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起重机械中的自锁应用方式

发布时间:2025-06-10
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在起重机械中,自锁应用是确保设备安全运行的核心技术之一,主要用于防止重物意外下滑、机构失控或逆向运动。以下是常见的自锁应用方式及其原理、场景和典型案例:
一、机械制动自锁
通过机械结构直接对运动部件施加制动力,阻止其逆向运动,是Z直接的自锁方式。
1. 制动器制动
原理:利用摩擦片、制动轮与闸瓦(或电磁线圈)的摩擦力,在动力切断时立即制动。
电磁制动器:通电时电磁力松开制动闸瓦,断电时弹簧力使闸瓦抱紧制动轮,强制停机。
液压制动器:利用液压压力控制制动闸瓦的开合,常用于大型起重机械(如桥式起重机)。
应用场景:起重机起升机构、运行机构的电机尾部,防止断电或动力中断时重物下滑。
典型案例:塔式起重机的起升电机配备电磁制动器,停机时瞬间制动钢丝绳卷筒。
2. 棘轮棘爪机构
原理:棘轮与传动轴固定连接,棘爪通过弹簧卡住棘轮齿,允许单向转动(如提升方向),阻止逆向转动(如下降方向)。
应用场景:手动葫芦(如倒链)、卷扬机的手动操作机构,防止重物因自重回落。
典型案例:建筑用手动卷扬机中,棘轮棘爪阻止卷筒逆转,确保提升的重物静止。
二、传动机构自锁
利用传动系统本身的力学特性实现自锁,无需额外制动装置。
1. 蜗杆传动自锁
原理:当蜗杆的导程角小于蜗杆与蜗轮材料的摩擦角时,蜗杆可驱动蜗轮,但蜗轮无法反向驱动蜗杆(即 “自锁”)。
应用场景:小型起重机的回转机构、升降平台的减速器,防止负载反驱动电机。
典型案例:某些高空作业平台的回转支承采用蜗杆减速器,确保平台静止时不会因风力等外力自行转动。
2. 螺纹自锁
原理:利用螺纹的螺旋升角小于摩擦角,使螺纹副在轴向载荷下无法自行旋转松脱。
公式:螺旋升角 λ≤arctanμ(μ为摩擦系数)。
应用场景:螺旋千斤顶、螺栓式吊具(如吊环螺栓)。
典型案例:机械千斤顶通过梯形螺纹自锁,支撑重物时无需持续施加动力。
三、重力与结构自锁
利用重物自身重力或机械结构的几何形状实现自锁,常见于夹具或吊具。
1. 重力自锁夹具
原理:夹具的开合由重力驱动,闭合后因重物自重使夹具越夹越紧,无法自行松开。
应用场景:抓斗起重机、集装箱吊具。
典型案例:垃圾抓斗起重机的颚板,抓取垃圾时重力使颚板闭合,提升过程中不会因物料重量自行打开。
2. 楔形自锁结构
原理:利用楔形块的斜面摩擦力,在载荷作用下楔块被压紧,实现自锁。
应用场景:钢丝绳固定端的楔套、吊装用楔形吊具。
典型案例:电梯曳引钢丝绳的末端通过楔套固定,钢丝绳拉力使楔块与套筒间的摩擦力增大,防止滑脱。
四、液压与气压自锁
通过流体系统中的单向阀、平衡阀等元件阻止流体回流,保持执行机构位置。
1. 单向阀(止回阀)
原理:允许液压油或压缩空气单向流动,阻止反向回流,使油缸或气缸保持位置。
应用场景:液压起重机的臂架伸缩油缸、气动葫芦的升降气缸。
典型案例:汽车起重机的变幅油缸配备单向阀,防止臂架因自重回缩。
2. 平衡阀(限速锁)
原理:在回油路上设置平衡阀,当负载下行时产生背压,抑制超速下降并实现自锁。
应用场景:高空作业车的臂架下降回路、港口起重机的集装箱吊具升降系统。
典型案例:高空作业平台的油缸下降时,平衡阀通过控制回油速度防止 “失速”,并在停止时锁定位置。
五、电气控制自锁
通过电气回路实现逻辑自锁,防止误操作或失控,属于非机械自锁但辅助安全。
1. 接触器自锁电路
原理:在电机控制电路中,接触器的辅助常开触点与启动按钮并联,确保松开按钮后接触器持续吸合,电机保持运行。
应用场景:起重机各机构的电机启停控制,防止因按钮松动或误触导致停机。
2. 连锁保护电路
原理:多个开关(如限位开关、安全门开关)串联,任一开关动作即切断动力回路,实现 “自锁” 停机。
应用场景:桥式起重机的舱口门安全保护、塔式起重机的超载限位。
六、组合自锁与安全冗余
为确保可靠性,起重机械常采用多重自锁措施:
案例:塔式起重机的起升机构同时配备:
电磁制动器(动力切断时立即制动);
蜗轮蜗杆减速器(传动自锁,防止逆转);
限位开关(电气自锁,到达极限位置强制停机)。
目的:通过机械、液压、电气等多层面自锁,避免单一装置失效导致事故。
总结:自锁设计的核心原则
可靠性优先:优先选择成熟的机械自锁(如制动器、棘轮),辅以电气或液压自锁作为冗余。
匹配载荷特性:轻载场景可采用螺纹或蜗杆自锁,重载场景必须使用制动器 + 液压平衡阀等组合方案。
定期维护:对制动器摩擦片、棘轮棘爪等易磨损部件定期检查,确保自锁性能始终有效。
起重机械的自锁设计直接关系到人员安全和设备稳定,需结合力学原理、标准规范(如 GB 6067.1-2010《起重机械安全规程》)及实际工况综合考量。
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