重力夹紧式夹钳装置的夹紧系数

崔天智

摘 要：重力夹紧式夹钳的夹紧力是随被夹持重物的重量大小而变化的，为可靠夹取不同质量的重物，文章引入了夹紧系数的概念，给出了求取夹紧系数的方法，分析了影响夹紧系数的因数。

关键词：冶金起重机；夹钳；夹紧系数

中图分类号：TH21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0050-02

1 概述

夹钳装置是板坯搬运起重机、夹钳起重机、脱锭起重机等冶金起重机的重要取物装置，它直接关系着起重机工作的可靠性和生产率的高低，也影响到起重机自身质量和厂房投资。按照夹取板坯和钢锭时夹紧力生产的方式，夹钳装置可分为动力夹紧式和重力夹紧式两种。

动力夹紧式的夹钳装置，具有驱动夹钳开闭的动力装置，并由此产生必要的夹紧力。驱动装置可以是电动卷扬机械式的，也可以是电力驱动液压式的。

动力夹紧式夹钳装置的优点是：

（1）有较固定的夹持板坯或钢锭的夹紧力。不论夹持重物的质量如何变化，其夹紧力不变。

（2）在夹钳开闭过程中，夹钳钳口只作水平方向或近似水平方向的移动，司机操作比较方便。

（3）夹钳开闭过程中钳口只作水平方向移动，起重机无起升高度上的损失，起重机厂房的高度较低，厂房投资较小。

（4）有较高的生产率。

这种夹钳装置的缺点是：

（1）夹钳装置结构复杂，造价较高。

（2）夹钳装置的外形尺寸及自重较大，起重机的自重因而增大。

（3）需设置为夹钳装置供电的电缆卷筒。

重力式夹钳装置是依靠夹钳的部分零部件的质量和被夹持钢坯或钢锭的质量产生夹紧力的。其结构型式见图1。

重力式夹钳装置的优点：

（1）结构简单、制造方便、价格较便宜。

（2）外形尺寸小，自重轻。

（3）不需要或只需要简单的夹钳开闭机构。

（4）对无动力驱动的开闭机构的夹钳，不需要在小车上配置电缆卷筒。

（5）在夹持800℃以上的高温板坯或钢锭时仍能正常工作。

但这种夹钳装置也有不足之处：

（1）在夹取板坯或钢锭过程中有高度上的损失（闭合过程中钳口在高度上有位移），要求起重机轨面高，增加了厂房的高度。

（2）要求司机有较熟练的操作技术。

由于重力式夹紧式夹钳装置有较大的优点，因此在板坯搬运起重机、夹钳起重机及脱锭起重机中有广泛的应用。

重力夹紧式夹钳装置分为自动开闭和动力开闭两种。两种原理相同。前者较为简单。本文以动力开闭的重力夹紧式夹钳装置为例进行重点阐述。

为使夹钳装置既能适用于等宽板坯，又能适用于夹取连铸机在調整轧制不等宽的板坯时轧出的少数过渡的梯形板坯，夹钳装置采用中间横梁与两个夹钳相铰接的结构，允许两套夹钳在不同钳口开度时，钳口在高度上有一定的差值。

2 重力夹紧式夹钳装置的夹紧系数

衡量重力夹紧式夹钳装置的优劣，主要考虑以下几个方面：

（1）工作的可靠性，即被夹持物不易从钳口脱落的程度。

（2）夹钳装置外形尺寸的大小，它对有效利用厂房面积是至关重要的。

（3）夹钳装置自身质量的大小，直接影响起重机的质量。

（4）夹钳能适用的钳口最大开度和最小开度。

（5）钳口由最大开度到最小开度时有效高度的损失，直接关系到厂房的建筑高度和基建费用的大小。

夹钳装置的可靠性通常用夹紧系数K值的大小来衡量。夹紧系数是夹钳在夹持板坯或钢锭时两个钳口水平力之和与板坯或钢锭质量的比值，K值越大，被夹持物越不易从钳口脱落，夹钳装置的工作就越可靠，但过大的K值既无必要，还会增加夹钳装置的外形尺寸和质量，也会增加有效高度的损失。因此，严格控制夹钳装置在钳口开口度变化时各个开度的夹紧系数最小值的稳定性，是设计夹钳装置首先要考虑的问题。

夹钳装置的夹紧系数分为初始夹紧系数和工作夹紧系数两种，初始夹紧系数是由钳杆、横梁、销轴等部件的自重产生的，它关系到夹钳装置开始夹取板坯或钢锭时工作的可靠性，也关系到夹钳装置在受振动时板坯、钢锭会不会由钳口脱落。对于夹钳起重机，它还关系到受料辊边上时，钢锭会不会由钳口滑脱。工作夹紧系数是夹钳装置正常工作时的夹紧系数。夹钳装置在夹取板坯、钢锭时，其夹持力除外，主要是由被夹持的板坯或钢锭的质量和脱锭力产生的，载荷越大，夹持装置的夹持力也越大。

求取夹钳装置夹紧系数的值可采用解析法或作图法，解析法较为精确，但在对多个钳口开度的夹紧系数进行计算时较为麻烦。而作图法较为简捷和实用，精度也完全能满足设计的要求，故较多采用。在求取夹紧系数K值时，略去夹钳中各铰点的摩擦及有关零件自重对夹紧系数的影响以简化计算作图。

3 影响夹紧系数的因素

3.1 钳杆中部铰点至钳口的尺寸L3的大小

该尺寸由钳口至夹钳中心的水平距离及钳口至钳杆中部铰点的垂直距离两部分组成，它取决于所夹持的板坯的宽度与总高度。在其他尺寸不变的情况下，该尺寸越小，则夹钳的夹紧系数越大，因此在设计时应当尽量减小L3尺寸。该尺寸减小后，在夹钳开度不变的情况下，夹钳由最大开度至最小开度时，钳杆转动角度将变大，这将增加夹钳在闭合过程中无效高度的尺寸。

3.2 钳杆中部铰点的数目

钳杆中部的铰由单铰变为双铰后，夹紧系数将有所增加，因为它减小了L3尺寸并增加了L2尺寸，两个铰点中心间的距离b越大，则夹钳的夹紧系数也越大。

3.3 钳杆中部铰点中心至钳杆上部铰点中心的距离

尺寸L2越大，夹紧系数也越大，但加大了L2尺寸，在钳杆转角不变的情况下，不仅增加了夹钳的总宽度，还增大了板坯堆垛之间的距离，使厂房有效利用面积受到损失。

3.4 夹钳拉杆AC1、AC2与水平线间的夹角

该夹角越小，则夹钳的夹紧系数越大。在夹钳结构形式不变的情况下，过小的夹角会迅速增加拉杆的应力与断面尺寸，加大了夹钳自重。

综上所述，选取适当的夹紧系数，对夹钳装置的可靠性、经济性有非常重要的作用。

参考文献：

[1]GB/T3811.起重机设计规范[S].北京：中国标准出版社.

[2]成大先.机械设计手册（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2008.

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[4]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2013.endprint