周敏 韓萌 劉召華
摘要：以三節伸縮臂架的登?平臺消防?為例，描述伸縮機構的組成及?作原理，對伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩提出了不同的預緊調節?法，并推導不同預緊?的計算?法。該鋼絲繩預緊調節?法為舉?消防?設計裝配提供了理論依據。
關鍵詞：舉?消防?;伸縮機構;鋼絲繩預緊;設計?法
中圖分類號：U469.6+8 收稿?期：2022-04-20
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.006
1 前?
隨著城市不斷發展，?層建筑及?型??的數量越來越多，舉?消防?得到?泛應?。對于舉?消防?臂架運動可靠性而?，伸縮機構形式及鋼絲繩預緊調節尤為重要，因為其直接影響到臂架運動的平穩性、安全性及可靠性等。
?前市?上舉?消防?伸縮機構常采?油缸與鋼絲繩組合驅動的形式[1-3]。而鋼絲繩作為?種柔性連接形式，在??重?作?下會出現?然懸垂，為了保證伸縮機構中鋼絲繩下垂量在合理范圍內，?般需在鋼絲繩安裝后對其進?預緊，通過預緊可有效地調節鋼絲繩懸垂量?小，避免鋼絲繩因懸垂量過?導致其與臂筒接觸產?磨損和異響[4-5]。同時鋼絲繩預緊?不宜過?，否則會增?鋼絲繩初始載荷，從而降低伸縮機構的安全系數。本?將以油缸-鋼絲繩組合?式為例，探討舉?消防?伸縮機構預緊??小的計算及預緊調節?法。
本?以三節臂舉?消防?的伸縮機構為例，系統地闡述了伸出鋼絲繩與回拉鋼絲繩的預緊?法。伸縮機構的組成及?作原理如圖1所?。其?作原理為?、?節臂架之間的運動通過伸縮油缸帶動，伸出鋼絲繩?端固定在?節臂尾部，繞過?節臂頭部的滑輪，另?端固定在三節臂尾部，從而帶動三節臂伸出，回拉鋼絲繩?端固定在?節臂頭部，繞過?節臂尾部的滑輪，另?端固定在三節臂的尾部，從而帶動三節臂回收。
2 鋼絲繩預緊調節?法
伸縮機構設計中，需根據鋼絲繩允許下垂量、鋼絲繩允許承載安全系數以及鋼絲繩受載荷后產?的?旋扭矩?小等??，綜合考慮鋼絲繩預緊?的?小。
舉?消防?在臂架動作的實際?況中，?般需要臂架變幅到?定?度后再進?伸縮動作，如圖2所?。根據臂架伸縮機構受?計算及現場調試實際?況可知，臂架伸縮運動時，伸出鋼絲繩為主要承?部件，伸出鋼絲繩除受到預緊?外，還需要承受臂架的重?與摩擦?。當主臂處于?平回縮?況時，伸出鋼絲繩僅受到預緊?。因此伸出鋼絲繩的預緊僅需在?平回縮?況下進?計算。
對于回拉鋼絲繩，其在臂架變幅、伸縮過程中，回拉鋼絲繩則僅受預緊?的作?（?平回縮除外，?平回縮過程受預緊?與摩擦?），且回拉鋼絲繩預緊?會隨著臂架變幅?度的變化而變化，因此在考慮回拉鋼絲繩預緊時，需系統分析回拉鋼絲繩在臂架變幅過程中的受?情況。
根據不同的受?情況，伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩在預緊調節?法上有所不同。
2.1 伸出鋼絲繩預緊?調節?法伸出鋼絲繩預緊??小設計思路如圖3所?，伸出鋼絲繩預緊??小不僅需要使鋼絲繩懸垂量在合理范圍，而且需保障鋼絲繩僅在預緊?作?時，能抵抗鋼絲繩受?后產?的反向?矩，防?鋼絲繩固定螺?松弛[6]。伸縮機構設計中，根據臂筒內部空間結構尺?，鋼絲繩最?允許懸垂量被限定，利?懸鏈線理論可研究鋼絲繩的張緊?、下垂量和弦距等重要參數，當鋼絲繩下垂量已知，即可求出兩端的預緊?[7-8]。
（10）
（11）
式中，F 為?節臂前下滑塊?撐?，N;F 為三節臂后上 N 1 N 2滑塊?撐?，N;F 為?作?、?臂和曲臂上的?轉化到 三臂鉸點處的?，N;M 為?作?、?臂和曲臂上的?轉 化到三臂鉸點處的?矩，N·m;G 為三臂及附件的重量， 3kg;θ為主臂變幅?度，（°）。
（12）
式中，μ為滑塊與臂架間的摩擦因數，有潤滑。將公式（10）、公式（11）代?公式（12）中即可求出三臂與?臂之間總摩擦?f。3
采?隔離法對三臂受?分析，如圖7所?，沿臂架伸縮?向建?平衡?程，圖7a為臂架伸出時三臂受?情況，可求出伸出鋼絲繩所受的?F ：
（ 13）
圖7b為臂架回收時三臂受?情況，摩擦?的?向與伸出時?向相反，可求出回拉鋼絲繩所受的?F ：
（ 14）
式中，G 為三節臂重量（含?作?、?臂、曲臂及其附件），kg。
根據公式（13）和公式（14），可分別算出伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩所需的螺桿預緊?。
在滿?鋼絲繩允許承載安全系數的前提下，對于伸出鋼絲繩而?，選擇施加的預緊?必須同時滿??平狀態時下垂量要求和螺桿擰緊?矩要求，故實際施加預緊?的?小應是?者間的較?值。
2.2 回拉鋼絲繩預緊?調節?法
回拉鋼絲繩預緊?調節?法如圖8所?，與伸出鋼絲繩不同，回拉鋼絲繩所需預緊??小除考慮其在?平?況預緊??小與抵抗鋼絲繩受?后產?的反向?矩外，還需要考慮其在變幅過程中，鋼絲繩所需的最小預緊?。
?平?況下下鋼絲繩所需預緊?F 、根據螺桿擰緊 1?矩計算預緊?F 的計算?法與伸出鋼絲繩的相同，變 幅后臂架伸出時的預緊?F 計算?法如下。
假設伸出鏈條的彈性模量為K ，回拉鋼絲繩的彈性2模量為K ，在不考慮摩擦?的情況下，伸出鋼絲繩的伸縮1變化量與回拉鋼絲繩的伸縮變化量相等，因此鋼絲繩系統簡化模型如圖9所?，F 表??平狀態伸出鋼絲繩初 伸始預緊?，F 表??平狀態回拉鋼絲繩初始預緊?。
建?伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩之間預緊?的關系?程如下：
（15）
（16）
其中，M為臂架質量，kg;θ為臂架變幅?度，°;F 為 變幅后伸出鋼絲繩初始預緊?，N; 為變幅后回拉鋼絲繩初始預緊?，N。
由于?者伸縮變化量相等，可得出：
（17）
由此可得，回拉鋼絲繩受?變化量ΔS如下：
（18）
從而可得回拉鋼絲繩?平狀態初始預緊?與變幅后初始預緊?之間的關系：
（19）
由公式（19）可知變幅?度和回拉鋼絲繩預緊?之間的關系，當變幅?度增?時，鋼絲繩下垂最低點會朝向低固定端移動，因此需計算此時鋼絲繩下垂量是否滿?設計要求。
鋼絲繩變幅狀態下懸鏈線?意圖如圖10所?，圖中C、D分別代表鋼絲繩?端固定點及另?端槽輪位置，將坐標系y軸固定在C點，x軸垂直于y軸平?于?平?。C點坐標為，D點坐標為y ，計算如下：
（20）
（21）
（22）
（23）
式中，α為懸鏈線在D點的切線與?平?向的夾?，（°）;θ為臂架變幅夾?，（°）。
假設此時下垂最低點的坐標為（x ，y ），經過該點的切 k k線斜率與C、D點連線的斜率相等，由此可得：
（24）
由公式（24）求出x ，將x 代?公式（1）求出y 。
k k k則點（x ，y ），到C、D點連線的距離計算如下：
（25）
由此可判斷距離d是否滿?設計要求。
對于回拉鋼絲繩而?，在滿?鋼絲繩允許承載安全系數的前提下，選擇施加的預緊?必須同時滿?三個??的要求，故實際施加預緊?的?小應是三者間取最?值。
3 結語
本?以三節伸縮臂架的登?平臺消防?為例，從理論設計與實際應?的?度分析鋼絲繩受?情況，在滿?鋼絲繩允許承載安全系數的前提下，伸出鋼絲繩的預緊?需同時滿?下垂量要求和螺桿擰緊?矩要求，而回拉鋼絲繩則需滿??平狀態和變幅狀態時下垂量要求，以及螺桿擰緊?矩要求。針對伸出鋼絲繩和回拉鋼絲繩提出不同的預緊調節?法，并推導出不同預緊?的求算?法，為舉?消防?伸縮機構的設計裝配提供了理論依據。
參考?獻：
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作者簡介：周敏，男，1987年?，?程師，研究?向為消防?輛設計開發。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB
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