橋式起重機(jī)雙層卷繞設(shè)計(jì)要點(diǎn)

摘要：本文通過(guò)某電站QD63/20-13 A3電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)30米起升高度雙層卷繞設(shè)計(jì)第二層亂繩問(wèn)題進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致雙層卷繞第二層亂繩的關(guān)鍵因素在于鋼絲繩在第二層折返時(shí)的偏斜角太大，從加粗、加長(zhǎng)卷筒直徑并減小滑輪組倍率幾方面著手，把偏斜角控制在2°以內(nèi)，為大起升起重機(jī)或啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條新的、經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：大起升 雙層卷繞 亂繩 偏斜角

1 概述

2006年，我廠與某水電站簽訂了一臺(tái)QD63/20-13 A3電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，卷?yè)P(yáng)高度是30米。設(shè)計(jì)時(shí)采用雙層卷繞并加長(zhǎng)卷筒的方法設(shè)計(jì)卷繞系統(tǒng)，在交付用戶安裝的過(guò)程中，用戶提出我廠制作的起重機(jī)在第二層發(fā)生較突出的亂繩現(xiàn)象，影響使用。對(duì)于普通起重機(jī)，在起升高度不大的情況下，起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩卷筒一般多采用單層纏繞方式。但隨著起重機(jī)械（包括啟閉機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)）的使用場(chǎng)合不斷擴(kuò)展，高揚(yáng)程起重機(jī)械的使用也越來(lái)越多，解決高揚(yáng)程的關(guān)鍵，在于卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我國(guó)的通用橋式起重機(jī)，卷?yè)P(yáng)高度一般在6-24米內(nèi)。稍高揚(yáng)程22-40米的起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)我認(rèn)為雙層卷繞比較經(jīng)濟(jì)，但必須掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)第二層鋼絲繩才能整齊纏繞。本文通過(guò)某電站QD63/20-13 A3電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)30米起升高度雙層卷繞設(shè)計(jì)第二層亂繩問(wèn)題進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致雙層卷繞第二層亂繩的關(guān)鍵因素在于鋼絲繩在第二層折返時(shí)的偏斜角太大，從加粗、加長(zhǎng)卷筒直徑并減小滑輪組倍率幾方面著手，把偏斜角控制在2°以內(nèi)，為大起升起重機(jī)或啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條新的、經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)思路。

2 雙層卷繞設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

原理：將鋼絲繩繩端固定于卷筒中部，卷筒朝上升方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼絲繩受卷筒上螺旋槽所迫，從中間向兩頭繞于卷筒繩槽上，繞滿碰到端壁時(shí)再向當(dāng)中返回繞第二層。鋪在卷筒繩槽上的鋼絲繩拉力的水平分力指向當(dāng)中，此分力恰與鋼絲繩第二層繞向一致，故能重新繞回。在使用不頻繁的較高起升起重機(jī)上作兩層卷繞時(shí)采用較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用。其簡(jiǎn)圖如下：

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：對(duì)于雙層卷繞和多層卷繞的起重機(jī)械，其第二層以上的偏斜角不能太大，否則鋼絲繩排列不整齊，磨損也厲害。這是此法的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)此偏斜角，一般推薦不大于2°，是按GB3811-83《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的數(shù)值作為推薦值。日本《天井クしニソの計(jì)畫C設(shè)計(jì)》也推薦偏斜角小于2°。原水電部水電總局曾組織過(guò)調(diào)查組對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行過(guò)調(diào)查研究，后來(lái)較多專家和代表的意見(jiàn)也采用偏斜角≤2°。

3 偏斜角α的計(jì)算方法

tan-1α=■

H1=H-■

H為起重機(jī)的起升高度Hmax加吊鉤上極限至卷筒中心的距離，L1為動(dòng)滑輪組中左右最外兩個(gè)滑輪中心之間的距離，卷筒繩槽螺距p等于p=d+(2～4)。

卷筒長(zhǎng)度的計(jì)算方法：L=■

其中p′=(1.1-1.2)d

l─多層卷繞鋼絲繩總長(zhǎng)度，l=Hmaxm；n─多層卷繞層數(shù)；D─卷筒的名義直徑（卷筒槽底直徑）；d─鋼絲繩直徑；m─滑輪組倍率。

4 QD63/20-13 A3電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)卷筒組設(shè)計(jì)

5 問(wèn)題分析

該起重機(jī)d=28.5 L=1168 m=5 D=820 p=32 n=2 H=30000+3421=33421 L1=544

將以上各參數(shù)帶入偏斜角的公式算得偏斜角α=3.3°，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2°。這是導(dǎo)致鋼絲繩在第二層卷繞亂繩甚至跳繩的主要原因。要想使鋼絲繩在第二層排列整齊，就必須減小第二層折返時(shí)的偏斜角α，并控制在2°內(nèi)。

6 解決辦法

一般較高起升高度時(shí)采用加粗卷筒直徑、加長(zhǎng)卷筒，或雙層卷繞的方法，但如果只采用其中之一方法來(lái)解決問(wèn)題是無(wú)法達(dá)到目的的。需要綜合考慮。總體原則是：大起升高度的情況下，應(yīng)采用較小的滑輪倍率，較大的鋼絲繩直徑、卷筒直徑、減速裝置的傳動(dòng)比，起升機(jī)構(gòu)可獲得較小的外形尺寸。同時(shí)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率及鋼絲繩壽命都會(huì)有所提高。

針對(duì)QD63/20-13 A3電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，具體的方法是：將滑輪倍率m=5降低為m=4；卷筒直徑φ820增加至φ1000。詳細(xì)計(jì)算方法如下：

6.1 鋼絲繩最大靜拉力計(jì)算

S=■·■

Q=Q0+3.5%Q0=63×104+3.5%×63×104=652050N

S=60562N

6.2 鋼絲繩直徑計(jì)算

d=C■=0.095■=28.5mm

選6W（19）-28.5-155鋼絲繩。

6．3 卷筒長(zhǎng)度計(jì)算

L=■=■=678

取螺距p=d+2=32，L圓整為704，即L=zp=22×32=704。

6．4 偏斜角α的計(jì)算方法

tan-1α=■=■=1.8°

采用以上措施偏斜角α就已小于2°。解決了導(dǎo)致亂繩的問(wèn)題。

6．5 有時(shí)還可適當(dāng)加大動(dòng)滑輪間距L1的尺寸，綜合多方面來(lái)控制鋼絲繩的偏斜角。

6．6 應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

6．6．1 適當(dāng)減小滑輪倍率便能減少鋼絲繩繞于卷筒上的繞繩量，從而減小卷筒的長(zhǎng)度，達(dá)到減小偏斜角α滿足使用要求的目的。但滑輪倍率減小也會(huì)使減速器的傳動(dòng)比、輸出軸、卷筒及滑輪組受力都增大。因此卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還必須對(duì)卷筒、卷筒軸、滑輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。（本文篇幅有限，不詳細(xì)列舉其計(jì)算過(guò)程）

6．6．2 多層卷繞時(shí)，鋼絲繩磨損較快，在慢速或工作類型為輕級(jí)、中級(jí)的較大起升高度的起重機(jī)或啟閉機(jī)上采用較為合適。

6．6．3 雙層卷繞時(shí)纏繞在卷筒上的鋼絲繩上、下層之間或相鄰的鋼絲繩之間不可避免地會(huì)發(fā)生擠壓，由于擠壓使得相鄰鋼絲繩之間發(fā)生摩擦，從而導(dǎo)致接觸點(diǎn)處的鋼絲繩受到磨損。因此在安裝起升機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼絲繩的預(yù)期壽命在卷筒上預(yù)留1-2圈備用圈，在起重機(jī)檢修和維護(hù)時(shí)，可根據(jù)鋼絲繩的磨損情況定期適當(dāng)竄動(dòng)鋼絲繩，以分散鋼絲繩的磨損部位，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。

7 該方案的局限性

起升機(jī)構(gòu)不能最大限度的采用標(biāo)準(zhǔn)部件。

8 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方案對(duì)較大起升高度的設(shè)計(jì)提出了一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路，在實(shí)踐中很有運(yùn)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)鐵道出版社.2001.

[2]《天井クしニソの計(jì)畫C設(shè)計(jì)》.日本理工圖畫株式會(huì)社.

[3]羅婉霞，張偉生.雙層卷繞卷筒擋圈的設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械. 1999（11）.