大直径卷筒绳槽底径测量工装设计研究

摘要：针对岸桥集装箱起重机配套的起升卷筒绳槽底径精度要求较高，四联绳槽底径公差保证一致，相互偏差＜0.09mm；因卷筒绳槽底径为螺旋式，所以目前还没有测量工具能直接测量出数值，都是用直径π尺＋深度尺间接测量的问题，设计了卷筒绳槽底径检测工具，并对其设计原理、结构和应用进行了详,介绍，解决了加工后精准测量的问题。

关键词：卷筒绳槽；底径偏差；检测工具；工装设计与应用；大直径

1序言

随着港口起重机技术的发展和行业需求，大起重量、高扬程、多吊点的起重机应用越来越多，产量逐渐增大，卷筒上吊点同步性问题越来越被关注，如：水电工程双吊点起闭机绳槽底径精度要求在新规范（GB/T1800.1—2020）中提高，应≤h8，且双卷筒绳槽底径公差相对差应≤0.5h8[1]，即卷筒直径公差D＝1250h8（-0-0.165）mm，绳槽底经满足相对误差≤±0.0825mm。卷筒是起重机械中起升机构缠绕钢丝绳的部件，也是重要的受力部件，从结构形式上分螺旋线卷筒和平行折线卷筒。卷筒作为关键受力零件，它的制造质量直接影响着起重机的整体性能，特别是集装箱起重机对卷筒绳槽底径的公差是关键质量控制点，应重点控制。岸桥起升机构的四联卷筒需要保证其四联绳槽（见图1）底径满足相对误差D2－D1（或D3－D1、D4－D1）≤±0.10mm。为解决精度要求高的大直径卷筒绳槽底径无法精确测量问题，需要设计工装直接测量，保证设计和使用要求。

2设计原理分析

（1）设计基础　因卷筒绳槽底径为螺旋式，所以目前还没有测量工具直接测量出数据，都是间接测量反算推理得出数值[2]。一般情况下小直径高精度卷筒绳槽底径是由外径千分尺配合深度尺进行间接测量，但大直径（＞1200mm）卷筒因外径千分尺体积较大、价格高及操作不便等因素而应用较少，常见是通过π尺（精度0.02mm）测量卷筒外径，加工绳槽后再用深度百分表测量绳槽深度，经换算得卷筒底径尺寸，如图2、图3所示。因间接测量绳槽底径尺寸，总是存在π尺拉紧力不同等影响测量误差，并与真实值偏差大，再经过钢丝绳多圈缠绕后得到的绳长差越大[3]，对于起重较大物体（如集装箱、框架）越会产生偏斜现象，严重时存在安全隐患。因此需要设计一种用于大型卷筒绳槽底径的检测工装（见图4、图5），能方便地读出与真实值偏差最小的数据。（2）设计思路　利用外径千分尺＋内径百分表的测量原理与结构形状，结合三坐标测量仪或大型数控机床（数控龙门铣镗床、落地镗床等）的高精度测量和加工设备，能校准并修正测量杆，再加上百分表调整范围和精度，可以将绳槽底径偏差控制在0.02mm内，将原间接测量改为直接测量，有效地减少人为因素的影响，与真实值更加接近。（3）设计原理　如图6所示，该测量工装有类似外径千分尺的月牙形尺架，在尺架左右两端分别焊接组装式固定座和测量杆：左端固定加可调整结构便于调节量程，右端安装百分表便于读数和校准，在尺架中间设计吊环孔，方便吊运和测量时辅助吊起直立；吊带孔下面设置调整顶丝，用于测量时调整中心高度。

3结构设计与测量应用

（1）结构设计　检测工装结构（见图6），尺架采用整块高强度钢板用数控火焰切割机割成弯月形，中间钻孔减小质量和温度变化应力，顶部焊接加强板并钻有吊环孔，两板中间下部钻攻成螺纹孔并安装顶丝；尺架左端左侧焊接有调整螺栓套筒（由测杆和螺母组成），测杆材料为45钢，调质后加工成螺纹、球头淬火处理，提高耐磨性（见图6中I）；尺架右端右侧焊接有开口夹紧座，用于装配百分表，套筒用螺钉压紧，既能防止百分表松脱，又能调整行程，还能使百分表刻度盘旋转和方便读数；更换测杆长度，适用一定的直径范围测量；对于专用直径和螺距的测量工装，加工时需要保证左右夹紧座中心距为螺距P，各测量点均与绳槽圆弧底接触。工装整体焊接、去应力退火处理后机加工而成。如图7所示，测量校准棒由无缝钢管两端焊接圆钢组成，圆钢中空，钻攻M12螺纹，使调整校准头量程有一定的加工余量；校准头一端是螺纹，用于拧入圆钢中，另一端长30mm，为校准机加工用量，方便在测量杆固定后在数控机床上加工其端面来校准工装尺寸与公差。如测量f1500mm的槽底，需要将校准棒量程加工成（1500±0.01）mm。（2）测量应用　如图8所示，绳槽底径检测工装夹在卷筒直径处，车床上部起重机吊起工装上下移动，观察右端百分表指针跳动量，保持左端固定杆球头与绳槽底径贴紧（见图9），上部中间顶丝微调，读出右端百分表跳动最大值，该值作为直径点，读出直径值和公差（见图10）；旋转卷筒90°，再次测量绳槽底径尺寸公差值，D1～D4每段绳槽至少4次，求得平均值为公差带，满足设计要求的四联绳槽底径相对误差D2－D1（或D3－D1、D4－D1）≤±0.045mm。（3）校准　测量卷筒外径或底径前，根据量程在三坐标、数控铣镗床或加工中心上校准测量杆两图9　左端固定点端，作为标准值，保证标准值公差±0.01mm。为了验证测量的正确性和偏差范围，测量卷筒后可以将测量工装用测量杆复检，检查因使用过程中造成的偏差，以便修正。

4结束语

卷筒绳槽底径精度偏差是影响该起重机精度的关键因素，特别是多绳槽、多吊点及多联卷筒提升较大物体（如集装箱、框架）时，要求各绳端高度一致，否则会发生不平衡、偏斜，严重时造成事故；该检测工装，解决了不能直接测量螺旋槽底径的问题，且能够直接读出底径公差值，与真实值偏差小，检测效率高。

参考文献：

[1]刘刚.起重机卷筒制造关键工艺质量控制[J].有色设备，2016（4）：10-14.

[2]张根启，曾峰.大型卷筒绳槽底径测量方法浅析[J].中国设备工程，2018（12下）：16-17.

[3]李永福，刘永刚，段君飞，等.一种卷筒绳槽底径一致性检测装置：CN202022088884.4[P].2020-09-22.

作者：李永福 单位：河南卫华重型机械股份有限公司