脱钩器装置的设计

赵 波 尚君辉

(徐工机械建设机械分公司 江苏 徐州 221002)



脱钩器装置的设计

赵 波 尚君辉

(徐工机械建设机械分公司 江苏 徐州 221002)

基于摩擦自锁及杠杆原理，设计了一种强夯机用脱钩器，描述了该装置的结构组成、工作原理，进行了装置的工作过程分析以及结构参数优化。实验表明，该脱钩装置结构简单、安全可靠、脱钩性能效果较好，可以推广使用。

脱钩器；强夯机；结构设计

一、引言

脱钩器装置作为强夯机的重要工作部件之一，在强夯机工作过程中,脱钩装置起着举足轻重的作用。它的结构、工作性能的好坏,直接影响着强夯机的正常运行。同时随着地基处理工法的发展和强夯机设备的广泛应用，对脱钩装置的很多指标(如成本、安全性、脱钩灵活可靠性、耐磨性等方面)也提出了越来越高的要求，其中安全性、脱钩灵活可靠性为脱钩装置最重要的技术指标。

二、该领域的技术水平

目前通用的脱钩器主要有两种:一种是向下拉拽式脱钩器，适合小能级强夯，结构简单，因吊钩比较轻，反弹量较大，此脱钩器可以在一定程度上抑制吊钩的反弹，提高安全性，但一定程度上造成吊钩脱钩器等损害；另一种称之为向上旋转脱钩器，适合大能级强夯，因吊钩比较重，反弹量较小，此脱钩器可以在减少反弹力对脱钩器的损坏，提高脱钩器的可靠性。两种结构都存在因脱钩力设计较大，造成使吊钩及脱钩器摆动，容易碰伤臂架。

因此深入分析脱钩器受力工况,合理设计其结构,确保其工作的安全及可靠，研制的脱钩器的装置解决了以下难题:1.提高脱钩器的安全性、脱钩灵活可靠性；2.优化结构，减少脱钩瞬间的倾斜力，从而减小吊钩及脱钩器在空中摆动的摆动量，以防碰伤臂架。3.融合两种脱钩器的优势，实现通用。4.解决市场上存在的脱钩器锁不住、磨损损坏等问题。

三、结构及工作原理

(一)结构。脱钩器是一种脱钩装置，如图1所示，脱钩器主要由支架、锁止横梁、锁止轴、钩头、钩头旋转轴、横梁旋转半轴等组成。锁止横梁通过横梁旋转半轴固定在支架上，可以绕支架旋转；锁止轴固定在锁止横梁上；钩头通过销轴与支架连接，可以绕轴转动。

(二)脱钩工作原理。采用改变脱钩钢丝绳的绕法，提供不同的脱钩力方式，减少吊钩反弹对脱钩器的影响。强夯机实现强夯功能一般有四部分组成，包含吊钩，脱钩器，夯锤，脱钩绳，如图2所示。在吊钩比较轻，反弹量较大工况时，脱钩钢丝绳可以直接跟脱钩器左侧挂点连接，脱钩时可以有效抑制吊钩反弹，反弹力较小，对吊钩及脱钩器的损坏比较小。在吊钩比较重，反弹量较小脱钩工况时，改变绕绳方法，如图中脱钩钢丝绳的右侧绕绳方法，可以进有利减少了反弹力对吊钩及脱钩器的损坏。

图1 脱钩器内部结构简图

图2 脱钩器原理简图

(三)锁止工作原理。强夯机脱钩器应用摩擦自锁、杠杆等原理，实现夯锤与吊钩的自锁及分离。脱钩器一个工作循环可以分解为：挂钩、锁止、脱钩、复位四个动作。

钩头起吊夯锤时，如图1所示，锁止轴与钩头端面接触，利用摩擦自锁原理将钩头牢牢锁止，保证能良好的挂钩过程，在摩擦自锁作用下，夯锤随脱钩器及吊钩一起上升，不脱开，实现上升锁止过程，上升到一定的高度，脱钩钢丝绳拉紧，用力拽脱钩器，给脱钩器横梁一个作用力，锁止衡量绕着旋转半轴转动，解除对钩头的限制作用，实现脱钩过程。脱钩器及吊钩下降时，脱钩钢丝松弛，钩头在自身重力作用下，实现复位，为下次挂钩提供自锁条件。

四、设计点及参数

脱钩器受受力工况是比较简单，起升时主要承受夯锤的重量载荷。在满足承载能力下，注重脱钩器的安全使用性、脱钩功能性、耐磨性等方面设计，基于工挂钩、锁止、脱钩、复位四个过程进行分析。

(一)设计点

1.挂钩过程设计关键点：①强夯机实现起升夯锤，需要与夯锤连接，为方便挂钩，钩头一般设计成半开圆弧形钩头。②夯锤总量重达20-100吨左右，脱钩器重量一般在0.5吨左右，可以忽略脱钩器重心对铅垂线的影响。③钩头区域增加接触面积，减少钩头磨损。

2.锁止过程设计关键点：①锁止原理是合理利用摩擦自锁原理实现脱钩器钩头在承载任意的载荷条件下保持原有状态不变；②锁止过程是在运动过程实现的，初始时刻，横梁加速向上旋转，达到一定程度后，减速旋转，在惯性的作用下，减速最后停止，达锁止状态。

3.脱钩过程设计关键点：①优化锁止轴的运动轨迹可以减小脱钩力大小；②脱钩器的钩头设计偏心，可以提高与脱钩器钩头分离灵活性；③在转动区域，设计润滑油道，耐磨设计。

4.复位过程设计关键点：对钩头的重心布置设计，可以实现脱钩器的复位，提高强夯机的作业效率。

(二)设计关键参数

脱钩可靠灵活性是脱钩器关键性能指标之一，可靠灵活性主要指锁止安全性、脱钩力大小、分离灵活性以及复位程度等。锁止角(图1所示)是影响锁止安全的主要因素，对其展开分析优化。

针对锁止过程进行研究，分解运动过程，以锁止横梁研究对象，分析如图3所示。任意时刻合力Fy满足下列要求：Fy=N1-f1=Nsinθ-fcosθ=Ncosθ(tanθ-μ)(1)

通过分析分析运动过程可知，初始时θ角度比较大，在合力作用下，横梁加速向上旋转，达到锁止角度后，合力为零，在惯性的作用下，继续旋转，减速最后到为0，达锁止状态。钩头摆动量很小，对N的影响可以忽略不计，从θmax到θ锁止锁止轴再横梁端面上移动的距离称之为挂钩指标长度L1，从θ锁止到θmix锁止轴再横梁端面上移动的距离称之为锁止长度L2。cosθ(μ-tanθ)轨迹图4所示，改善θmax及θmin指标有利于提高锁止安全指标。

图3 受力分析图

图4 轨迹图θ(0π/6)

五、结束语

强夯机脱钩器装置，该装置采用应用摩擦自锁、杠杆原理，脱钩省力，结构简单可靠，经济耐用，并对关键参数进行了优化计算，确保了性能更好，该方案已经在生产的产品中得到了应用，可以推广使用。

[1]赵明敏.强夯机动态稳定性分析与研究[D]长安大学.2012