钢丝绳张紧装置、张紧方法及工程机械与流程

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种钢丝绳张紧装置、张紧方法及工程机械。

背景技术：

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的起重机械，又称吊车。起重机的起升机构是起吊重物的必备机构，主要由驱动装置、传动装置、卷扬、滑轮组、取物装置和制动装置组成。卷扬是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升重物的装置，钢丝绳是指用多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索，先由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股绕成螺旋状的绳。

在起重机不需要吊重时，通过卷扬将钢丝绳收回并缠绕在卷筒上实现盘绳，目前存在的问题是，起重机的吊钩在空钩起升后，如果再从高空往下吊重物，当重物重量达到一定值但不超载的工况下，会出现“切绳”(又称“勒绳”)问题，即卷扬外层钢丝绳挤进下面的层中，或下层钢丝绳挤到上面的层中。

起重机遇到“切绳”问题时，会造成钢丝绳承受较大的压力和摩擦力，极易造成钢丝绳断丝或在钢丝绳上形成缺口，长期使用后会影响钢丝绳的寿命，而且在后续高空吊重下降时，可能导致强烈的震动，造成整车晃动，甚至出现翻车等重大吊装事故。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种钢丝绳张紧装置、张紧方法及工程机械，能够在收绳负载较小时使钢丝绳收回后整齐缠绕，尽量避免钢丝绳在后续带载时某层的钢丝绳切入其它层中。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钢丝绳张紧装置，包括施力部件和张紧部件，所述张紧部件设在钢丝绳的延伸路径中，所述施力部件与所述张紧部件连接，用于在所述钢丝绳的收绳负载小于预设值时向所述张紧部件施加与所述钢丝绳收回方向相反的外力，以对所述钢丝绳提供张紧力。

进一步地，所述施力部件向所述张紧部件提供的外力小于所述张紧部件与所述钢丝绳之间的静摩擦力。

进一步地，还包括通断部件，所述通断部件设在所述施力部件与所述张紧部件之间，用于在所述钢丝绳的收绳负载小于预设值时接通，以使所述施力部件能够向所述张紧部件提供与所述钢丝绳收回方向相反的外力。

进一步地，还包括控制部件，用于根据所述收绳负载控制所述通断部件和/或所述施力部件的工作状态。

进一步地，所述施力部件包括驱动部件，所述张紧部件包括转动部件，所述钢丝绳绕过所述转动部件设置，所述驱动部件用于向所述转动部件施加与所述钢丝绳收回方向相反的力矩，以对所述钢丝绳提供张紧力。

进一步地，所述转动部件包括主动卷筒，所述主动卷筒与所述驱动部件可操作地连接。

进一步地，所述转动部件还包括随所述主动卷筒一起转动的从动卷筒，所述主动卷筒和所述从动卷筒沿着所述钢丝绳的延伸方向间隔设置，所述钢丝绳以所述主动卷筒和所述从动卷筒为整体进行缠绕。

进一步地，还包括通断部件，所述通断部件设在所述驱动部件与所述主动卷筒之间。

进一步地，还包括至少两个压辊，至少两个所述压辊分别设在所述主动卷筒和所述从动卷筒之间钢丝绳的上下两侧，用于将所述钢丝绳限制在当前的绕绳通道内。

进一步地，上下两侧所述压辊之间的间距大于相应位置处上下钢丝绳之间的距离。

进一步地，所述驱动部件为液压马达，所述液压马达与工程机械上的液压系统连接。

进一步地，还包括溢流阀，所述溢流阀与所述液压马达连接，用于设定所述液压马达向所述转动部件提供的反向力矩。

进一步地，所述转动部件的轴线平行于钢丝绳张紧装置的设置表面，且垂直于所述钢丝绳的延伸方向。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种工程机械，包括上述实施例所述的钢丝绳张紧装置。

进一步地，所述工程机械为起重机。

进一步地，钢丝绳张紧装置设在所述起重机的臂架或转台上。

为实现上述目的，本发明第三方面提供了一种基于上述各实施例钢丝绳张紧装置的张紧方法，包括：

对所述钢丝绳的收绳负载进行判断；

如果所述钢丝绳的收绳负载小于预设值则控制所述施力部件向所述张紧部件提供与所述钢丝绳收回方向相反的外力，以对所述钢丝绳提供张紧力。

进一步地，所述钢丝绳张紧装置包括通断部件，所述通断部件设在所述施力部件与所述张紧部件之间，在判断出所述钢丝绳的收绳负载小于预设值时，所述控制所述施力部件向所述张紧部件提供与所述钢丝绳收回方向相反的外力的步骤具体包括：

控制所述通断部件接通；

所述施力部件向所述张紧部件提供与所述钢丝绳收回方向相反的外力。

基于上述技术方案，本发明的钢丝绳张紧装置，在钢丝绳的延伸路径中设置张紧部件，在钢丝绳的收绳负载小于预设值时，施力部件可向张紧部件施加与钢丝绳收回方向相反的外力，以对钢丝绳提供张紧力。此种钢丝绳张紧装置能够使钢丝绳在收绳负载较小时整齐致密地缠绕，防止钢丝绳在后续带载时某层的钢丝绳切入其它层中，消除由于“切绳”问题带来的不同层钢丝绳之间相互的压力和摩擦力，以提高钢丝绳的使用寿命；而且还能降低钢丝绳带载放绳时产生的震动，以提高工程机械的使用安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的钢丝绳张紧装置安装在起重机上的结构示意图；

图2为本发明起重机用张紧装置的一个实施例的结构示意图；

图3为图2中主动卷筒的结构示意图；

图4为本发明起重机用张紧装置的一个实施例的原理示意图；

图5为图1中钢丝绳张紧装置的放大图。

附图标记说明

1－钢丝绳张紧装置；2－钢丝绳；3－卷扬；4－转台；5－吊钩；6－臂头滑轮组；7－臂头导向滑轮；8－臂架；11－主动卷筒；12－液压马达；13－压辊；14－从动卷筒；15－离合器；16－减速机；17－轴承座；18－基座；81－基本臂；82－延伸臂；151－控制油路。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

发明人注意到，现有技术的起重机在空钩上升工况下，钢丝绳在缠绕在卷筒上的过程中除了受钢丝绳和吊钩的重力外，不受其它任何拉力，导致缠绕在卷筒上的钢丝绳排布松散，不能按层整齐排列。因而，起重机在后续带载下降时，钢丝绳在重物的拉力作用下会伸长，同时直径会减小，这时钢丝绳就会切入下层的相邻钢丝绳之间，而下层的钢丝绳没有力量顶住拉紧钢丝绳的压力，就会使受到重物拉力的钢丝绳切入其它层中，导致上下层钢丝绳之间产生摩擦力，即在压力作用下上层钢绳和卷筒夹住中层钢丝绳，产生较大压力或摩擦力，由此造成钢丝绳的寿命下降。接下来在带载下降时，切入的钢丝绳直接从切入层跳到最上层，由此带来的冲击使整车发生震动，并存在翻车的隐患。

为了提高类似于起重机等工程机械中钢丝绳的使用寿命，应该保证起重机在空钩上升工况下钢丝绳仍能整齐致密地排列，以减小缠绕在卷筒上的各层钢丝绳之间的受力。按照这一思路，首先，本发明提供了一种钢丝绳张紧装置，此种钢丝绳张紧装置不仅可以应用在起重机中，也可以应用在其它带有变幅臂架和具有起升功能的工程机械中。下面给出的实施例将主要以钢丝绳张紧装置应用在起重机中为例进行说明。

如图1所示，起重机上设有转台4，臂架8可变幅地安装在转台4上，臂架8的根部位置设有用于控制钢丝绳2收放的卷扬3，臂架8的臂头设有臂头导向滑轮7和臂头滑轮组6。钢丝绳张紧装置1可设置在转台4、臂架8的基本臂81或臂头上。钢丝绳2的一端从卷扬3拉出后，通过钢丝绳张紧装置1，并依次绕过臂头滑轮组6和臂头导向滑轮7后另一端与吊钩5连接。

如图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，钢丝绳张紧装置1包括：施力部件和张紧部件，张紧部件设在钢丝绳2的延伸路径中，施力部件与张紧部件连接，用于在钢丝绳2的收绳负载小于预设值时向张紧部件施加与钢丝绳2收回方向相反的外力，以对钢丝绳2提供张紧力。其中，收绳负载小于预设值既包括空钩收绳，也包括钢丝绳2受到较小外负载的情况，预设值可在起重机实际工作过程中寻找经验值，是能够保证钢丝绳2收回时整齐缠绕的最小收绳负载。

张紧部件可设在起重机的臂架8或转台4上，图1给出了将张紧部件设在臂架8的基本臂81上的情况，基本臂81上空间较为充裕，不受其它零部件的干扰，而且与卷扬3距离较近，能够达到较好的张紧效果。

此种钢丝绳张紧装置1能够在钢丝绳2的收绳负载较小时，使钢丝绳2在外力的作用下处于紧绷状态进行收绳，以保证钢丝绳2整齐致密地缠绕在卷扬3外表面，防止后续执行吊重作业使钢丝绳2在重物的拉力作用下伸长导致直径减小，从而避免某层的钢丝绳2切入到其它层中，消除由于“切绳”问题带来的不同层钢丝绳2之间产生的相互压力和摩擦力，避免在钢丝绳2上出现缺口或出现断绳现象，以提高钢丝绳2的使用寿命。而且，钢丝绳2整齐致密地缠绕还能降低钢丝绳2带载放绳时产生的震动，提高起重机的作业稳定性，从而提高起重机等工程机械的使用安全性。另外，该装置简单易用，不影响整机系统，可以在现有起重机等工程机械上直接进行改装并应用。

优选地，施力部件向张紧部件提供的外力小于张紧部件与钢丝绳2之间的静摩擦力，张紧部件与钢丝绳2之间保持相对静止。这样能够达到较好的张紧效果，使施力部件向张紧部件提供的外力全部用于产生张紧力，避免钢丝绳2与张紧部件产生的相对滑动抵消部分张紧力。

参考图4，本发明的钢丝绳张紧装置1还可包括通断部件，通断部件设在施力部件与张紧部件之间，用于在钢丝绳2的收绳负载小于预设值时接通，以使施力部件能够向张紧部件提供与钢丝绳2收回方向相反的外力；并在钢丝绳2的收绳负载不小于预设值时断开，以切断施力部件向张紧部件传力的路径，不向钢丝绳2提供张紧力。优选地，如图4所示，通断部件为离合器15，离合器15的工作状态可通过电信号或控制油路来控制。

进一步地，本发明的钢丝绳张紧装置1还可包括控制部件，用于根据收绳负载自动控制通断部件的通断工作状态、和/或施力部件的工作状态。通过设置控制部件，能够根据工况自动控制选择是否启用钢丝绳张紧装置1以及为钢丝绳2施加张紧力的大小。优选地，控制部件为控制器等，既可以单独设置控制器，也可以集成在起重机上实现特定功能的控制器中。

在一种实施例中，张紧部件可以夹持在钢丝绳2的延伸路径上，施力部件直接向张紧部件施加与钢丝绳2收回方向相反的外力，以达到为钢丝绳2增加张紧力的效果。

在另一种实施例中，图2为图1的A向视图，图4给出钢丝绳张紧装置的工作原理图。施力部件包括驱动部件，张紧部件包括转动部件，钢丝绳2绕过转动部件设置，即缠绕在转动部件上，钢丝绳2在卷扬3的转动下沿着箭头B收回，驱动部件用于向转动部件施加与钢丝绳2收回方向相反的力矩(如箭头C所指的方向)，以对钢丝绳2提供张紧力。该实施例不受张紧部件运动行程的限制，更有利于施加张紧力，还能够节省钢丝绳张紧装置1的体积。

其中，转动部件包括主动卷筒11，主动卷筒11与驱动部件可操作地连接，钢丝绳2在通过主动卷筒11时至少缠绕一圈。主动卷筒11与驱动部件之间可设置通断部件，以选择是否通过驱动部件向主动卷筒11施加外力。可操作地连接包括直接连接、通过减速机连接或通过离合器连接等。驱动部件可选择液压马达12或电机等。如图4所示，液压马达12与主动卷筒11连接，用于驱动主动卷筒11转动，液压马达12与主动卷筒11之间可设有离合器15和/或减速机16，离合器15通过控制油路151控制通断状态，减速机16设在主动卷筒11内部。

在此基础上，转动部件还可包括随主动卷筒11一起转动的从动卷筒14，主动卷筒11和从动卷筒14沿着钢丝绳2的延伸方向间隔设置，钢丝绳2以主动卷筒11和从动卷筒14为整体进行缠绕，即钢丝绳2的缠绕中心轴位于主动卷筒11和从动卷筒14之间。连接在臂架8臂头位置的钢丝绳2依次经过主动卷筒11和从动卷筒14后与卷扬3连接。该实施例通过间隔设置两个滚筒，相当于增大了转动部件的体积，从而增大了钢丝绳2的缠绕半径，能够减少钢丝绳2的弯折程度，以提高钢丝绳2的使用寿命。

根据张紧力的需求，随着缠绕圈数的增加，张紧力成指数倍增长，因而可使钢丝绳2在主动卷筒11和从动卷筒14上的缠绕合适的圈数，既能达到较优的张紧效果，也能尽量避免影响钢丝绳2的使用寿命和收绳效率。优选地，钢丝绳2可缠绕3至5圈。

在具体的结构设置中，参考图2和图3，钢丝绳张紧装置1包括基座18，主动卷筒11和从动卷筒14的端部可通过轴承座17支撑在基座18上，离合器15和减速机16设在主动卷筒11的一端，减速机16设在主动卷筒11内部。主动卷筒11和从动卷筒14的轴线平行于设置钢丝绳张紧装置1的臂架8表面，且垂直于钢丝绳2的延伸方向，以降低钢丝绳张紧装置1在臂架8表面的占用高度，并使钢丝绳2尽量贴近臂架8表面，以提高其使用安全性。作为扩展，主动卷筒11和从动卷筒14的轴线也可垂直于臂架8表面设置，并沿着钢丝绳2的延伸方向间隔设置。

图4给出了采用液压马达12作为驱动部件的实施例，液压马达12可直接连接在起重机上的液压系统中，能够充分利用起重机上已有的液压系统，无需增加额外的动力系统，结构简单，成本较低。进一步地，液压马达12可连接溢流阀，用于设定液压马达12向转动部件提供的反向力矩。

优选地，将溢流阀的溢出压力设定成小于钢丝绳2与主动卷筒11之间的静摩擦力。图4所示钢丝绳张紧装置1的工作原理为：在起重机空钩收绳或收绳负载较小时，接通离合器15的控制油路151使离合器15吸合。在钢丝绳2沿着箭头B收回的过程中，主动卷筒11沿着钢丝绳2的收回方向转动，液压马达12一直沿着箭头C转动(参考图2)，由于外接了溢流阀，可使液压马达12向主动卷筒11提供一个较小的持续的反向力矩，从而使钢丝绳2与主动卷筒11之间产生摩擦力，而此摩擦力的绳向分力——张紧力大于液压马达12溢流产生的反向力(图4中箭头D所指方向)，所以钢丝绳2在被卷扬3沿着箭头B收回的过程中，液压马达12一直转动，钢丝绳2在两个卷筒上相对缠绕，一个缠绕，另一个释放，而且钢丝绳2与主动卷筒11和从动卷筒14之间保持相对静止。在不需要启用钢丝绳张紧装置1时，切断离合器15的控制油路151使液压马达12和主动卷筒11分离，此时钢丝绳张紧装置1带给钢丝绳2的摩擦力只有卷筒与轴承座17之间较小的滚动摩擦力，不影响起重机正常放绳和带载超过预设值时的收绳。图2中箭头C所指的液压马达12的转向仅限于减速机16的输入转向与输出转向相同的情况。

在上述实施例的基础上，如图2和图5所示，还包括至少两个压辊13，至少两个压辊13分别设在主动卷筒11和从动卷筒14之间钢丝绳2的上下两侧，用于将钢丝绳2限制在当前的绕绳通道内，保证钢丝绳2在卷筒的绳槽内整齐转动。压辊13的一端可固定在基座18上，并与主动卷筒11和从动卷筒14的轴线平行设置。优选地，上下两侧压辊13之间的间距大于相应位置处上下钢丝绳2之间的距离，以避免压辊13为钢丝绳2的收回增加额外的阻力。

其次，本发明还提供了一种工程机械，包括上述各实施例所述的钢丝绳张紧装置1，任何带有变幅臂架的并具有起升功能的工程机械都在本发明的保护范围之内。通过设置本发明的钢丝绳张紧装置1，能够在钢丝绳2的收绳负载较小时，使钢丝绳2以绷紧的状态整齐致密地缠绕，尽量避免某层的钢丝绳2切入其它层中，减小各层钢丝绳2之间的作用力，以提高钢丝绳2的使用寿命，而且还能降低钢丝绳2后续带载高空放绳时产生的震动，以提高工程机械作业安全性。

优选地，工程机械为起重机，钢丝绳张紧装置1可设在起重机的臂架8(例如基本臂81或臂头)或转台4上。

最后，本发明还提供了一种基于上述实施例钢丝绳张紧装置的张紧方法，在一个实施例中，包括如下步骤：对钢丝绳2的收绳负载进行判断；如果钢丝绳2的收绳负载小于预设值则控制施力部件向张紧部件提供与钢丝绳2收回方向相反的外力，以对钢丝绳2提供张紧力。

在另一个实施例中，钢丝绳张紧装置1中设有通断部件，通断部件设在施力部件与张紧部件之间，在判断出钢丝绳2的收绳负载小于预设值时，控制施力部件向张紧部件提供与钢丝绳2收回方向相反的外力的步骤具体包括：控制通断部件接通；施力部件向张紧部件提供与钢丝绳2收回方向相反的外力。针对图5所示的结构，通断部件为离合器15，可通过控制油路151控制离合器15的通断工作状态。

以上对本发明所提供的一种钢丝绳张紧装置、张紧方法及工程机械进行了详细介绍，这三个主题中的内容可以相互借鉴。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。