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高处作业吊篮安全锁的制动性能分析

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-01-27 10:32
0 前言
    随着我国建筑业的日益发展,用于高层建筑外装修、外墙维修和外墙清洗的高处作业吊篮已得到了越来越广泛的使用.安全锁是高处作业吊篮最重要的安全保护装置,它是一种常开机构.当提升机运行出现国家标准禁止的或是危及作业人员安全的突发工况时,它应自动锁住安全绳,使提升机被强制制动,从而保证作业人员安全.
    根据锁绳原理的不同,安全锁分摆臂式和离心甩块式两种.前者是当工作绳发生断裂或吊篮倾斜到一定角度时锁绳;后者是当提升机运行速度超过某一极限值时锁绳.本文基于静力学分析,讨论几何参数和安装尺寸等对摆臂式安全锁锁绳性能的影响,旨在为安全锁的设计提供一定的理论指导.
图1 摆臂式安全锁的锁绳机构
    图1 摆臂式安全锁的锁绳机构

    锁绳机构由锁芯、琵琶板和安装销等组成, 如图1 所示.图中实线为工作状态,即锁定钢丝绳状态;双点划线为非工作状态,即钢丝绳可从中自由通过.其工作原理是当工作绳发生断裂或吊篮倾斜到一定角度时,由于琵琶板位置的变化,琵琶板带动锁芯迅速合拢,锁住安全钢丝绳.
1 几何尺寸和安装尺寸对锁绳性能的影响
1.1 锁芯夹槽尺寸对锁紧力的影响
图2 接触面任意一点比压
    图2 接触面任意一点比压
图3 夹槽比压分布图
    图3 夹槽比压分布图
图4 夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线
    图4 夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线
    锁紧力为锁芯与钢丝绳之间的摩擦力.由于夹槽与钢丝绳接触弧上任一点的垂直方向的损耗是不变的,则比压的垂直分量保持不变,如图(2) 所示.故有:
公式1
    由图(3)可知,夹槽与钢丝绳间的径向比压沿接触弧是变化的.取一微弧,设夹槽与钢丝绳接触长度为L,则:
公式2
    对式(2) 积分得:
公式3

    式中为夹槽所张圆心角.
    联立式(1),式(3) 解得:
公式4
    接触面上某一微面积所产生的摩擦力df为:
公式5
    对式(5) 积分得
公式6
    因此当量摩擦系数为
公式7

    式中: μ为钢丝绳与夹槽之间的摩擦系数.图4 给出了μ= 0.5时夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线.不难看出,夹槽所张圆心角越大,当量摩擦系数越大.但为了防止锁绳时两锁芯互相干涉,一般使夹槽所张圆心角小于180 °.
1.2 琵琶板的几何尺寸对锁紧力的影响
    如上所述,安全锁工作时,依靠锁芯和安全钢丝绳之间的摩擦力实现制动.下面通过分析安全锁琵琶板和锁芯的受力说明钢丝绳和锁芯之间的工作摩擦系数与安全锁结构参数之间的关系.
    琵琶板的几何形状如图5 所示.安全锁锁紧时,琵琶板和锁芯的受力情况分别如图6、图7 所示,其中和分别为锁芯对琵琶板的水平和竖直方向正压力, 为重力, 1 和2 分别为琵琶板与销轴、琵琶板与锁芯之间的摩擦系数, 为锁芯与钢丝绳之间的摩擦系数,即式(7) 所示的当量摩擦系数.
2 讨论与结论
    1) 安全锁的制动力是由锁芯与钢丝绳之间的摩擦力提供的,而此摩擦力又与琵琶板和锁芯两者之间的冲击力成正比,所以必须保证锁芯和琵琶板的耐冲击性.否则,一旦由于金属组织缺陷或外形结构缺陷等而导致锁芯断裂或琵琶半半圆孔变形过大,安全锁的安全性能就不能保证.
    2) 国家标准要求,安全钢丝绳和工作钢丝绳应采用相同的型号和规格,但实践表明,同样直径的钢丝绳,股数越多,所能提供的摩擦力越大,所以为进一步保证安全锁的安全性能,可选择安全钢丝绳的股数比工作钢丝绳的股数多.
    3)琵琶板和锁芯夹槽的几何参数、安全锁的安装尺寸对安全锁的制动性能有重要影响.夹槽所张圆心角越大,锁绳性能越好;琵琶板月牙孔的几何中心到销轴几何中心的距离以及琵琶板二月牙孔的几何中心之间的距离越大,锁绳性能越好;摆臂的旋转中心到工作钢丝绳出绳口的竖直距离以及到工作钢丝绳的水平距离越大,锁绳性能越好.

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