1  G30型升降高桿燈的結構特點

G3 0 型 高桿燈 由 燈桿、固 定架、燈 架、卷揚機 和 電 控 系統 等部分 組 成 ( 圖1 )。卷揚 機 啟 動 后,通 過 鋼 絲 繩、滑 輪 組 實 現 燈 架 的整 體 升降。燈 架 的 上、下 極限位 置 由 相 應 的 行 程開 關 來 控 制。

可升降 燈 架 在卷 揚 機 的 驅 動 下 可 以 沿 燈 桿 輕 便 地 升 降,并可 停 留 在 任 意位 置。燈 具 的安裝、維修 和 照 明 覆 蓋面 的調 整 均 可在 地 面 上 進 行,既 保 證 了 操作 人 員 的 安全,減 輕 了勞 動 強 度,又省 去 了 昂貴的高 空 升降車。

為 確 保使 用 安 全,升降 燈 架 上 設 有 防 墜 制 動系統。當 懸 吊鋼絲 繩 l ( 根 主 繩,3 根 副 繩 ) 脫 扣 或拉 斷 時,制 動系統能 立 即實 現緩 沖 式 制 動,從 而 可確保 地面 人 員 的安 全和 燈 架燈 具 等 設 備 不受 嚴重損 壞。

升降 燈 架 由設 在 燈桿 內腔 底部 的卷 揚 機驅 動。卷揚 機 由 電機、安全離 合 器、蝸 輪 蝸 桿減速 器、鋼 絲 繩卷筒 等 組 成。電 機 配 有失 電 制 動器,進 一 步 加 強 了 燈 架位 置 的鎖 定 作 用。

燈 架 中 有3 個 用 彈 簧拉 緊 的 導向 輪,沿 燈 桿 表 面滾 動,保 證燈架 在 升 降 過 程 中 不出 現 橫 向擺動 和 螺 旋 式扭動。當 燈架升 至最高 設 定位 置 時升降 燈 架 的3 個 定 位球 頭插入 桿 頂 固 定三 角架上 相 應 的 定位槽 內,確 保升降 燈 架 在設 計 風 力 的 作 用 下 不產生扭 動。升降燈架 的最 高 行 程 終 點 和 最 低 行 程 終 點由行 程開 關 控制。為 防 止 鋼 絲 繩過 載，傳 動系統 中 設 有 摩擦 式 安 全 離合 器。

圖1 G30型 離 桿燈 簡 圈

2 防墜制動系統設計工況的確定

升 降 燈 架 墜 落 的可能性有4種 情 況:1 ) 主 鋼 絲 繩 拉斷或脫扣, 2 ) 3根副鋼 絲 繩同 時拉斷或脫 扣;3 ) 2根 副 鋼 絲繩 同 時拉 斷 或脫 扣; 4 ) l根 副 鋼 絲繩 拉 斷或脫 扣。由 于主 鋼 絲 繩 安 全系 數較小,所 以 發生 第1 種情 況 的 幾 率 最 大?，F 以 主 鋼 絲 繩拉 斷 或 肚扣 為設 計 工 況，對 升 降 燈 架 防 墜 制 動 系 統進 行 設 計 計 算。

3 燈架防墜制動系統的工作原理

升降 燈 架 上 裝有3 組 防 墜 制 動系統,相互 呈12 0 0配置,在 正 常 情 況 下 副鋼 絲 繩 9 ( 圖 2 ) 繞在 水 平調 節輪8 上。燈 架 重 力 的 作 用通過點K限 制 水平調 節 輪 轉動,鋼 絲 繩處 于 張 緊 狀態.這種 狀 態 具 有 以 下3 個 特點:

圖2  燈 架 防 墜 翻動系 統結構 簡 圈

l ) 燈 架升 降 過程 中 3 個導 向輪 3 在 拉 緊 彈 簧 的 作 用 下始 終 壓 緊 在 燈 桿表 面 上

,因而 消除了 燈架 升 降 過程 中可 能 出 現 的 擺動 或 扭轉。

2 ) 燈桿是 拔銷形 圓錐 體,桿梢與桿底直 徑 差2 7 0 m m。由 于 副鋼 絲 繩 處 在重 力張 緊 狀態,齒條 壓 輪 1 0 將 齒 條下 壓,使齒條 上 的 齒 槽與 止 動 銷 軸 1 1 保持分 離 狀態,允 許齒條 總成 沿 徑 向自 由 移動,保 證 導 向輪始終 在 彈 簧 力 作 用下 壓 緊 于 燈 桿 表面 上。

3 ) 這時 制 動蹄在拉 緊鋼 絲 繩 1 3 的 作 用下 與燈桿表 面 始 終 處于 不 接 觸 狀態,其分離 間 隙 為B。當 導 向輪 及 齒 條 總 成徑 向移 動時,制 動蹄也隨 之 同 步 移 動,但B值 按 一 定 規律有 少 量 變 化。

4制動過程與受力分析

4.1 制動過程

當 懸 吊 鋼 絲 繩 ( 如 主 鋼 絲 繩 ) 拉斷或脫扣時,副 鋼 絲 繩 拉 力 凡 ( 見 圖 2 ) 消失,防 墜 制動 系統各件 同 時 產生 如 下 動 作:1 ) 水 平調節 總 成 繞 自身 支 承 軸 向逆 時針 方 向轉動,其動力 源是拉 緊 彈贊6 的垂直 分 力 T,,與 此 同時 齒條右 端 向 上抬 起,其擺 動 支點為A ; 2 )止 動 銷 軸 1 1 嵌 入 齒 條 上的某 一 齒 槽中,齒條 總 成 無法再 作徑向移動;3 ) 水 平 調 節 總 成 轉動 時 制動 蹄 拉 緊,鋼 絲 繩 1 3 放松,制 動 蹄在彈 簧7的 作 用 下繞 支點R :擺 動

,抱 向 燈桿表面,實 現 制 動。

4.2 制動條件

當 制 動蹄 與 燈桿 表 面 接 觸 時,燈桿 表 面 與 制 動 蹄 表 面 ( 有高 摩 擦 系 數 橡 膠 層 ) 產 生 摩擦力F,和 徑 向 反 力FZ (圖 3 )。有F:=/ t an a 式 中:p 、為 每 個制動蹄 上 所 分 配 的燈 架 重 力; 拜 為 制 動 蹄 橡 膠表 面 與 燈桿表 面 間的 摩 擦 系 數 ;取產 ~0.8 ,a為 制動 蹄 與 燈 桿接 觸時U形架 與 燈 架 的夾角。

圖3 防 墜 制 動 系統 制 動狀 態 受 力簡 圈

略去 制動蹄 拉緊彈簧 的 拉力時，實 現 制 動的 力學條 件為F,/ P、=產 / a tn a)l

當產 = 0.8 時,a tn a<0.8, a<3 8.60 。設 計時 取a(3 00, 實 際 上,在 制 動 狀態 時a=17 ~ 2 60 。

另 外,制動作 用 的 實 現 是 以止 動 銷 軸嵌 入 齒 條 齒 槽 為前 提的,這 時點A和c均 成 為固定點 ( 圖3 )。但在斷 繩 的瞬間 止 動 銷 軸 不一 定 正 好 對準 齒 槽,這 時在 反 力F的 作 用 下,點A向 遠燈桿方向移動,B值 加 大直 至 銷 軸 嵌 入 齒 槽,實 現 可 靠的制動A最 大移 動 距 1個齒 距 ( 40 m m ,這 時 導 向 輪與 燈 桿 脫 離接出 現5 ~4 0m m的 間 隙,只 有3個 制動 蹄起 制 動作 用。

在正 常情 況下,防 墜 制動 系統 能 夠 可 靠 實 現 自 鎖 式 制動。制 動效果 與 燈桿的 錐 度無 關,只是 依靠 3 個 制 動蹄,從相間1 2 0。方向 上 將 下 落的燈 架“抱死”在 燈架 上;制 動 效 果 只 與 摩 擦 系數產、角a有關。燈 架 墜 落 的 總 作 用 力 ( 如 重 力、沖 擊 力 等 )越 大,制 動力也 隨 之相 應 增大。

4.3 二次模式制動過程

在 制 動蹄 與燈桿表 面 存 在 雨 雪、層 等情 況 下摩 擦 系 數 明 顯 減 小,制 動蹄 與 燈桿表面 可能 出 現 滑 移。這 時防 墜 制 動 系統 雖然 能起 到 有效 的緩 沖 作 用,但不能 可靠 地 防 止 升降燈 架 下移,而G3 0 型 高桿燈的 防 墜 制 動 系 統 則 可利 用3個 導 向輪實 現二 次 楔 式 制 。

假 定 制動蹄 在 制 動過 程 中 完全 不 能 阻 止 燈 架 下落,下 滑 距 離 為藝 一 從 一 1式中: b為齒條 齒 間距 離,b ~ 0.0 4; k 為燈 桿 表 面 斜度,k 一 4.5 / 1 0 0 0。將 已 知 數 值 代 入,得 l= 0.0 4 X 1 00 0 / 4.5 = 8.88 9 m完 全 按 自 由 落體計 算,制 動 過程 所 需 時 間 為t =( 2 1 / 夕 )` / 2式 中g為重力加速度,g ~ 9.s m s/, 。將 已 知 數 值代 入,得t =( 2 X 8.88 9 / 9.8 )` / 2 =1.3 55計 算 計 果表明,從完 全 自 由落體角度考 慮,由 下 墜 開 始 至 完 全 制 動 為 止,只 需 要1.3 5:,即接 近 瞬間 制 動,最 大 下 滑距 離 不 超 過g m,不會 危 及地面 人 員 安 全。

5 制動蹄表面與燈桿表面間距 離B的運動學分析

燈 架 升 降 時 導 向 輪 沿燈 桿 斜 面 滾 動,齒 條也 作 同 步 移動,這 時 特 殊 點R,R :,凡 ( 圖 4 )的 坐標值 也 發生 變 化。R 運 動 會直 接 影 響 B值。若 設計或 調整 不 當,燈 架 升 降 到 某 一 位 置 時,B 成O,則 制 動 蹄表 面 與 燈 桿接 觸,燈 架 無 法下 降,即 處 于 制 動 狀 態。為 防 止這 一現 象 出 現,必 須 準 確地 計算 出 燈 架 升降 過程 中值 的 變化 規律,并 確 定 調 整初 始間 隙。

圖4 . B位 隨 燈架 高 度 H 的 變 化

由 圖4 可得方 程式 中:與 提 升高 度 有關 的計 算 過 程 值,q 一 f,( H ) ~a 姍 A :,p ~了2( H ) 二。 in 月 : 汁 為燈桿 斜度 終 為 制 動蹄表 面 至 制 動 蹄支 承 軸 中 心 的 距 離。整 理 得B =了 一 配o sA : 一 創 怡i n A 3式 中: 。為 結 構 尺 寸; A :為 與 燈 架 提升高 度有關 的角 度 ( 計 算 過 程 略 )。計算 結果 見 表1 和 圖 5。

表1 計 算結 果

圖5 燈 架 升降過租中B位的變化曲線

計算 結果 表 明,經 過優化 設 計的制 動系統,其 運 動 學 特 點 是:l ) 間隙B燈 架 所 處 高度 拭不 同 而 變 化;2 ) 最 小間 隙 凡l 。出現在 燈 桿 總 高度的1 2 /處;3 ) 桿 頂 與 桿底部 處 間 隙 最 大;4 ) 間除 變 化 t 只 有 ( 3 3.6 6 一 1 6.3 5 = ) 1 7.25 m m,于3 5 m長 的燈桿,間 隙變 化率 只 有0.0 4 9 %;5 ) 為 防止 升 降 過 程 中 出 現 制 動 現 象 ( B 簇 0 ),燈 架 在 燈 桿 底 部 的 初 始調 整 間隙 應 取為 5 0m m。

6 防墜 制動 系統 可 靠 性試 驗

為驗證防 墜 制 動 系 統的可 靠 性,將G3 0 型 高 桿燈交 國 家 起 重運 輸 機 械 質 量監 督檢驗測試中 心 作 破壞 性 試 驗。

試 驗 方 案 見 圖6。墜 落質 量 與 實 際 使用 工 況 相 符。主 鋼 絲繩 拉 斷或 脫 扣 用 剪斷 方式 模 擬.燈 架 提 升 高 度H 一 2 0 ~3 0m。測 量斷 繩 前 后 燈 架的 高度變 化量八 H ( 即 墜 落 高度 )。試驗 結 果 見表2 及 圖 5?？芍?該 制動 系 統 能 在斷 繩 或 脫 扣 瞬間實 現 制 動,燈 架 下 滑 7 0 一1 5 0m m 對 保 護 照。

圖6 斷繩試驗方案簡圈

表2 斷繩試臉結果

7 結論

G3O型升降高桿燈防墜制動系統的理論計算與 實 際 效 果 完 全 吻 合,制動系統 反應 迅速,動作可 靠,墜 落 件 不 產 生 高 速 墜 落 現 象,下墜 行 程 也 很 小,完 全達到了設 計 要 求。

制 動蹄表 面 貼有 橡 膠 層,既 可增 大摩 擦力,又可起緩沖作用。制 動 蹄 支 承 桿 件 為 半剛 性桿系,避免 了 制運過程 的 粗 暴性。

制動 系 統中 設有 引發 彈 簧,在斷 繩瞬 間 即 可使制動 蹄 與 燈桿表 面 接 觸 和抱 緊,但 又 不是 原地 制動。從 制 動 開 始 到 完 全 制動,制動 蹄u形 架 夾 角 由 大逐漸變小,制 動力則 由 小 逐 漸 加 大。這一緩沖延時過程對保護燈架及燈具十分有利。