新型天車鋼絲繩更換方法的設計與應用

陸湧浩

（天津天鐵冶金集團石灰石礦,河北涉縣056404）

1 引言

天車鋼絲繩是天車起升系統中的主要承載件，在天車吊裝作業運行中，鋼絲外層由于磨損和疲勞而逐漸產生斷絲。當斷絲達到一定程度，會引起整根鋼絲繩斷裂，給生產帶來損失，因此，當斷絲數達到一定數值時應及時更換新鋼絲繩。天鐵集團煉鋼廠天車的工作條件差、起重量大、運行率高，在持續工作的狀態下潤滑效果得不到保證，造成鋼絲繩的使用壽命降低，加速了鋼絲繩的更換頻率。正常更換一次天車鋼絲繩需要8人配合，用時4～5 h才能完成鋼絲繩更換工作，嚴重影響生產的正常運行。為了提高鋼絲繩更換速度，經過對天車構造及控制系統進行研究分析后，探索出快速更換天車鋼絲繩的新方法。通過實際操作驗證，只需6人在1 h便可完成鋼絲繩更換工作，降低維修人員的勞動強度，提高了工作效率。

2 原更換鋼絲繩方法

天鐵集團煉鋼廠加料跨使用的是3#32 t/5 t型天車，鋼絲繩長度為168 m。原更換方法如下：松開各個鋼絲繩卡子，將舊鋼絲繩扔至地面。再按原順序穿入新鋼絲繩，壓緊鋼絲繩卡子，全過程為全部人工操作。

（1）更換鋼絲繩前需先把新鋼絲繩從24 mm鋼絲繩盤上開卷，鋼絲繩開卷時，應將鋼絲繩盤架空開卷，以防止鋼絲繩在開卷過程中產生扭結，導致強度降低或損壞，見圖1。

鋼絲繩存放于固定的鋼絲繩庫區，庫區由于條件所限只有50 m2，而且由于庫區在轉爐附近，沙石、鐵屑等雜物較多。在鋼絲繩開卷時先將鋼絲繩盤放到托架上，由人工拉拽開卷，單次拉拽只能放出50 m左右的鋼絲繩，這樣一來需要往返數次才能開卷至168 m；且鋼絲繩在拉拽過程中直接與地面接觸，在開卷結束后對鋼絲繩進行截斷。截斷鋼絲繩應采用鋼鋸、鏨子或氣割等方法。為防止鋼絲繩松散，在切斷前先在截斷處的兩邊用鐵絲固定好，切斷后再將繩頭用氣焊封焊，然后再把新鋼絲繩盤成繩盤放到鋼絲繩更換工作現場地面。

圖1 鋼絲繩開卷方法

天車正常工作時，因開卷時鋼絲繩所沾染的沙石和鐵屑等在鋼絲繩與卷筒、鋼絲繩與滑輪之間被相互擠壓摩擦，在擠壓摩擦作用下沙石和鐵屑等就像砂輪一樣對鋼絲繩及滑輪、卷筒造成磨損，嚴重影響鋼絲繩以及滑輪和卷筒的使用壽命。

（2）天車沿下降方向操作天車將主卷揚32 t鉤頭放至地面，確認天車斷電后，維修人員將卷筒兩側固定鋼絲繩的壓板松開，將舊鋼絲繩兩個繩頭從卷筒上卸下后拋至地面，舊鋼絲繩按照NO輪→ML輪→JK輪→AB輪→CD輪→EF輪→GH輪的順序拉出后盤好。

（3）天車工作面維修人員把麻繩由AB輪A側拋下，地面維修人員將40 m新鋼絲繩從CD輪D側穿入，C側穿出；然后地面維修人員將C側穿出的鋼絲繩繩頭用A側拋下的麻繩綁好，天車工作面維修人員拉至天車工作面后，把新鋼絲繩的繩頭從AB輪B側拋下。地面維修人員將從B側拋下的新鋼絲繩繩頭從JK輪J側穿入，K側穿出。

（4）天車工作面維修人員將麻繩從ML輪L側拋下，地面維修人員將K側穿出的新鋼絲繩繩頭用L側拋下的麻繩綁好，天車工作面維修人員將鋼絲繩拉上40 m后由ML輪M側拋下。地面維修人員把M側拋下的新鋼絲繩從NO輪N側穿入，O側拉出20+2×（π×R）≈24 m。這時天車工作面維修人員把麻繩從卷筒的空隙拋下，地面維修人員用從卷筒空隙拋下的麻繩把O側拉出的24 m新鋼絲繩綁好后再由天車面維修人員拉至卷筒P側固定鋼絲繩。

此時工作量剛完成一半，耗時已達2 h。天車維修人員拉拽新鋼絲繩時，地面維修人員需默契配合天車工作面將新繩盤開盤，以利天車工作面拉拽，并防止新鋼絲繩在開盤過程中產生扭結。另一側工序同上所述，但須將盤好的新鋼絲繩卷放開將新鋼絲繩另一頭找出，以供穿入后續滑輪。此時由于維修人員體力關系耗時需達2.5 h，共計耗時達4.5 h。

3 新型更換鋼絲繩方法

3.1 新型更換鋼絲繩方法

在不考慮滑輪效率因素的情況下，打開兩端固定鋼絲繩的壓板，松開兩端繩頭。將一端繩頭（W側）放下與新繩焊接，卷筒上留n圈安全圈，另一端繩頭由工人拉搭至欄桿QR下。按圖示轉動方向轉動卷筒，Y側鋼絲繩就會沿卷筒轉動切線方向送出過欄桿送至地面，與W側舊繩相連的新鋼絲繩隨之被W側舊繩帶上繞入卷筒，實現新舊鋼絲繩更換，見圖2。

圖2 鋼絲繩更換具體實施過程

3.2 方案的實施

（1）機械力代替人力：由卷筒驅動裝置驅動卷筒旋轉，借助卷筒纏繞力代替人力，實現送舊繩、引新繩。

（2）安全圈數的確定：換繩時舊繩一端拋下接新繩。另一端由工人拉引至欄桿，此時鋼絲繩應在拋下繩重力G產生的轉矩MG和工人拉力產生的轉矩MF及繩與卷筒摩擦產生的轉矩Mf作用下處于平衡狀態，即MF+Mf=MG。如果拋下端重力產生的轉矩大，則兩端不平衡，由此拋下端會拉拽另一端引起溜繩，容易將拉緊另一端繩頭工人的手帶進卷筒與鋼絲繩之間發生擠傷事故。所以應加大摩擦轉矩MF，即留足夠的安全圈以減少人力的需要，避免人拽不住而造成人身和設備事故。

安全圈數確定以鋼絲繩固定處壓力計算公式為依據。鋼絲繩固定處壓板固定鋼絲繩所需壓力S計算公式：

式中：S為鋼絲繩固定處壓板固定鋼絲繩所需壓力；Smax為鋼絲繩最大拉力（此處為鋼絲繩自重）；e為自然對數的底數（e=2.7）；μ為鋼絲繩與卷筒表面間的摩擦系數（取μ=0.16）；α為安全圈在卷筒上的包角（安全圈數為1圈時=2π）。

將鋼絲繩壓板松開，由工人拉緊繩端，由人力代替鋼絲繩壓板的壓緊力，鋼絲繩也可處于平衡狀態，所以鋼絲繩固定處壓板固定鋼絲繩所需壓力S即為所需的工人拉力F。

計算該天車一側在鋼絲繩繞在卷筒上1圈時的鋼絲繩固定處的拉力F，即打開固定鋼絲繩的壓板，工人需付出拉力F拽住該繩端，才能使鋼絲繩處于平衡，從而不至于脫繩。

由于鋼絲繩上涂有潤滑油，2.7 kg對于工人施力來說略顯“費力”。在實際工作中為，發現欲采用新的更換鋼絲繩方法，鋼絲繩在卷筒上留4圈安全圈最為安全可靠，計算結果見下式：

計算結果顯示：當卷筒上卷繞4圈鋼絲繩時打開壓板，工人只需付出力F＞0.16 kg，即可使W側鋼絲繩不至于下滑，見圖3。

3.3 鋼絲繩更換具體實施過程

（1）采用新方法進行鋼絲繩更換時，將天車副勾吊起新鋼絲繩盤，由于繩盤懸空、副鉤可自由旋轉，新鋼絲繩不與地面直接接觸，避免沾染沙石、鐵屑等，并且可避免鋼絲繩在更換過程中產生扭結。

（2）天車沿下降方向轉動卷筒，將主卷揚32 t鉤頭放至地面，直至舊鋼絲繩在卷筒上兩側各剩4圈，松開卷筒P側壓板將P側舊繩頭拋下，將P側拋下的舊鋼絲繩頭焊點與新鋼絲繩頭采用新工藝焊接在一起，圖3中標明了焊點處。

圖3 新型更換鋼絲繩方法

（3）將卷筒I側壓板打開，用改錐先在距P側舊繩頭300 mm處穿刺一孔后引一根鐵絲穿入，把鐵絲綁在欄桿上，沿上升方向轉動卷筒，確定轉動無誤后，絞斷鐵絲。隨著卷筒向上升方向轉動，同時引導I側舊繩頭向欄桿QR方向運動，I側舊繩頭繞過欄桿QR向地面下降，待舊繩下降5 m左右，舊鋼絲繩自重作用下舊繩就會沿垂線下降到地面。

（4）因副鉤鉤頭可作360°旋轉，在舊繩拉動作用下，繩盤自由旋轉，新繩隨之被放出，如發現繩盤轉動太快時可將繩盤快速放置到地面減速。新繩被舊繩帶入動滑輪組的NO輪后依次經ML輪→JK輪→AB輪→CD輪→EF輪→GH輪到達H側。這個過程中，由于卷筒I側繩槽為右旋，在卷筒按上升方向轉動時鋼絲繩會沿IP方向自I點運動至小車中間隔板位置，也就是卷筒中間，小車架中間的隔板會使卷筒上的鋼絲繩亂槽，所以要整理后再繼續工作，處理方法如下：

①先把舊繩W邊由卷筒中間拉至卷筒I側，注意不可太靠近卷筒I側，防止鋼絲繩脫出卷筒，造成人員和設備事故，以卷筒中點至I側方向長度的為宜。

②指揮天車以下降方向轉動卷筒，由于卷筒的螺旋槽為右旋，所以第二圈繩就會向卷筒I側靠攏，當Y邊也靠近來后，即可恢復換繩工作。

（5）待新鋼絲繩的繩在卷筒上纏繞2圈（安全圈）后，用鋼絲繩液壓剪將舊鋼絲繩與新鋼絲繩剪開，保留焊點，以備下次更換時穿鐵絲用。然后固定卷筒I側鋼絲繩，完成P側纏繞2圈后固定鋼絲繩總計耗時1 h。

4 采用新型更換鋼絲繩方法后使用效果

4.1 使用效果

（1）采用以舊帶新法，比原方法減少7次人力拉動，共計長度140 m，節省了大量的人力，在很大程度上降低了勞動強度。

（2）采用以舊帶新法后可節省時間3.5 h，大大提高了企業的經濟效益。

（3）由于省略了開卷，使鋼絲繩不再與地面接觸，避免了附著沙石、鐵屑等雜物，從而有效地延長了鋼絲繩的使用壽命。

4.2 具備特點

綜上所述，新式鋼絲繩更換方法的最大特點是：（1）以舊帶新，新舊相連，省時省力，安全可靠。

（2）可以用于大噸位天車安裝時鋼絲繩的安裝，因大噸位天車鋼絲繩直徑一般較粗，僅靠人力是不可能完成作業，維修人員可用原方法安裝一根細鋼絲繩，然后按上述改進方法把直徑較粗的鋼絲繩安裝完畢。

（3）可用于特殊情況下鉤頭更換，如果在更換鉤頭時，還需要更換鋼絲繩，那么就可以先把舊鉤頭各滑輪中的鋼絲繩割斷，然后按原有次序穿入新鉤頭，再把舊繩斷口焊好，按改進方法把新舊鋼絲繩焊接在一起，就可能省時省力地更換鉤頭與鋼絲繩了。

5 結束語

通過采用新型更換鋼絲繩的方法，降低了維修人員的勞動強度，減少了更換時間，有效延長了鋼絲繩的使用壽命，為企業創造了可觀的經濟效益。

[1]黃靖遠，龔劍霞，賈延林.機械設計學[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]顧迪民.工程起重機[M].北京：中國建筑工業出版社，1988.

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