堆垛多功能起重机小卷扬吊绳的优化设计

邢玉华

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

0 引言

堆垛多功能起重机是电解铝阳极炭块仓库中的主要转运装卸设备，主要用于堆放和运输生块、熟阳极炭块。它能完成下列工艺操作：(1)对横向排列的炭块进行堆放和运输。(2)可利用辅助夹具搬运单个阳极炭块，并能进行车间内的零星吊运。

堆垛多功能起重机主要由桥架、夹具装置、导向装置、主卷扬机构、电动葫芦、润滑系统、限位开关安装及电控系统等组成[1]。机组有以下几个运动：大车运行、夹具升降运行、夹具开闭、电葫芦吊钩升降和水平运行。

机组有两套工作装置：一套是由一个机械夹具组成的夹具装置，这是机组的主要功能部位，该装置可同时抓取和堆放按宽度方向排列一组的炭块；另一套是挂在主梁下部工字钢上的电葫芦，该电葫芦可沿工字钢轨水平移动，其吊钩可用于车间内的零星吊运和借助辅助夹具吊运单个碳块。

其中夹具装置为堆垛起重机的核心装置,为机械重力自锁式结构[2]，主要由夹具梁和安装其上的若干个夹具以及卷筒装置等组成，每个夹具均采用连杆式结构并通过各自的吊绳与夹具卷筒装置相连,构成了夹具装置小卷扬结构。其中吊绳对夹具的打开起着重要作用。

1 吊绳装置的优化设计过程

堆垛多功能起重机夹具装置由夹具、小卷扬系统及其安装在框架上的吊绳装置组成。夹具在夹持碳块时夹具吊绳装置上的小钢丝绳处于松弛状态，放下碳块后，夹具吊绳装置上的小钢丝绳会完全绷紧，用以维持夹具的打开状态。夹具吊绳装置上的小钢丝绳的松弛与绷紧状态由夹具小卷扬动作完成，并由接近开关控制。夹具的关闭与夹紧靠夹具自重和载荷完成。夹具吊绳装置上的小钢丝绳在起重机运行过程中要经常调整其松紧度并保持一致，用以满足夹具的开闭尺寸保持一致的要求。

吊绳装置的发展历经三个过程，索具螺旋扣结构、直接钢丝绳吊装结构、新型吊锤装置结构，现对其不同的过程结构做出如下分析。

1.1 索具螺旋扣结构

早期，索具螺旋扣结构由安装座、索具螺旋扣、钢丝绳、小卷扬等主要部件组成。其中：安装座和夹具上的夹具框架上部相联接，起固定吊绳夹具运动的作用；标准件索具螺旋扣下部和安装座相联接；标准件索具螺旋扣上部和小钢丝绳相联接，小钢丝绳和夹具小卷扬相连接。小钢丝绳随着夹具小卷扬正反旋转做松绳紧绳动作，以此来控制夹具的开闭，其结构形式如图1所示。

1.夹具小卷扬 2.夹具 3.小钢丝绳 4.索具螺旋扣 5.安装座 6.夹具框架图1 索具螺旋扣结构形式

索具螺旋扣结构形式在运行过程中存在一定的不足，如厂房的炭块排列很密集，炭块和炭块的行间距较小时，这样堆垛多功能起重机的夹具开闭范围要求较高，而小钢丝绳的长短和的长短及调节会受到影响。索具螺旋扣因其固有的长度及刚性，在松绳时，它仍占距一定的垂直高度，只是有一定程度的倾斜，这样夹具的张开范围受到影响，只能夹持一种规格的炭块，工作量和工作效率均降低。同时，由于小钢丝绳在安装时其长度要求21个夹具控制在一定的水平范围内，而索具螺旋扣的上下螺纹也需要调节，故而给安装、调试带来不便，需做进一步改进。

1.2 直接钢丝绳吊装结构

随着社会的发展，面对铝用炭素行业的发展和市场竞争态势，提高炭素行业的整体技术水平，提高炭素的产品质量，实现高效生产，只能夹持规格单一的炭块起重机，顺应不了炭素产品呈现不断扩大和多样化发展趋势。堆垛多功能起重机面向夹持多种规格的炭块需做进一步改进，推出直接钢丝绳吊装结构。即由小钢丝绳、支座、吊环等主要部件组成。其中：吊环和夹具上的夹具框架相焊接，小钢丝绳从吊环中穿过，经标准件钢丝绳夹固定，起固定钢丝绳作用；小钢丝绳和夹具小卷扬相连接。小钢丝绳随着夹具小卷扬正反旋转做松绳紧绳动作，以此来控制夹具的开闭，其结构形式如图2所示。

1.夹具小卷扬 2.夹具 3.小钢丝绳 4.钢丝绳夹 5.吊环 6.夹具框架图2 直接钢丝绳吊装结构

通过小卷扬的作用实现夹具框架与横梁间距的改变，即小钢丝绳长短的变化来实现夹持不同规格的炭块。即小钢丝绳放置最大时，开口也最大，这样可夹持最大的炭块，而小钢丝绳绷紧最短时，夹持的是最小炭块。这样可夹持范围内的一系列炭块。但是缺点是小钢丝绳在松驰状态下需防止小钢丝绳和夹具装置上的拉杆、曲臂发生刮碰，一旦刮碰上，得人工去解决，这样使人工成本增大，也易造成小钢丝绳的频繁更换。

1.3 新型吊锤装置

新型吊锤装置主要用于防止小卷扬装置中的钢丝绳在松绳、紧绳状态下同夹具装置上的拉杆、曲臂发生刮碰， 致使现场人员劳作中频繁调整钢丝绳的位置，造成工作效率低下。新型吊锤装置，实现小钢丝绳在吊锤的作用下始终靠吊锤的重力作用使小钢丝绳处于悬垂状态，有效防止钢丝绳绕绳、同夹具装置的拉杆发生刮碰等现象，减少现场人员作业强度。主要由小钢丝绳、螺钉、吊锤、套筒、内六角平端紧定螺钉等组成，其结构形式如图3所示。

1.小钢丝绳 2.拉杆 3.螺钉 4.吊锤 5.曲臂 6.套筒 7.紧定螺钉图3 新型吊锤装置

当小卷扬装置处于钢丝绳放绳状态时，起初靠小钢丝绳的牵引力使吊锤支撑螺钉来保持夹具梁的距离而实现炭块夹紧状态。随着小钢丝绳的进一步下降，吊锤也随之下降，螺钉和吊锤远离，拉杆和曲臂靠四连杆作用随之旋转，实现双侧夹具夹头水平方向的靠近，完成夹具装置对炭块的夹紧状态。吊锤的下降限位通过内六角平端紧定螺钉限制最低位置，防止吊锤在套筒内滑落。在整个的过程中，小钢丝绳始终靠重力作用处于悬垂状态，避免小钢丝绳绕绳、同夹具装置的拉杆和曲臂发生刮碰等现象；

当小卷扬装置处于小钢丝绳紧绳状态时，吊锤被拉起，直至同螺钉相接触带动下部夹具梁的提升，拉杆和曲臂随之旋转实现双侧夹具夹头水平方向的远离，完成夹具装置对炭块的打开状态。在整个的过程中，小钢丝绳起初靠重力作用处于悬垂状态，在同螺钉接触后，在外在动力源作用的情况下，更加保持垂直负重状态，维持夹具的打开状态。

无论小卷扬装置处于松绳状态还是紧绳状态，吊锤始终靠重力和外负载作用使钢丝绳属于垂直的悬垂状态，避免同拉杆、曲臂的刮碰。

2 结论

本文通过分析堆垛多功能起重机夹具吊绳装置的发展历程提出更为优化的设计方案——新型吊锤装置，它吸收索具螺旋扣结构、直接钢丝绳吊装结构的优点，克服索具螺旋扣所占空间较大、动作不灵活等缺点，同时规避了直接钢丝绳吊装结构运动中的刮碰现象。新型堆垛起重机小卷扬吊锤装置中吊锤始终靠重力和外负载作用使钢丝绳属于垂直的悬垂状态，避免同拉杆、曲臂的刮碰，升降灵活，降低操作人员劳动强度，提高工作效率，得到用户广泛认可。