举?消防?伸缩机构预紧?调节设计?法

周敏　韩萌　刘召华

摘要：以三节伸缩臂架的登?平台消防?为例，描述伸缩机构的组成及?作原理，对伸出钢丝绳和回拉钢丝绳提出了不同的预紧调节?法，并推导不同预紧?的计算?法。该钢丝绳预紧调节?法为举?消防?设计装配提供了理论依据。

关键词：举?消防?;伸缩机构;钢丝绳预紧;设计?法

中图分类号：U469.6+8 收稿?期：2022-04-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.006

1 前?

随着城市不断发展，?层建筑及?型??的数量越来越多，举?消防?得到?泛应?。对于举?消防?臂架运动可靠性而?，伸缩机构形式及钢丝绳预紧调节尤为重要，因为其直接影响到臂架运动的平稳性、安全性及可靠性等。

?前市?上举?消防?伸缩机构常采?油缸与钢丝绳组合驱动的形式[1-3]。而钢丝绳作为?种柔性连接形式，在??重?作?下会出现?然悬垂，为了保证伸缩机构中钢丝绳下垂量在合理范围内，?般需在钢丝绳安装后对其进?预紧，通过预紧可有效地调节钢丝绳悬垂量?小，避免钢丝绳因悬垂量过?导致其与臂筒接触产?磨损和异响[4-5]。同时钢丝绳预紧?不宜过?，否则会增?钢丝绳初始载荷，从而降低伸缩机构的安全系数。本?将以油缸-钢丝绳组合?式为例，探讨举?消防?伸缩机构预紧??小的计算及预紧调节?法。

本?以三节臂举?消防?的伸缩机构为例，系统地阐述了伸出钢丝绳与回拉钢丝绳的预紧?法。伸缩机构的组成及?作原理如图1所?。其?作原理为?、?节臂架之间的运动通过伸缩油缸带动，伸出钢丝绳?端固定在?节臂尾部，绕过?节臂头部的滑轮，另?端固定在三节臂尾部，从而带动三节臂伸出，回拉钢丝绳?端固定在?节臂头部，绕过?节臂尾部的滑轮，另?端固定在三节臂的尾部，从而带动三节臂回收。

2 钢丝绳预紧调节?法

伸缩机构设计中，需根据钢丝绳允许下垂量、钢丝绳允许承载安全系数以及钢丝绳受载荷后产?的?旋扭矩?小等??，综合考虑钢丝绳预紧?的?小。

举?消防?在臂架动作的实际?况中，?般需要臂架变幅到?定?度后再进?伸缩动作，如图2所?。根据臂架伸缩机构受?计算及现场调试实际?况可知，臂架伸缩运动时，伸出钢丝绳为主要承?部件，伸出钢丝绳除受到预紧?外，还需要承受臂架的重?与摩擦?。当主臂处于?平回缩?况时，伸出钢丝绳仅受到预紧?。因此伸出钢丝绳的预紧仅需在?平回缩?况下进?计算。

对于回拉钢丝绳，其在臂架变幅、伸缩过程中，回拉钢丝绳则仅受预紧?的作?（?平回缩除外，?平回缩过程受预紧?与摩擦?），且回拉钢丝绳预紧?会随着臂架变幅?度的变化而变化，因此在考虑回拉钢丝绳预紧时，需系统分析回拉钢丝绳在臂架变幅过程中的受?情况。

根据不同的受?情况，伸出钢丝绳和回拉钢丝绳在预紧调节?法上有所不同。

2.1 伸出钢丝绳预紧?调节?法伸出钢丝绳预紧??小设计思路如图3所?，伸出钢丝绳预紧??小不仅需要使钢丝绳悬垂量在合理范围，而且需保障钢丝绳仅在预紧?作?时，能抵抗钢丝绳受?后产?的反向?矩，防?钢丝绳固定螺?松弛[6]。伸缩机构设计中，根据臂筒内部空间结构尺?，钢丝绳最?允许悬垂量被限定，利?悬链线理论可研究钢丝绳的张紧?、下垂量和弦距等重要参数，当钢丝绳下垂量已知，即可求出两端的预紧?[7-8]。

（10）

（11）

式中，F 为?节臂前下滑块?撑?，N;F 为三节臂后上 N 1 N 2滑块?撑?，N;F 为?作?、?臂和曲臂上的?转化到 三臂铰点处的?，N;M 为?作?、?臂和曲臂上的?转 化到三臂铰点处的?矩，N·m;G 为三臂及附件的重量， 3kg;θ为主臂变幅?度，（°）。

（12）

式中，μ为滑块与臂架间的摩擦因数，有润滑。将公式（10）、公式（11）代?公式（12）中即可求出三臂与?臂之间总摩擦?f。3

采?隔离法对三臂受?分析，如图7所?，沿臂架伸缩?向建?平衡?程，图7a为臂架伸出时三臂受?情况，可求出伸出钢丝绳所受的?F ：

（ 13）

图7b为臂架回收时三臂受?情况，摩擦?的?向与伸出时?向相反，可求出回拉钢丝绳所受的?F ：

（ 14）

式中，G 为三节臂重量（含?作?、?臂、曲臂及其附件），kg。

根据公式（13）和公式（14），可分别算出伸出钢丝绳和回拉钢丝绳所需的螺杆预紧?。

在满?钢丝绳允许承载安全系数的前提下，对于伸出钢丝绳而?，选择施加的预紧?必须同时满??平状态时下垂量要求和螺杆拧紧?矩要求，故实际施加预紧?的?小应是?者间的较?值。

2.2 回拉钢丝绳预紧?调节?法

回拉钢丝绳预紧?调节?法如图8所?，与伸出钢丝绳不同，回拉钢丝绳所需预紧??小除考虑其在?平?况预紧??小与抵抗钢丝绳受?后产?的反向?矩外，还需要考虑其在变幅过程中，钢丝绳所需的最小预紧?。

?平?况下下钢丝绳所需预紧?F 、根据螺杆拧紧 1?矩计算预紧?F 的计算?法与伸出钢丝绳的相同，变 幅后臂架伸出时的预紧?F 计算?法如下。

假设伸出链条的弹性模量为K ，回拉钢丝绳的弹性2模量为K ，在不考虑摩擦?的情况下，伸出钢丝绳的伸缩1变化量与回拉钢丝绳的伸缩变化量相等，因此钢丝绳系统简化模型如图9所?，F 表??平状态伸出钢丝绳初 伸始预紧?，F 表??平状态回拉钢丝绳初始预紧?。

建?伸出钢丝绳和回拉钢丝绳之间预紧?的关系?程如下： （15）

（16）

其中，M为臂架质量，kg;θ为臂架变幅?度，°;F 为 变幅后伸出钢丝绳初始预紧?，N; 为变幅后回拉钢丝绳初始预紧?，N。

由于?者伸缩变化量相等，可得出： （17）

由此可得，回拉钢丝绳受?变化量ΔS如下： （18）

从而可得回拉钢丝绳?平状态初始预紧?与变幅后初始预紧?之间的关系： （19）

由公式（19）可知变幅?度和回拉鋼丝绳预紧?之间的关系，当变幅?度增?时，钢丝绳下垂最低点会朝向低固定端移动，因此需计算此时钢丝绳下垂量是否满?设计要求。

钢丝绳变幅状态下悬链线?意图如图10所?，图中C、D分别代表钢丝绳?端固定点及另?端槽轮位置，将坐标系y轴固定在C点，x轴垂直于y轴平?于?平?。C点坐标为，D点坐标为y ，计算如下：

（20）

（21）

（22）

（23）

式中，α为悬链线在D点的切线与?平?向的夹?，（°）;θ为臂架变幅夹?，（°）。

假设此时下垂最低点的坐标为（x ，y ），经过该点的切 k k线斜率与C、D点连线的斜率相等，由此可得：

（24）

由公式（24）求出x ，将x 代?公式（1）求出y 。

k k k则点（x ，y ），到C、D点连线的距离计算如下：

（25）

由此可判断距离d是否满?设计要求。

对于回拉钢丝绳而?，在满?钢丝绳允许承载安全系数的前提下，选择施加的预紧?必须同时满?三个??的要求，故实际施加预紧?的?小应是三者间取最?值。

3 结语

本?以三节伸缩臂架的登?平台消防?为例，从理论设计与实际应?的?度分析钢丝绳受?情况，在满?钢丝绳允许承载安全系数的前提下，伸出钢丝绳的预紧?需同时满?下垂量要求和螺杆拧紧?矩要求，而回拉钢丝绳则需满??平状态和变幅状态时下垂量要求，以及螺杆拧紧?矩要求。针对伸出钢丝绳和回拉钢丝绳提出不同的预紧调节?法，并推导出不同预紧?的求算?法，为举?消防?伸缩机构的设计装配提供了理论依据。

参考?献：

[1] ?鹏?，刘志斌，徐国荣，等.登?平台消防?臂架伸缩机构设计研究[J].制造业?动化，2011， 33（20）：123-127.

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[3] ?鹏?，吴攀攀，徐国荣，等.举升类臂架伸缩机构分析与研究[J].机械制造，2012（9）：20-21.

[4] 张玖.多级伸缩臂油缸钢丝绳同步伸缩结构动静态特性研究[D].哈尔滨：哈尔滨?业?学，2009.

[5] 吴义成.伸缩机构的研究与设计[J].机电?程技术，2013（9）：115-117.

[6] 程建?.?空作业?臂架伸缩机构受?分析[J].建筑机械，2016（10）：80-83+74.

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[8] 邢富冲.悬链线弛垂度的计算?法[J].数学的实践与认识，2004，34（11）：98-101.

[9] 孟令锐.登?平台消防?臂架结构分析与研究[D].?春：吉林?学，2016.

作者简介：周敏，男，1987年?，?程师，研究?向为消防?辆设计开发。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB