弹性胶体缓冲器在桥式起重机中的应用
李建民
本钢炼钢厂
文章编号：1001－0785（2010）08－0042－02
起重运输机械，特别是桥式起重机、冶金地面车辆等，考虑安全使用，一般均会设计有自动减速装置、限位开关以及缓冲装置，以避免在运行过程中发生碰撞时设备发生损坏，保护人员安全。在事故状态下，自动减速装置和限位开关失效时，缓冲器作为最后一道安全防护装置，更应该慎重选用。
1
结构和性能特点
1. 1
弹性胶体缓冲器结构
弹性胶体缓冲器以弹性胶体为主要填充介质制作而成，其中弹性胶体是2种高分子合成材料，由外筒、活塞杆、密封导向系统、活塞、弹性胶体及缸筒组成，初始赋予缸筒内部的弹性胶体以一定的初始压力。
1. 2弹性胶体的性能特点
（1）弹性胶体的粘度在10000000 20000000cst 之间，是由弹性胶体的粘稠性能形成的，这种情况产生了极高的粘滞摩擦，其值远远高于粘度只有50 500cst 的普通性能。粘度决定了其缓冲减振的性能。
（2）当弹性胶体因施加外力而受压缩时，弹性胶体的内部压力显著上升，当压力增加到4000bar 时，其收缩率约为15%，这一特性和一般液体相似，可压缩性决定了它的弹性性能。
（3）弹性胶体的优点为：在1个单件装置内，弹性胶体能够按照解决问题所需的比例来提供能量消耗和能量存储，从而消除了振动，吸收了外部冲击能量。这一特性与弹簧类似，但它具有高粘度、可压缩性、显著的热稳定性、化学稳定性和不老化等一系列优点。
2工作原理、性能曲线及与传统缓冲器使用对比
2. 1
弹性胶体缓冲器工作原理
（1）压缩过程：在外力作用下，促使活塞杆—42—
本溪117021
压入缸筒内部，导致缸筒内的弹性胶体内部摩擦力上升，在剪力作用下弹性胶体通过活塞和缸筒内径之间的间隙流动，产生粘滞摩擦，速度越高，粘滞摩擦阻力越大。
（2）膨胀过程：被压缩的弹性胶体由于本身存在可压缩性及弹性，当外力减小或者撤销时，弹性胶体膨胀，促使缸筒回复至初始位置，其全部返回是由弹性胶体的初始加压所完成的，此反力同时克服表面摩擦力、粘滞摩擦力以及弹性胶体阻尼力。2. 2
弹性胶体缓冲器的性能曲线
通过弹性胶体缓冲器工作原理可知，当以一定速度冲击弹性胶体缓冲器时，除缓冲器的静反力以外，由于胶体通过环形缝隙流动产生粘滞摩擦力以及弹性阻尼力；当外力减小或撤消后，粘滞摩擦力以及弹性阻尼力成为反作用力。动反力曲线决定了缓冲器的性能，静反力曲线保证缓冲器自动复位；动反力进程曲线和行程所包含的面积即为容量，动反力曲线所包含的面积和容量之比即为吸收率。其性能曲线见图1
。
图1弹性胶体缓冲器的性能曲线
2. 3
弹性胶体缓冲器与传统缓冲器使用对比（1）传统缓冲器存在的问题
传统缓冲器一般以液压缓冲器、橡胶缓冲器、聚氨酯缓冲器、弹簧缓冲器为主，液压缓冲器存在易泄漏、寿命低等问题，同时油液易泄漏至轨道，导致减速力不够，发生滑移，产生安全隐患；
《起重运输机械》
2010（8）
橡胶缓冲器、聚氨酯缓冲器易老化、吸收率低、回程反力过大，安全性及可靠性不够理想；弹簧缓冲器吸收率极低，体积大，容量低，对设备的保护不足，易损坏设备。
（2）弹性胶体缓冲器使用特点
①单位重量设备内容量显著增加，即体积小、容量大；
②相同容量的缓冲器、设备重量及最大反力显著减小，更好地保护设备；
③吸收率高，可以控制在65% 95%之间，最大限度地保护设备。
④弹性胶体缓冲器在初始设计时，就考虑了防尘、防锈等要求，降低使用要求。
⑤弹性胶体缓冲器在外形上可根据用户要求设计外形及尺寸，可采用法兰或者螺纹等各种连接方式，便于安装选型。
⑥弹性胶泥缓冲器是1个独立的储能装置。内部为弹性胶体，外部为钢结构，采用进口优质密封。在正常的情况下可撞击几十万次，无需任何维护。因此从长远的利益看，具有更好的性能价格比。
⑦可以通过改变缸筒内径曲线调整缓冲器性能，更好地满足工作需求。
通过以上使用对比可以看出弹性胶体缓冲器性能优于传统的缓冲器。
3应用案例
现以本钢炼钢厂的1号50t 起重机小车缓冲器为例选型，其原设计为弹簧缓冲器，由于1号50t 起重机吊装工艺位置狭小，每次作业小车缓冲器都要发生碰撞，弹簧缓冲器吸收率低，缓冲器的弹簧经常断裂、底座开焊，缓冲器也容易掉下伤人。小车运行示意图见图2
。
图2小车运行示意图
3. 1计算
弹性胶体缓冲器选型计算公式为
E n ≥E
（1）E =MV 2
/2
（2）
式中E n ———缓冲器所能吸收的最大能量，kJ
《起重运输机械》2010（8）
E ———缓冲器吸收的总能量，kJ M ———冲击物体的质量，t V ———冲击物体的速度，m /s
缓冲器吸收的总能量为
E =MV 2/2
取V =39. 2m /min，M =16. 916t ，则E =MV 2/2=3. 6kJ ，小车一侧为2个缓冲器，单支缓冲器吸收的能量为E /2=1. 8kJ 。3. 2
选型
通过计算选用小车单支缓冲器应符合E n ≥1. 8kJ ，经查表1可以看出型号为Bhc1－e 缓冲器符合要求，其所能吸收的最大能量为3. 3kJ 。
表1
弹性胶体缓冲器选用
型号E n /kJ冲程C /mm
Bhc1－a 0. 112Bhc1－b 0. 4322Bhc1－c 0. 8530Bhc1－d 1. 540Bhc1－e 3. 350Bhc1－f 665Bhc1－g
12
80
3. 3
应用结果
2002年以来采用金自天和品牌的弹性胶体缓
冲器，运行至今状态良好，对设备起到了保护作用，减少安全隐患，保证了安全生产，同时缓冲器性能稳定、寿命长，从长远分析具有很高的性价比。
4结论
弹性缓冲器性能稳定、寿命长，具有很高的安全性价比，其使用性能优于传统的缓冲器性能，在桥式起重机上的应用提高了起重机的安全使用，且弹性胶体缓冲器计算选型简单，应用广泛。
参考文献
［1］GB /T3811—2008
起重机设计规范［
S ］．作者地址：辽宁本溪市本钢炼钢厂邮
编：117021
收稿日期：2010－03－09
—43—
弹性胶体缓冲器在桥式起重机中的应用
李建民
本钢炼钢厂
文章编号：1001－0785（2010）08－0042－02
起重运输机械，特别是桥式起重机、冶金地面车辆等，考虑安全使用，一般均会设计有自动减速装置、限位开关以及缓冲装置，以避免在运行过程中发生碰撞时设备发生损坏，保护人员安全。在事故状态下，自动减速装置和限位开关失效时，缓冲器作为最后一道安全防护装置，更应该慎重选用。
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结构和性能特点
1. 1
弹性胶体缓冲器结构
弹性胶体缓冲器以弹性胶体为主要填充介质制作而成，其中弹性胶体是2种高分子合成材料，由外筒、活塞杆、密封导向系统、活塞、弹性胶体及缸筒组成，初始赋予缸筒内部的弹性胶体以一定的初始压力。
1. 2弹性胶体的性能特点
（1）弹性胶体的粘度在10000000 20000000cst 之间，是由弹性胶体的粘稠性能形成的，这种情况产生了极高的粘滞摩擦，其值远远高于粘度只有50 500cst 的普通性能。粘度决定了其缓冲减振的性能。
（2）当弹性胶体因施加外力而受压缩时，弹性胶体的内部压力显著上升，当压力增加到4000bar 时，其收缩率约为15%，这一特性和一般液体相似，可压缩性决定了它的弹性性能。
（3）弹性胶体的优点为：在1个单件装置内，弹性胶体能够按照解决问题所需的比例来提供能量消耗和能量存储，从而消除了振动，吸收了外部冲击能量。这一特性与弹簧类似，但它具有高粘度、可压缩性、显著的热稳定性、化学稳定性和不老化等一系列优点。
2工作原理、性能曲线及与传统缓冲器使用对比
2. 1
弹性胶体缓冲器工作原理
（1）压缩过程：在外力作用下，促使活塞杆—42—
本溪117021
压入缸筒内部，导致缸筒内的弹性胶体内部摩擦力上升，在剪力作用下弹性胶体通过活塞和缸筒内径之间的间隙流动，产生粘滞摩擦，速度越高，粘滞摩擦阻力越大。
（2）膨胀过程：被压缩的弹性胶体由于本身存在可压缩性及弹性，当外力减小或者撤销时，弹性胶体膨胀，促使缸筒回复至初始位置，其全部返回是由弹性胶体的初始加压所完成的，此反力同时克服表面摩擦力、粘滞摩擦力以及弹性胶体阻尼力。2. 2
弹性胶体缓冲器的性能曲线
通过弹性胶体缓冲器工作原理可知，当以一定速度冲击弹性胶体缓冲器时，除缓冲器的静反力以外，由于胶体通过环形缝隙流动产生粘滞摩擦力以及弹性阻尼力；当外力减小或撤消后，粘滞摩擦力以及弹性阻尼力成为反作用力。动反力曲线决定了缓冲器的性能，静反力曲线保证缓冲器自动复位；动反力进程曲线和行程所包含的面积即为容量，动反力曲线所包含的面积和容量之比即为吸收率。其性能曲线见图1
。
图1弹性胶体缓冲器的性能曲线
2. 3
弹性胶体缓冲器与传统缓冲器使用对比（1）传统缓冲器存在的问题
传统缓冲器一般以液压缓冲器、橡胶缓冲器、聚氨酯缓冲器、弹簧缓冲器为主，液压缓冲器存在易泄漏、寿命低等问题，同时油液易泄漏至轨道，导致减速力不够，发生滑移，产生安全隐患；
《起重运输机械》
2010（8）
橡胶缓冲器、聚氨酯缓冲器易老化、吸收率低、回程反力过大，安全性及可靠性不够理想；弹簧缓冲器吸收率极低，体积大，容量低，对设备的保护不足，易损坏设备。
（2）弹性胶体缓冲器使用特点
①单位重量设备内容量显著增加，即体积小、容量大；
②相同容量的缓冲器、设备重量及最大反力显著减小，更好地保护设备；
③吸收率高，可以控制在65% 95%之间，最大限度地保护设备。
④弹性胶体缓冲器在初始设计时，就考虑了防尘、防锈等要求，降低使用要求。
⑤弹性胶体缓冲器在外形上可根据用户要求设计外形及尺寸，可采用法兰或者螺纹等各种连接方式，便于安装选型。
⑥弹性胶泥缓冲器是1个独立的储能装置。内部为弹性胶体，外部为钢结构，采用进口优质密封。在正常的情况下可撞击几十万次，无需任何维护。因此从长远的利益看，具有更好的性能价格比。
⑦可以通过改变缸筒内径曲线调整缓冲器性能，更好地满足工作需求。
通过以上使用对比可以看出弹性胶体缓冲器性能优于传统的缓冲器。
3应用案例
现以本钢炼钢厂的1号50t 起重机小车缓冲器为例选型，其原设计为弹簧缓冲器，由于1号50t 起重机吊装工艺位置狭小，每次作业小车缓冲器都要发生碰撞，弹簧缓冲器吸收率低，缓冲器的弹簧经常断裂、底座开焊，缓冲器也容易掉下伤人。小车运行示意图见图2
。
图2小车运行示意图
3. 1计算
弹性胶体缓冲器选型计算公式为
E n ≥E
（1）E =MV 2
/2
（2）
式中E n ———缓冲器所能吸收的最大能量，kJ
《起重运输机械》2010（8）
E ———缓冲器吸收的总能量，kJ M ———冲击物体的质量，t V ———冲击物体的速度，m /s
缓冲器吸收的总能量为
E =MV 2/2
取V =39. 2m /min，M =16. 916t ，则E =MV 2/2=3. 6kJ ，小车一侧为2个缓冲器，单支缓冲器吸收的能量为E /2=1. 8kJ 。3. 2
选型
通过计算选用小车单支缓冲器应符合E n ≥1. 8kJ ，经查表1可以看出型号为Bhc1－e 缓冲器符合要求，其所能吸收的最大能量为3. 3kJ 。
表1
弹性胶体缓冲器选用
型号E n /kJ冲程C /mm
Bhc1－a 0. 112Bhc1－b 0. 4322Bhc1－c 0. 8530Bhc1－d 1. 540Bhc1－e 3. 350Bhc1－f 665Bhc1－g
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80
3. 3
应用结果
2002年以来采用金自天和品牌的弹性胶体缓
冲器，运行至今状态良好，对设备起到了保护作用，减少安全隐患，保证了安全生产，同时缓冲器性能稳定、寿命长，从长远分析具有很高的性价比。
4结论
弹性缓冲器性能稳定、寿命长，具有很高的安全性价比，其使用性能优于传统的缓冲器性能，在桥式起重机上的应用提高了起重机的安全使用，且弹性胶体缓冲器计算选型简单，应用广泛。
参考文献
［1］GB /T3811—2008
起重机设计规范［
S ］．作者地址：辽宁本溪市本钢炼钢厂邮
编：117021
收稿日期：2010－03－09
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