廢品收集裝置卷揚打滑問題研究

趙強

摘 要：廢品收集裝置是軋鋼生產線上比較常見的設備，應用十分廣泛，但在生產現場常出現傳動系統中的卷揚打滑現象。針對這一現象對廢品收集裝置的傳動系統進行了設計計算和分析，給出了解決卷揚打滑問題的方案和措施。

關鍵詞：傳動系統；卷揚機構；鋼絲繩；料尾

中圖分類號：F224 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.032

廢品收集裝置被廣泛應用于軋鋼生產線中，用以收集被廢棄的帶鋼料頭和料尾。它能否正常工作將影響整個軋線的生產節奏，甚至會影響鋼廠的生產效率和產量。在廢品收集裝置的整個組成結構中，其傳動系統性能是決定該裝置能否正常工作的核心和關鍵。在生產實際中發現，廢品收集裝置的問題往往都出現在傳動系統部分，所以，對其傳動系統進行計算分析和對卷揚打滑問題進行研究是有實際意義和必要的。廢品收集裝置的工藝參數為：小車運行速度為0.2～0.3 m/s，料框最大容重為8 t。

1 裝置組成與工作原理

廢品收集裝置主要由收集小車、軌道與傳動系統組成，其中，傳動系統又由卷揚機構、導輪裝置、拖輪裝置、鋼絲繩連桿、張緊裝置、鋼絲繩與繩夾組成。安裝時，將鋼絲繩纏繞在卷揚機構、拖輪裝置、導輪裝置上，并將其兩端分別用鋼絲繩連桿和繩夾固定到收集小車上，形成一個封閉的鋼絲環，通過張緊裝置的作用，使得所形成的鋼絲環內部具有一定的初拉力；工作時，當收集小車在收集了足夠的料頭與料尾之后，由卷揚機構帶動纏繞其上的鋼絲繩運動，通過鋼絲繩來傳遞運動和力，就可以移動固接在鋼絲環上的收集小車，將收集小車與其收集的廢品一起運出軋線，再由行車吊走。

2 設計計算與分析

在軋鋼生產現場，廢品收集裝置出現的異常現象大部分都

發生在傳動系統中，其中，最典型的就是卷揚打滑、鋼絲繩被拉斷的現象。以下針對這些現象對該裝置的傳動系統進行了設計分析。

2.1 傳動系統初拉力與極限有效拉力

傳動裝置之所以能夠帶動廢品收集小車往復運動，本質是因為鋼繩與卷揚及導輪之間摩擦力的作用。當其他條件不變，且鋼繩內部初拉力F0一定時，鋼繩與卷揚及導輪之間的摩擦力有一極限值，即有效極限拉力。該極限值限制著整個傳動系統的傳動能力，它是影響傳動系統打滑問題的最直接因素，所以，下面就對鋼繩初拉力與極限有效拉力的關系進行分析。鋼絲受力分析圖如圖1所示。

假設鋼繩在卷揚的導輪上繞過時作勻速圓周運動，鋼繩與導輪接觸弧面間的摩擦系數f為常數，且忽略鋼繩繞在導輪上時的彎曲阻力。如圖1所示，鋼絲繩緊邊拉力F1與松邊拉力F2的差值為傳動系統的有效拉力Fe，α為鋼繩在導輪上的包角，取一微段鋼繩dl，其受力情況為：上、下端分別受拉力F+dF和F，導輪對鋼繩的正壓力為dFN、摩擦力為fdFN，離心力為dFc。按動靜法可得微段鋼繩在導輪徑向和切向的力平衡方程：

略去二次微量 ，并取 ，dFC=qv2dα，聯立式（1）（2）可得：

對式（3）在F2到F1和0到α1的界限內進行積分：

可得：

式（4）（5）中：q為每米鋼絲繩的質量，kg/m；v為鋼絲繩運行速度，m/s；e為自然對數的底數；f為鋼絲繩與導輪之間的摩擦系數；α1為鋼繩在導輪上的包角。

在工作前，鋼絲繩各處均受一定的初拉力F0，而在工作時，如果認為鋼繩的總長不變，且認為鋼繩是彈性體，符合胡克定律，則鋼繩緊邊拉力的增加量等于松邊拉的減少量，即：

將式（7）代入式（5）可得鋼絲繩與導輪之間的極限摩擦力，即傳動系統的極限有效拉力：

在廢品收集裝置工作時，由于鋼絲繩速度很低，即可以忽略離心力的作用，式（8）可以優化成式（9）或式（10）：

從式（9）（10）中發現，影響廢品收集裝置傳動系統極限拉力的因素有：鋼絲繩與導輪之間的摩擦因子、鋼絲繩在導輪上的包角以及在安裝形成鋼絲環后鋼絲環內部的初拉力。

同時，在分析和計算時發現，傳動系統的極限有效拉力Felim實際上是用來克服收集小車滿載時收集小車車輪與鋼軌之間產生的摩擦力，即：

式（11）中：f1為收集小車車輪與鋼軌之間的摩擦系數；G為收集小車滿載時的重力，N。

根據廢品收集裝置現場工藝數據，并結合公式（9）（10）（11）計算得到傳動系統極限有效拉力Felim=6 860 N，初拉力F0=10 419 N。

2.2 傳動系統鋼絲繩直徑計算

按GB/T 3811—1983標準規定，鋼絲繩的計算公式為：

式（12）中：d為鋼絲繩最小直徑，mm；Fmax為鋼絲繩最大靜拉力，N，Fmax=F0+Felim；C為選擇系數，mm/ 。

選擇系數計算公式為：

式（13）中：n為安全系數；K為鋼絲繩捻制折減系數；ω為鋼絲繩充滿系數；σb為鋼絲的公誠抗拉強度。

通過查看機械設計手冊，選取n=4.5，K=0.88，ω=0.46，σb=1 770 MPa。根據公式（9）（10）（11）和選取的參數計算得到鋼絲繩直徑為Φ13 mm。

3 結束語

通過設計計算與分析，發現在合理選取鋼絲繩直徑和型號后，可以采取以下措施防止廢品收集裝置傳動系統打滑：①根據公式（8），依據給定的小車載荷正確計算鋼絲環內部的初拉力F0，根據初拉力值調整好張緊裝置；②調整托輥裝置的位置，增大鋼絲繩纏繞在卷揚機構及導輪裝置上的包角α1；③在鋼絲繩上涂抹增摩脂，增大鋼繩與卷揚機構之間的摩擦系數；④傳動系統工作一段時間后，鋼絲繩會被拉長，需定期檢查鋼絲環內部的初拉力，及時調整張緊裝置。根據實際生產現場的工作人員的反饋，在采取這些措施后，廢品收集裝置工作性能得到很大的提高和改善，卷揚打滑問題得到了抑制。

參考文獻

[1]王為，汪建曉.機械設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2007.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

〔編輯：張思楠〕