液压顶推设备机械式卡紧装置的研制.pdf

液压顶推设备机械式卡紧装置的研制 缪谦夏拥军 中国电力科学研究院北京1 0 0 1 9 2 摘要机械式卡紧装置通过楔块的锁紧作用实现卡紧装置与轨道的抱紧，从而为液压顶推设备提供推力 作用点，其无需竖向液压缸提供卡紧压力 ，具有结构简单、使用方便的优点。研究了机械式卡紧装置中楔块的 斜面倾角，上楔块、下楔块、壳体、钢轨间的压力和摩擦系数 ，以及他们对推力的影响，并得出结论在推力 一 定的前提下，为降低楔块及壳体受力 ，应适当提高上 、下楔块间及壳体与钢轨间的摩擦系数以及楔块的斜面 倾角，为机械式卡紧装置的设计和优化提供了依据。 关键词液压顶推设备；机械式卡紧装置 ；楔块 中图分类号U 2 9 4 ． 6 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 1 1 1 0 0 2 9 0 4 Ab s t r a c t T h e me c h a n i c al c l a mp i n g d e v i c e a c h i e v e s e n c l a s p i n g o f c l a mp i n g d e v i c e a n d t h e t r a c k v i a l o c k i n g e ff e c t b y t h e we d g e ，S O a s t o p r o v i d e t h r u s t a c t i o n p o i n t f o r h y d r a u l i c e q u i p me n t ，a n d t h e d e v i c e r e q u i r e s n o c l a mp i n g p r e s s u r e b y v e r t i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r ，a n d h a s a d v a n t a g e s s u c h a s s i mp l e s t r u c t u r e ，e a s y u s e ． Th e p a p e r s t u d i e s t h e s l o p e a n g l e o f we d g e for me c h a n i c a l c l a mp i n g d e v i c e ，t h e p r e s s u r e ，a n d t h e f r i c t i o n c o e f f i c i e n t s b e t w e e n u p p e r a n d l o w e r w e d g e s ，a n d t h e h o u s i n g a n d t h e r a i l ，a s we l l a s t h e i r i mp a c t o n t h e t h r u s t ，g i v i n g c o n c l u s i o n s t h e f r i c t i o n c o e ffi 、 i e n t s b e t we e n t h e u p - p e r a n d l o w e r w e d g e s ，a n d t h e h o u s i n g a n d t h e r a i l ， a n d t h e s l o p e a n g l e o f we d g e s s h all b e i n c r e a s e d i n o r d e r t o r e d u c e t h e f o r c e o n t h e we d g e a n d h o u s i n g i n c a s e o f c o n s t a n t t h r u s t ．I t p r o v i d e s t h e me c h a n i c a l c l a mp i n g d e v i c e w i t h d e s i g n a n d o p t i - mi z a t i o n b a s i s ． Ke y wo r d sh y d r a u l i c p u s h e q u i p me n t ；me c h a n i c al c l a mp i n g d e v i c e；we d g e 言 春 亲 客 篡 篙 篡 曩 液压顶推设备广泛应用于路桥[ 、建筑 、 备可跟随被推移物体沿轨道共同移动，其主要由 接触 ，六 边形 凸包会 部分嵌 入输 送带 的内表 面， 实现一定 程度 的互锁 ，从 而增 大了接触面积 和摩 擦牵引力 ； 4 滚筒表面的两端硫化 1层具有对旋螺旋结 构的橡胶层， 使得滚筒具有防输送带跑偏的功能； 5 滚筒中间采用人字形 陶瓷包胶 ，增大了滚 筒的摩擦力 ，并 在滚筒 的整个表 面预留排水排 污 沟槽 ，实现 了滚筒 的 自清 洁功能 ，也 使得滚筒在 潮湿环境下的摩擦系数降低很小。 此新型陶瓷包胶滚筒 的研制 ，能 够有效改善 带式输送 机的运行情况 ，延长其运行周 期 ，降低 运行成本，降低事故发生率，保证输送带安全可 靠地运行，具有很大的市场价值。但 黾，滚筒的 安装具有方 向性 ，安装 时必须注意，且 陶瓷 片的尺 寸、粘结工艺效果等都需进一步分析讨论和实验。 起重运输机械 2 0 1 1 1 1 参考文献 [ 1 ]马成军 ．一种改进型滚筒[ J ] ．同煤科技，2 0 0 4 3 ． [ 2 ]高学栋 ，王晓华 ．陶瓷衬套在带式输送机驱动滚筒上 的应用[ J ] ．矿山机械，2 0 0 7 ，3 5 2 ． [ 3 ]肖林京 ，李全，隋秀华 ．驱动滚筒包胶表面形貌仿生 设计[ J ] ．煤矿机械，2 0 1 0 ，3 1 1 ． [ 4 ]魏迎军 ．带式输送机滚筒包胶的种类及其特点[ J ] ．起 重运输机械，2 0 1 0 9 8 6 [ 5 ]张相龙 ．矿井强力胶带输送机冷粘陶瓷包胶工艺的研 究[ J ] ．科技探讨，2 0 1 0 4 ． 作 者倪尚彬 地 址 青岛经济技术开发 区前湾港路 5 7 9号山东科技 大学硕研 1 3班 邮 编 2 6 6 5 1 0 收稿 日期 2 0 1 1 一 叭 一1 1 2 9 顶推液压缸和卡紧装 置 2部分组成。顶 推液压缸 通过液压油推动液 压缸活塞往复运动实现重物沿 轨道的水平移动或一定角度 的斜 向运 动；卡 紧装 置安装在顶推液压缸 的后部 ，在顶推活塞伸 出顶 推重物时 紧紧卡住轨道 ，为顶推液压缸输 出推力 提供支 反 力 ，在顶 推 活塞 回缩 时 移 动至 下 一顶 推点 。 目前使用 的卡 紧装置 主要为液压 式 ，使 用 1 个竖向小液压缸使卡 紧装 置压紧轨道，通过卡 紧 装置与轨道间的摩擦力为顶推装置提供支点。中 国电力科学 研究 院研制 了一种机 械式 卡紧装置 ， 其无需竖 向小液压缸提供卡紧压力 ，而是利用 顶 推液压缸 的反 向推力使 卡紧装 置 内的楔块与钢轨 和卡紧装置壳体锁紧，为顶推液压缸提供支反力。 本文探讨机 械式 卡紧装 置各部分的受力及各参数 问的相互 关系 ，为机械式卡 紧装置 的设计 和优化 提供依据。 2 各部件均处于 即将克服摩擦 的临界状态 ， 各部件所受摩擦力为其最大静摩擦力。 2 ． 1 受力分析 取下楔块为分析对象 ，其受力如图 2所示。 由下楔块的受力平衡可得 一 Nl s i n a- f , C O S O t 0 1 一 N1 C O S O t s i n o N 2 0 2 式 中 为上 、下楔 块问压力 ， 为上 、下 楔块间摩擦力 ，Ⅳ 2 为下楔块与钢轨间压 力 ， 为 下楔块与钢轨间摩擦力， 为楔块斜面倾角。 图 2 下楔块受力图 1 机械式卡紧装置的组成及工作原理 由式 到运动的。临界状态’贝 机械式卡 紧装置 主要 由顶推液压缸 连板 、上 楔块 、壳体 、下楔块 、挡板等组成 ，如图 1所示 。 1 ．顶推液压缸连板2 ．上楔块3 ．壳体 4 ．下楔块5 ．挡板 图 1 机械式卡紧装置组成 顶推液压缸通过顶推液 压缸连板与卡 紧装 置 连接 。工作时 ，顶推液压缸 连板和壳体在顶 推液 压缸的反 向推力作用下 向后运动 ，带动上 楔块沿 下楔块表面运动，最终使上、下楔块及壳体与钢 轨卡紧 ，从而为顶推液压缸提供推力作用点。 2 机械式卡紧装置力学分析 在机械式卡紧装置的力学分析中做如下假定 1 由于卡 紧装置 自重相对其所受外 载很小 ， 分析时忽略不计 ； 一 3 0 一 一 N1 s i n a N1 l C O S O ／ Ⅳ2 2 0 3 一 Nl C O S O L Ⅳ1 1 s i n a N 2 0 4 式中 为上 、下楔块问摩擦 系数 ， 为下 楔块与钢轨间摩擦系数 。 由式 4 可得 Ⅳ 2 N1 C O S O ／ 一 Nl 1 s i n o t 5 将式 5 代人式 3 整理后可得 s l n o l coso t ／ z 2 6 c o s a -／ z s i na I O J 图 3给出了楔块斜面倾 角 4 。 、6 。 、8 。 时摩 擦系数 和 的关系。从图中可以看出，如要保 证下楔块 处于静 止状态 ， 必须达 到一定 数值 ， 例如当 0 ． 1 5 、O L 4 。 时 ， 应 大于 0 ． 2 2 。在 一 定 的条件下 ，所要求 的 随着楔块斜面倾角 的增加而增大 。反之 ，如果 足够大 ，就可 以 放宽对 影响上 、下楔块接触面的粗 糙度或润 滑要求和楔块斜面倾角 影响上、下楔块的 受力 的要求。 取上楔块和壳体为分析对象，受力见图4 。根 据受力平衡有 N 1 s i n o t C O S O ／ 一F c o s fl 0 7 N1 C O S O ／ - L s i n o t N 3 F s i n ／ 3 0 8 式中N 3 为钢轨对壳体 的作用力 ， 为钢轨 起重运输机械 2 0 1 1 1 1 1 1 ． 0 【4。 2． 6。 3． 8。 图 3 ／． t 和 的关系图 和壳体的摩擦力，F为顶推反力， 为顶推反力与 水平线间的夹角。 可 得 一 图4 上楔块和壳体受力图 将 N 、 N 3 ／ z ， 代入式 7 和式 8 N 1 s i n aⅣ 1 1 C O S O t 3 一F c o s fl 0 9 N1 C O S O 一 Ⅳ1 1 s i n s一 F s i n 0 1 0 式 中 ， 为壳体与钢轨间摩擦系数 由式 1 0 和式 9 可得 i Fc _ o s fl - N 1 s i n o t ／x lc o s o t 1 1 。 一F s i Ⅳ1 C O S O ／ 一 1 s i n s 、 忽略 的影响，令 卢0 ，将式 1 1 改写为 [ s 眦／．Z 1 C O S O／b3 ／ 1 c o s a 、 ] 【 _ _ 一n J 1 2 从而可得压力 Ⅳ 1 与顶推力 F之间的关系为 Ⅳ， F 一 ／ x 3 C O S O ／ 一 1 s i n t x s i n a 1 C O 1 3 由式 5 和式 1 3 可得压力 Ⅳ2 与顶推力 F之间的关系为 N C O S O t 一 1 s l no t F 一 3 C O S O ／ 一 t z 1 s i n a s i n o t ／ z 1 C O S O 1 4 表 1和表 2分别 给出 了当 o t 4 。 和 8 。 时，Ⅳ1 与F和 Ⅳ 2 与 F的比值，其 中 “ ／ ”上方数值为 N i ／ F ，“ ／ ”下方数值为 Ⅳ 2 ／ F 。 起重运输机械 2 0 1 1 1 1 表 1 4 。 时 Ⅳ1 ／ F和 r2 ／ F 1 ／ ．t 3 0 ． 0 5 O ． 1 0 0 ． 1 5 O ． 2 O 0 ． o 5 5 ． 9 0 5 ／ 5 ． 8 7 0 4 ． 5 6 5 ／ 4 ． 5 2 2 3 ． 7 2 1 ／ 3 ． 6 7 3 3 ． 1 ／ 3 ． 0 8 9 O ． 1 0 4 ． 5 6 5 ／ 4 ． 5 3 8 3 ． 7 2 3 ／ 3 ． 6 8 8 3 ． 1 4 4 ／ 3 ． 1 0 3 2 ． 7 2 0 ／ 2 ． 6 7 6 O ． 1 5 3 ． 7 2 1 ／ 3 ． 6 9 9 3 ． 1 4 4 ／ 3 ． 1 1 4 2 ． 7 2 1 ／ 2 ． 6 8 6 2 ． 3 9 9 ／ 2 ． 3 6 0 0 ． 0 2 3 ． 1 ／ 3 ． 1 2 2 2 ． 7 2 0 ／ 2 ． 6 9 5 2 ． 3 9 9 ／ 2 ． 3 6 8 2 ． 1 4 6 ／ 2 ． 1 1 1 表 2 8 。时』 v l ／ F和 Ⅳ2 ／ F 1 O ．o 5 O ．】 O O．】 5 O ． 2O 0 ． 0 5 4 ． 2 0 4 ／ 4 ． 1 3 4 3 ． 4 8 4 ／ 3 ． 4 0 2 2 ． 9 7 5 ／ 2 ． 8 8 4 2 ． 5 9 5 ／ 2 ． 4 9 8 0 ． 1 0 3 ． 4 8 4 ／ 3 ． 4 2 6 2 ． 9 7 8 ／ 2 ． 9 o 7 2 ． 6 O O ／ 2 ． 5 2 0 2 ． 0 3 7 ／ 2 ． 2 2 0 0 ． 1 5 2 ． 9 7 5 ／ 2 ． 9 2 5 2 ． 6 O o ／ 2 ． 5 3 8 2 ． 3 0 9 ／ 2 ． 2 3 8 2 ． o 7 6 ／ 1 ． 9 9 8 0 ． 0 2 2 ． 5 9 5 ／ 2 ． 5 5 2 2 ． 3 O 7 ／ 2 ． 2 5 2 2 ． 0 r 7 6 ／ 2 ． 0 1 3 1 ． 8 8 8 ／l _ 8 1 7 由表 1和表 2可见 ，摩擦系数 和 ， 越小， Ⅳ】 ／ F和 Ⅳ 2 ／ F的值就越大 ，也 即在顶 推力相 同的 情况下 ，上、下楔块 间和下楔块 与钢轨间的挤压 力也就越大。此外 ，当楔块斜面倾角 值增大时， Ⅳ 1 ／ F和 ／ F值将减小，从而可使楔块受力降低。 对卡紧装置整体进行受力分析可得 一F c o s 0 1 5 Ⅳ 2 一Ⅳ 3 F s i n fl 0 1 6 联合以上 2式求解可得 ， N3 F c o s f l _ ／． r E s i n fl 一 1 8 2 1 。 3， 当口 0时 Ⅳ 2 Ⅳ3 ‘ 9 由式 1 9知 ，在顶推力倾 角为 0时 ，下 楔 块与钢轨间 、壳体 与钢轨 间的作 用力相等 ，且仅 与顶推力和其间的摩擦系数有关。由式 9 和式 1 0 还可得壳体和轨道间压力 Ⅳ3 和 Ⅳ 的关系 N 型 1 2 0 1 一 3 t 令 0 ，可将上式简化为 N3 c 。 s 一 1 s i n 2 1 c o 一 1 n L 一 31 图 5给出了 4 。 、6 。 、8 。 时 Ⅳ3 ／ Ⅳ 随 变 化的曲线。 1 ．0 【 4。2 ．d 6。3 ． 8 。 图5 N 3 ／ Ⅳ。 对 。 和 o l 的变化曲线 从 图 5可 以看 出，N 3 ／ N 对 和 的变化均 不敏感。 2 ． 2 壳体结构有限元分析 以上对卡紧装置各部件进行 了定性的力学分 析 ，在实际设计时根据所需顶推力 的大小 、各部 件所用材 料及其相 互 间的摩擦 系数 、润滑条 件 、 楔块斜面倾 角等 即可得 出各部件所 受力 的大小 ， 再结合有限元分析软件，即可得出各部件的具体 应力分布和变形。图 6给出了中 国电力科学研究 院设计的额定顶推力为 5 0 0 k N的卡 紧装置左侧壳 体的有限元模型和 Mi s e s 应力图。 a 有限兀模型 b M i s e s 应力图 图6 左侧壳体有限元分析 3 机械式卡紧装置的工程应用 中国电力科学研究院设计的液压顶推装置在 建筑 、冶金等领域的多个项 目中得到了成功应用 ， 其中机械式卡紧装置结构简单，装拆快速，使用 方便 ，卡紧有 效，使用效果 良好。图 7为机械式 卡紧装置在某钢厂轧机牌坊 吊装中的应用。 一 3 2 一 图 7 机械式 卡紧装置 的工程应用 4结论 1 在推力一定的前提下，为降低楔块及壳体 受力，应适当提高上、下楔块间及壳体与钢轨问 的摩擦系数及楔块的斜面倾角 。 2 在上 、下楔块 间摩擦 系数 一定 的情况 下 ，为减小楔块 和壳体受 力，在增大楔块 斜面倾 角的同时需提高下楔块与钢轨间摩擦 系数 ，当 材料本身摩擦系数无法满足时可考虑在下楔块下 表面设计细牙卡齿 ，以提高 值 。 3 机械式卡紧装置通过楔块锁紧的方式实现 与钢轨 的卡 紧 ，无需 外部 液压缸 提供 卡紧压 力 ， 结构简单 ，安装 和拆 除方便。可用 于各 种钢轨 的 卡紧 ，广泛应用 于路桥 、建筑 、铁道 、电力 、冶 金 、石化等领域特大笨重件的水平或斜 向移动。 4 对机 械式卡 紧装 置各部件 进行 了力 学分 析 ，研究 了机械式 卡紧装 置 中楔块 的斜 面倾 角 ， 上楔块 、下楔块 、壳体 、钢 轨间 的压力 和摩擦 系 数及其对推力 的影 响，可为同类产品 的设计和优 化提供参考 。 参考文献 [ 1 ]陈继光 ．顶推法施工关键工艺改进[ J ] ．筑路机械与施 工机械化 ，2 0 0 8 3 ． [ 2 ]王殿伟 ．多跨连续钢桁梁拼装及多点同步顶推技术 [ J ] ．钢结构，2 0 1 0 1 1 ． [ 3 ]王伟宁，张利英 ． 钢梁施工多点同步顶推技术及质量 安全控制 [ J ] ．铁道工程学报 ，2 0 1 0 5 ． 作 者 夏拥军 地 址 北京海淀区清河小营东路 1 5号中国电力科学研 究院输变电工程施工研究所 邮 编 1 0 0 1 9 2 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 2 5 起重运输机械 2 0 l 1 1 1