在卷筒表面上就出現了兩個導向繩槽區和兩個直繩槽區。所謂導向繩槽，是指與卷筒母線斜交的繩槽，主要起導向作用。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、損壞就是提高生產效率和生產安全性，增加了設備的運行時間和保障施工人員的生命安全等優越性。折線繩槽卷筒的缺點在于，它比較復雜，加工難度大許，對加工的技術人員的技術要求較高，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、鋼絲繩的結構以及提升重物的速度三個因素有關。卷筒距離滑輪每10m，鋼絲繩距離卷筒中點的距離不應大于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來講，螺旋繩槽通常是最好的選擇。

2 加工折線繩槽的設備改造

普通的車床在加工時只會做連續的運動，只能加工螺旋繩槽，因此加工折線繩槽時只能把車床進行改造。經過多次實驗而發明了一套附加裝置，可使大拖板進行間歇的縱向運動，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和繼電器的通電、斷電的過程帶動。接近開關安裝在卡盤附近，并在卡盤上安裝兩個經過計算的圓弧鐵條，而圓弧鐵條就安裝在卡盤的反面的邊緣。當安裝鐵條的卡盤旋轉到接近開關的位置時，接近開關動作在開的狀態通過一個繼電器而使牙嵌離合器通電產生吸力而嚙合，從而帶動車床絲桿的旋轉帶動大拖板的縱向運動，就可加工出卷筒的導向繩槽部分。而當未安裝鐵條的卡盤部分旋轉到接近開關的位置時，接近開關就會處于閉的狀態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選擇

刀具前角的選擇：通過實際加工經驗，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荷也隨之增大。當刀刃圓弧半徑為零時，則減小主切削力和吃刀抗力，增大走刃抗力。當槽深尺寸為16至19毫米時，主偏角應取值在75°左右。

4 折線擋圈

折線擋圈就是在一法蘭側面加了類似于折線卷筒導向槽和直線槽，且有緩坡度導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?，全部加工技術工人很難控制，加工工期至少七個臺班。更重要的是該部件有一導層坡，全部是由工人進、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，領導與技術部門改裝了原有的三米立車。

5 加工設備的改造及加工特點

加工設備選擇三米數控立車，在與西門子公司協商下，安裝一套西門子公司的802D軟件系統，并共同對立車進行了改裝。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個生產開關信號的金屬塊，用以標志特殊的幾何軸產生進給位移的區間，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開關量信號的接近開關，一個用作給金屬塊計數，一個用作給計數器清零。在不同的角度區間，通過PLC計數當前值給出幾何軸點動指令，使“自動”進給的動作產生。為了使主軸每一轉周而復始的運行，還需要找到一個合適的區間，讓刀具回到起始位置。如果主軸負載變化造成的轉速擾動不大，可以認為主軸轉速基本不變，那么只要設定好合適的軸速度，就可以使刀具在指定的角度區間（如54度內）爬坡方向位移達到圖紙的要求（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個爬坡區間，兩個區間并不相鄰（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）可以發現每次在這2個區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始，安裝0#金屬塊用來生產清零信號，位置在54°與72°之間。經過一段時間加工最終會產生折線區和直線區，也就是卷筒上的導向槽和直線槽，裝配時要對齊。

6 結束語

通過以上設備的改裝，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，而且節省了技術工人的大量體力，更重要的是加工完的折線擋圈完全達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，并配合機架進行試車。經過多次試驗及產品的使用效果，合格率為99%，完全達到業主要求和好評。