大直徑卷筒繩槽底徑測量工裝設計研究

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摘要：針對岸橋集裝箱起重機配套的起升卷筒繩槽底徑精度要求較高，四聯繩槽底徑公差保證一致，相互偏差＜0.09mm；因卷筒繩槽底徑為螺旋式，所以目前還沒有測量工具能直接測量出數值，都是用直徑π尺＋深度尺間接測量的問題，設計了卷筒繩槽底徑檢測工具，并對其設計原理、結構和應用進行了詳,介紹，解決了加工后精準測量的問題。

關鍵詞：卷筒繩槽；底徑偏差；檢測工具；工裝設計與應用；大直徑

1序言

隨著港口起重機技術的發展和行業需求，大起重量、高揚程、多吊點的起重機應用越來越多，產量逐漸增大，卷筒上吊點同步性問題越來越被關注，如：水電工程雙吊點起閉機繩槽底徑精度要求在新規范（GB/T1800.1—2020）中提高，應≤h8，且雙卷筒繩槽底徑公差相對差應≤0.5h8[1]，即卷筒直徑公差D＝1250h8（-0-0.165）mm，繩槽底經滿足相對誤差≤±0.0825mm。卷筒是起重機械中起升機構纏繞鋼絲繩的部件，也是重要的受力部件，從結構形式上分螺旋線卷筒和平行折線卷筒。卷筒作為關鍵受力零件，它的制造質量直接影響著起重機的整體性能，特別是集裝箱起重機對卷筒繩槽底徑的公差是關鍵質量控制點，應重點控制。岸橋起升機構的四聯卷筒需要保證其四聯繩槽（見圖1）底徑滿足相對誤差D2－D1（或D3－D1、D4－D1）≤±0.10mm。為解決精度要求高的大直徑卷筒繩槽底徑無法精確測量問題，需要設計工裝直接測量，保證設計和使用要求。

2設計原理分析

（1）設計基礎　因卷筒繩槽底徑為螺旋式，所以目前還沒有測量工具直接測量出數據，都是間接測量反算推理得出數值[2]。一般情況下小直徑高精度卷筒繩槽底徑是由外徑千分尺配合深度尺進行間接測量，但大直徑（＞1200mm）卷筒因外徑千分尺體積較大、價格高及操作不便等因素而應用較少，常見是通過π尺（精度0.02mm）測量卷筒外徑，加工繩槽后再用深度百分表測量繩槽深度，經換算得卷筒底徑尺寸，如圖2、圖3所示。因間接測量繩槽底徑尺寸，總是存在π尺拉緊力不同等影響測量誤差，并與真實值偏差大，再經過鋼絲繩多圈纏繞后得到的繩長差越大[3]，對于起重較大物體（如集裝箱、框架）越會產生偏斜現象，嚴重時存在安全隱患。因此需要設計一種用于大型卷筒繩槽底徑的檢測工裝（見圖4、圖5），能方便地讀出與真實值偏差最小的數據。（2）設計思路　利用外徑千分尺＋內徑百分表的測量原理與結構形狀，結合三坐標測量儀或大型數控機床（數控龍門銑鏜床、落地鏜床等）的高精度測量和加工設備，能校準并修正測量桿，再加上百分表調整范圍和精度，可以將繩槽底徑偏差控制在0.02mm內，將原間接測量改為直接測量，有效地減少人為因素的影響，與真實值更加接近。（3）設計原理　如圖6所示，該測量工裝有類似外徑千分尺的月牙形尺架，在尺架左右兩端分別焊接組裝式固定座和測量桿：左端固定加可調整結構便于調節量程，右端安裝百分表便于讀數和校準，在尺架中間設計吊環孔，方便吊運和測量時輔助吊起直立；吊帶孔下面設置調整頂絲，用于測量時調整中心高度。

3結構設計與測量應用

（1）結構設計　檢測工裝結構（見圖6），尺架采用整塊高強度鋼板用數控火焰切割機割成彎月形，中間鉆孔減小質量和溫度變化應力，頂部焊接加強板并鉆有吊環孔，兩板中間下部鉆攻成螺紋孔并安裝頂絲；尺架左端左側焊接有調整螺栓套筒（由測桿和螺母組成），測桿材料為45鋼，調質后加工成螺紋、球頭淬火處理，提高耐磨性（見圖6中I）；尺架右端右側焊接有開口夾緊座，用于裝配百分表，套筒用螺釘壓緊，既能防止百分表松脫，又能調整行程，還能使百分表刻度盤旋轉和方便讀數；更換測桿長度，適用一定的直徑范圍測量；對于專用直徑和螺距的測量工裝，加工時需要保證左右夾緊座中心距為螺距P，各測量點均與繩槽圓弧底接觸。工裝整體焊接、去應力退火處理后機加工而成。如圖7所示，測量校準棒由無縫鋼管兩端焊接圓鋼組成，圓鋼中空，鉆攻M12螺紋，使調整校準頭量程有一定的加工余量；校準頭一端是螺紋，用于擰入圓鋼中，另一端長30mm，為校準機加工用量，方便在測量桿固定后在數控機床上加工其端面來校準工裝尺寸與公差。如測量f1500mm的槽底，需要將校準棒量程加工成（1500±0.01）mm。（2）測量應用　如圖8所示，繩槽底徑檢測工裝夾在卷筒直徑處，車床上部起重機吊起工裝上下移動，觀察右端百分表指針跳動量，保持左端固定桿球頭與繩槽底徑貼緊（見圖9），上部中間頂絲微調，讀出右端百分表跳動最大值，該值作為直徑點，讀出直徑值和公差（見圖10）；旋轉卷筒90°，再次測量繩槽底徑尺寸公差值，D1～D4每段繩槽至少4次，求得平均值為公差帶，滿足設計要求的四聯繩槽底徑相對誤差D2－D1（或D3－D1、D4－D1）≤±0.045mm。（3）校準　測量卷筒外徑或底徑前，根據量程在三坐標、數控銑鏜床或加工中心上校準測量桿兩圖9　左端固定點端，作為標準值，保證標準值公差±0.01mm。為了驗證測量的正確性和偏差范圍，測量卷筒后可以將測量工裝用測量桿復檢，檢查因使用過程中造成的偏差，以便修正。

4結束語

卷筒繩槽底徑精度偏差是影響該起重機精度的關鍵因素，特別是多繩槽、多吊點及多聯卷筒提升較大物體（如集裝箱、框架）時，要求各繩端高度一致，否則會發生不平衡、偏斜，嚴重時造成事故；該檢測工裝，解決了不能直接測量螺旋槽底徑的問題，且能夠直接讀出底徑公差值，與真實值偏差小，檢測效率高。

參考文獻：

[1]劉剛.起重機卷筒制造關鍵工藝質量控制[J].有色設備，2016（4）：10-14.

[2]張根啟，曾峰.大型卷筒繩槽底徑測量方法淺析[J].中國設備工程，2018（12下）：16-17.

[3]李永福，劉永剛，段君飛，等.一種卷筒繩槽底徑一致性檢測裝置：CN202022088884.4[P].2020-09-22.

作者：李永福 單位：河南衛華重型機械股份有限公司