本發(fā)明具體涉及一種雙折線式卷筒的導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)計方法，常應(yīng)用于大噸位、大起升高度的起重機上。

背景技術(shù)：

隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大型設(shè)施的建設(shè)、大型礦井礦山的開發(fā)、海洋工程的快速發(fā)展和港口裝卸服務(wù)質(zhì)量的提高，推動了大噸位、大起升高度的起重機的需求。鋼絲繩卷筒是起重機鋼絲繩卷繞系統(tǒng)中關(guān)鍵的零部件，在設(shè)計大噸位、高揚程起重機起升機構(gòu)時，傳統(tǒng)的光面卷筒和螺旋槽卷筒已不滿足需要了。這是因為起升高度的加大和起升重量的增加，使鋼絲繩的纏繞量大大增加。傳統(tǒng)的光面卷筒和螺旋型卷筒不適用于進行鋼絲繩多層纏繞，其僅僅能很好地完成單層或者雙層鋼絲繩纏繞。當(dāng)纏繞層數(shù)增多時就會出現(xiàn)亂繩、擠壓的現(xiàn)象，因此越來越多企業(yè)引進了雙折線式卷筒，該卷筒的優(yōu)點是能進行多層纏繞，且能保證鋼絲繩按照指定的纏繞軌跡進行有序的纏繞，減少由于鋼絲繩纏繞亂序?qū)е碌尿T繩、亂繩現(xiàn)象，這大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

如圖1所示，雙折線式卷筒相比螺旋式卷筒在結(jié)構(gòu)上有大致相同點，雙折線式卷筒在繩槽的一個圓周上由75％-80％的直線段和百分之20％-25％的折線段組成。因此鋼絲繩大部分都落在直線繩槽上，保證的鋼絲繩排繩與纏繞的穩(wěn)定性，這就能保持鋼絲繩與卷筒有良好的接觸狀態(tài)，有利于纏繞的平穩(wěn)性。同時鋼絲繩接觸大部分都是線接觸(直線段)，只有在折線段會形成點接觸，這極大的改善了鋼絲繩的摩擦及接觸應(yīng)力，這就給提高鋼絲繩的使用壽命提供了保障。鋼絲繩的初始段一般采用繩卡固定法固定在卷筒上，進行4-5圈的纏繞固定，增加繩子的預(yù)緊力，以防繩子脫離。

在第一層纏繞中卷筒按照繩槽的固定位置嵌入纏繞，每一圈都經(jīng)歷直線段和折線段，而每段折線段的軸向偏移距離為半個繩槽節(jié)距大小，因此每繞過2個折線段就被繩槽軸向推進一個節(jié)距，就完成該圈的螺旋升角。直至纏繞到該層末端時會與該處的導(dǎo)向抬升墊塊強制接觸引導(dǎo)繩子被迫抬升。

導(dǎo)向抬升墊塊一般設(shè)定在該層末端的折線段區(qū)域，通過改變導(dǎo)向墊塊的形狀來引導(dǎo)鋼絲繩在第二層改變旋向，即在折線段區(qū)域上層鋼絲繩與下層鋼絲繩交叉接觸，在直線段會自動纏繞在下一層的形成的繩槽下，以此類推完成卷筒的多層纏繞，可見在纏繞中，導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)定對纏繞的穩(wěn)定性和鋼絲繩的使用壽命有著至關(guān)重要的作用。

在卷筒上多層纏繞的鋼絲繩，層與層之間的纏繞旋向在是相反的，在進行換層交替時，需要在兩側(cè)法蘭擋邊上設(shè)定固定的導(dǎo)向抬升墊塊，用于完成鋼絲繩的爬升以及半個節(jié)距距離的軸向位移。在實際的纏繞工作中，鋼絲繩發(fā)生亂繩現(xiàn)象都是由于導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)計不合理，并且此處的入卷筒的偏角值最大，伴隨著卷筒的不斷纏繞，纏繞進去卷筒的鋼絲繩和兩側(cè)的法蘭擋板之間的間隙不斷減小，嚴重的影響了后續(xù)層鋼絲繩的有序排列，且導(dǎo)向抬升墊塊處的鋼絲繩磨損嚴重，經(jīng)發(fā)現(xiàn)在兩側(cè)的法蘭擋板的導(dǎo)向抬升墊塊處磨損更為嚴重，因此改善導(dǎo)向抬升墊塊的需求迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙折線式卷筒的導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)計方法，解決現(xiàn)有導(dǎo)向抬升墊塊設(shè)計不合理，導(dǎo)致鋼絲繩不能有序排列，且導(dǎo)向抬升墊塊以及與導(dǎo)向抬升墊塊接觸處鋼絲繩磨損嚴重的技術(shù)問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種雙折線式卷筒的導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)計方法，包括如下步驟：

步驟一、建立導(dǎo)向抬升墊塊模型，所述導(dǎo)向抬升墊塊模型包括導(dǎo)向墊塊和抬升墊塊，導(dǎo)向墊塊固定設(shè)置在抬升墊塊的頂部，抬升墊塊的底面與為圓弧面與卷筒表面或者下一層的鋼絲繩相切合，導(dǎo)向墊塊和抬升墊塊靠近卷筒法蘭擋板的側(cè)面共面，且與卷筒法蘭擋板的內(nèi)側(cè)面固連，導(dǎo)向墊塊和抬升墊塊的縱向截面均為矩形；設(shè)定抬升墊塊的寬度為b1，高度為h1，導(dǎo)向墊塊的寬度為b2，高度為h2；b1、h1、b2和h2均為變量參數(shù)；

步驟二、設(shè)定在一圈鋼絲繩中雙折線對應(yīng)的卷筒的圓心角為γ，則在一圈鋼絲繩中一段折線段所對應(yīng)的圓心角為γ/2，即導(dǎo)向抬升墊塊所對應(yīng)的圓心角為γ/2；鋼絲繩剛進入起升狀態(tài)時，抬升墊塊的寬度為t，每層處于直線段的相鄰兩權(quán)鋼絲繩的中心距為t，鋼絲繩的直徑為d，設(shè)定抬升墊塊從起始位置到任一點對應(yīng)圓弧的圓心角參數(shù)變量為θ，

則，當(dāng)0≤θ≤(γt-dγ/2)/3t：

在此階段，鋼絲繩分別與導(dǎo)向墊塊遠離卷筒法蘭擋板的側(cè)面相切和與抬升墊塊的頂面相切；θ＝(γt-dγ/2)/3t時，鋼絲繩爬升到與上層鋼絲繩的等高的位置；

當(dāng)(γt-dγ/2)/3t≤θ≤γ/3：

在此階段，鋼絲繩分別與鋼絲繩分別與導(dǎo)向墊塊遠離卷筒法蘭擋板的側(cè)面抵接和抬升墊塊的頂面抵接；θ＝γ/3，鋼絲繩進入了最高點，與下層鋼絲繩發(fā)生交叉接觸，此時抬升墊塊的寬度為2t/3；

當(dāng)γ/3≤θ≤γ/2：

在此階段，鋼絲繩與抬升墊塊遠離卷筒法蘭擋板的側(cè)面相切，鋼繩槽完成爬升后繼續(xù)軸向移動進入下層相鄰兩圈鋼絲繩形成的繩槽中，則進入直線段，至此鋼絲繩完成換層爬升并軸向偏移的任務(wù)。利于鋼絲繩的穩(wěn)定纏繞，保證了整個纏繞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也能有效的減少纏繞過程中出現(xiàn)的亂繩、爬繩現(xiàn)象。

步驟三、對鋼絲繩與導(dǎo)向墊塊、抬升墊塊所圍成的空間進行填充，形成填充部，填充部的外側(cè)面為弧面，所述外側(cè)面為填充部與鋼絲繩相切合的面。通過設(shè)置填充部，增大鋼絲繩與導(dǎo)向抬升墊塊的接觸面積，防止鋼絲繩過分擠壓導(dǎo)向抬升墊塊，造成導(dǎo)向抬升墊塊、鋼絲繩磨損。

進一步改進，在0≤θ≤(γt-dγ/2)/3t和(γt-dγ/2)/3t≤θ≤γ/3所對應(yīng)的兩段導(dǎo)向墊塊的填充部外側(cè)面連接處圓弧過渡，0≤θ≤(γt-dγ/2)/3t和(γt-dγ/2)/3t≤θ≤γ/3所對應(yīng)的兩段抬升墊塊的填充部外側(cè)面連接處圓弧過渡。圓弧處理后的接觸情況變好了，但是還是存在極少部位接觸不到的情況，但是考慮到實際情況中，鋼絲繩是柔性體，受到載荷后會發(fā)生變形，所以鋼絲繩在爬升過程中與導(dǎo)向抬升墊塊能夠很好的接觸。

進一步改進，所述填充部的外側(cè)面為仿行面，仿行面為模仿鋼絲繩加捻的面，使鋼絲繩在爬升過程中與導(dǎo)向抬升墊塊能夠很好的接觸。

進一步改進，所述抬升墊塊起始端的高度為1-3mm，導(dǎo)向墊塊起始端的寬度為1-3mm，在實際生產(chǎn)制作過程中，導(dǎo)向抬升墊塊的起始端不可能制作的特別薄，因為易對操作人員劃傷，且易折斷，故需要設(shè)定一定的厚度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案具有如下有益效果：

1、依照本設(shè)計方法制作的導(dǎo)向抬升墊塊可以有效改善鋼絲繩在爬升階段鋼絲繩與卷筒法蘭擋板之間的接觸，減少了傳統(tǒng)設(shè)計方法中由于擠壓抬升造成的鋼絲繩磨損嚴重的現(xiàn)象。

2、本發(fā)明涉及的導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)計方法是按照鋼絲繩中心線纏繞軌跡進行設(shè)計的，因此能保證鋼絲繩在換層爬升階段在固定的纏繞軌跡進行纏繞，有利于鋼絲繩的穩(wěn)定纏繞，保證了整個纏繞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也能有效的減少纏繞過程中出現(xiàn)的亂繩、爬繩現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中雙折線卷筒展開圖。

圖2為本發(fā)明所述圓心分別為o1、o2、o3的這鋼絲繩處于爬升起始階段時的縱向截面圖。

圖3為本發(fā)明所述圓心為o1的這圈鋼絲繩在0<θ<(γt-dγ/2)/3t爬升時的縱向截面圖。

圖4為本發(fā)明所述圓心為o1的這圈鋼絲繩在爬升至時的縱向截面圖。

圖5為本發(fā)明所述圓心為o1的這圈鋼絲繩在(γt-dγ/2)/3t<θ<γ/3爬升時的縱向截面圖。

圖6為本發(fā)明所述圓心為o1的這圈鋼絲繩在爬升至θ＝γ/3時的縱向截面圖。

圖7為本發(fā)明所述鋼絲繩爬升階段的俯視圖。

圖8為本發(fā)明所述圓心為o1的這圈鋼絲繩進入下層圓心分別為o2、o3相鄰兩圈鋼絲繩形成的繩槽中時的縱向截面圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚，完整的描述。

一種雙折線式卷筒的導(dǎo)向抬升墊塊的設(shè)計方法，包括如下步驟：

步驟一、建立導(dǎo)向抬升墊塊模型，所述導(dǎo)向抬升墊塊模型包括導(dǎo)向墊塊和抬升墊塊，導(dǎo)向墊塊固定設(shè)置在抬升墊塊的頂部，抬升墊塊的底面與為圓弧面與卷筒表面或者下一層的鋼絲繩相切合，導(dǎo)向墊塊和抬升墊塊靠近卷筒法蘭擋板的側(cè)面共面，且與卷筒法蘭擋板的內(nèi)側(cè)面固連，導(dǎo)向墊塊和抬升墊塊的縱向截面均為矩形；設(shè)定抬升墊塊的寬度為b1，高度為h1，導(dǎo)向墊塊的寬度為b2，高度為h2；b1、h1、b2和h2均為變量參數(shù)；

步驟二、設(shè)定在一圈鋼絲繩中雙折線對應(yīng)的卷筒的圓心角為γ，則在一圈鋼絲繩中一段折線段所對應(yīng)的圓心角為γ/2，即導(dǎo)向抬升墊塊所對應(yīng)的圓心角為γ/2；鋼絲繩剛進入起升狀態(tài)時，抬升墊塊的寬度為t，每層處于直線段的相鄰兩權(quán)鋼絲繩的中心距為t，鋼絲繩的直徑為d，設(shè)定抬升墊塊從起始位置到任一點對應(yīng)圓弧的圓心角參數(shù)變量為θ；

如圖2所示，以卷筒的表面上一條與卷筒中心軸線平行的直線為z軸，以卷筒一端法蘭擋板內(nèi)側(cè)沿卷筒徑向的一條直線為y軸，建立直角坐標系，下層的三圈鋼絲繩的對應(yīng)的圓心分別為o1、o2、o3，圓心為o1的這圈鋼絲繩處于爬升起始階段；圖3為圓心為o1的這圈鋼絲繩在爬升時的縱向截面圖，在此階段，鋼絲繩分別與導(dǎo)向墊塊遠離卷筒法蘭擋板的側(cè)面相切和與抬升墊塊的頂面相切，如圖3所示，圓心為o1的這圈鋼絲繩與導(dǎo)向墊塊的切點為q，與抬升墊塊的切點為k，圓心為o2的這圈鋼絲與抬升墊塊的切點為m，過圓心o2作的水平線分別與過圓心o1、q作的垂線相交與o、c點，過圓心o2作的水平線與y軸相交與t點，過圓心o1作的水平線與y軸相交與n點,直線aq與抬升墊塊的頂面相交與a點，則

得出

隨著圓心為o1的這圈鋼絲繩繼續(xù)爬升，鋼絲繩爬升到與上層鋼絲繩的等高的位置，如圖4所示，圓心o1與抬升墊塊最右側(cè)面共面，即m、o兩點重合，此時：

b2+qo1＝b1；

由此得出導(dǎo)向抬升墊塊第一階段對應(yīng)圓心角的端值

綜上，得出0≤θ≤(γt-dγ/2)/3t時，抬升墊塊第一階段對應(yīng)的b1、h1、b2和h2四個參數(shù)與θ的函數(shù)表達式：

隨著圓心為o1的這圈鋼絲繩繼續(xù)爬升當(dāng)圓心角θ繼續(xù)增加時，圖5為圓心為o1的這圈鋼絲繩在爬升時的縱向截面圖，在此階段，鋼絲繩分別與鋼絲繩分別與導(dǎo)向墊塊遠離卷筒法蘭擋板的側(cè)面抵接和抬升墊塊的頂面抵接，則

得出

隨著圓心為o1的這圈鋼絲繩繼續(xù)爬升當(dāng)圓心角θ繼續(xù)增加時，如圖6所示，為圓心為o1的這圈鋼絲繩在爬升時的縱向截面圖，圓心為o1這圈鋼絲繩位于圓心為o2這圈鋼絲繩的正上方，即圓心為o1這圈鋼絲繩進入了最高點，與下層鋼絲繩發(fā)生交叉接觸，如圖7所示為鋼絲繩的俯視圖，由于鋼絲繩的直徑較大，而每層處于直線段的相鄰兩權(quán)鋼絲繩之間的間隙較小，所以鋼絲繩的直徑d與t近似相等，由三角形相似原理可知，此時抬升墊塊的寬度為2t/3,θ＝γ/3，圖7中，1表示圓心為o1這圈鋼絲鋼絲繩，2表示圓心為o2這圈鋼絲繩，3表示圓心為o1這圈鋼絲繩，4表示卷筒的法蘭擋板，箭頭為鋼絲繩的纏繞方向。

綜上得出(γt-dγ/2)/3t≤θ≤γ/3時，抬升墊塊第二階段對應(yīng)的b1、h1、b2和h2四個參數(shù)與θ的函數(shù)表達式：

圓心為o1這圈鋼絲鋼絲繩進入了最高點后，鋼繩槽完成爬升后繼續(xù)軸向移動進入下層圓心分別為o2、o3相鄰兩圈鋼絲繩形成的繩槽中，圖如8所示，則進入直線段，至此鋼絲繩完成換層爬升并軸向偏移的任務(wù)，則在γ/3≤θ≤γ/2，抬升墊塊第三階段對應(yīng)的b1、h1、b2和h2四個參數(shù)與θ的函數(shù)表達式：

步驟三、對鋼絲繩與導(dǎo)向墊塊、抬升墊塊所圍成的空間進行填充，形成填充部，填充部的外側(cè)面為弧面，所述外側(cè)面為填充部與鋼絲繩相切合的面。在本實施例中，所述填充部的外側(cè)面為仿行面，仿行面為模仿鋼絲繩加捻的面，使鋼絲繩在爬升過程中與導(dǎo)向抬升墊塊能夠很好的接觸。

通過設(shè)置填充部，增大鋼絲繩與導(dǎo)向抬升墊塊的接觸面積，防止鋼絲繩過分擠壓導(dǎo)向抬升墊塊，造成導(dǎo)向抬升墊塊、鋼絲繩磨損。

在本實施例中，在0≤θ≤(γt-dγ/2)/3t和(γt-dγ/2)/3t≤θ≤γ/3所對應(yīng)的兩段導(dǎo)向墊塊的填充部外側(cè)面連接處圓弧過渡，0≤θ≤(γt-dγ/2)/3t和(γt-dγ/2)/3t≤θ≤γ/3所對應(yīng)的兩段抬升墊塊的填充部外側(cè)面連接處圓弧過渡。圓弧處理后的接觸情況變好了，但是還是存在極少部位接觸不到的情況，但是考慮到實際情況中，鋼絲繩是柔性體，受到載荷后會發(fā)生變形，所以鋼絲繩在爬升過程中與導(dǎo)向抬升墊塊能夠很好的接觸。

在本實施例中，所述抬升墊塊起始端的高度為2mm，導(dǎo)向墊塊起始端的寬度為2mm，在實際生產(chǎn)制作過程中，導(dǎo)向抬升墊塊的起始端不可能制作的特別薄，因為易對操作人員劃傷，且易折斷，故需要設(shè)定一定的厚度。

本發(fā)明中未做特別說明的均為現(xiàn)有技術(shù)或者通過現(xiàn)有技術(shù)即可實現(xiàn)，而且本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。