起重機起升機構的冗余設計

姚曉敏，李鵬舉，梁 昊

（山東豐匯設備技術有限公司，山東 濟南 250200）

起重機起升機構的冗余設計

姚曉敏，李鵬舉，梁 昊

（山東豐匯設備技術有限公司，山東 濟南 250200）

[摘 要]介紹專用起重機及其組成部件的安全重要性，指出起重機冗余設計的概念，根據起重機起升機構各組成部分的不同，給出起升機構冗余設計的方法，通過不同類型的起重機，闡述其冗余設計的特點和步驟，說明冗余設計是保證起重機安全的重要措施。

[關鍵詞]起重機；起升機構；冗余設計；安全性

對于重要的起重設備，為保證其高安全性，需要所屬零部件的安全可靠，并對某些部件進行冗余設計。起重機的冗余設計主要是指起升機構的冗余設計，兩套裝置一備一用，或兩套裝置同時獨立工作。而對起重機金屬結構部分進行保守設計（如選用較大的安全系數），來實現金屬結構部分的高安全性。

可以通過增大起重機各種系數（安全系數、高危險度系數等）使金屬結構各個環節有較大富裕，實現保守設計。而對于起升機構，增大系數能使其零件有富余量，但不能增加起升機構的整體可靠性，起升是起重機最基本的功能，如果起升機構發生失效，將對人員或經濟造出特別嚴重的后果。

1 冗余設計簡述

冗余設計即通過重復配置某些關鍵設備或部件，當系統出現故障時，冗余的設備或部件介入工作，承擔已損設備或部件的功能，為系統提供服務，減少宕機事件的發生，就是一備一用，防止正常運轉的一路出現問題而可以及時切換使用，保證了設備及系統運行的連續性。

需要進行冗余設計的起重設備有多種，如冶金行業用鑄造起重機的主起升機構、核電專用起重機的起升機構等。各種行業中，為滿足不同的使用要求，這些起重機起升機構冗余設計的方法也不相同。

2 冗余設計方法

起重機的起升機構由驅動傳動鏈（電動機、聯軸器、制動器、減速機和卷筒）和繞繩系統（鋼絲繩、定滑輪組和吊鉤組）等組成，所以冗余設計分為兩部分：傳動鏈冗余設計和繞繩系統冗余設計。

2.1 傳動鏈冗余設計

起重機的驅動傳動鏈如圖1所示，正常情況下，起升機構需要一條傳動鏈，為避免某些零件失效導致傳動鏈斷裂，通常配置兩套或多套零件，設置兩條傳動鏈，兩套零件并行工作，并且相互連接（圖中虛線來表示）。

圖1 起升機構傳動鏈

鑄造起重機屬于此類，鑄造起重機的主起升機構設置兩套驅動裝置，并在輸出軸剛性連接（主起升機構設置兩套驅動裝置，在輸出軸上無剛性連接時或主起升機構設置一套驅動裝置時，均應在鋼絲繩卷筒上設置安全制動器）。

鑄造起重機采用雙吊點起吊鋼包，吊點間距大，相當于抬吊，常用的驅動傳動示意圖如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 單減速機傳動

圖3 單減速機低速軸同步傳動或者高速軸同步傳動

圖4 三臺減速機傳動或一臺行星減速機加兩臺減速機傳動

傳動鏈的冗余設計還有其他多種類型，其核心方法就是通過傳動鏈上各個零件的重復布置，當某一零件失效時，其他零件能夠分擔其功能，保證傳動鏈的完整性，從而實現傳動功能的連續性。

2.2 繞繩系統冗余設計

繞繩系統由多根鋼絲繩組成，每根鋼絲繩獨立纏繞，并共同工作完成升降作業，核電專用起重機的起升機構屬于此類。

起升機構需要設置多聯卷筒（雙聯或四聯卷筒）和多聯滑輪組（雙聯或四聯滑輪組）。雙聯卷筒：兩根鋼絲繩分支繞入卷筒；四聯卷筒：四根鋼絲繩分支繞入卷筒。

四聯卷筒的形式有：雙螺旋槽雙層纏繞和四螺旋槽單層纏繞。雙螺旋槽雙層纏繞：卷繞在卷筒上的內層鋼絲繩作為外層鋼絲繩的導向槽，內外層鋼絲繩同時卷繞。四螺旋槽單層纏繞：卷筒左右兩端上，每端有兩組平行的螺旋槽，內側兩組螺旋槽對應一根鋼絲繩的兩個繩端，外側兩組螺旋槽對應另一根鋼絲繩的兩個繩端，如圖5和圖6所示。

圖5 雙螺旋槽雙層纏繞

圖6 四螺旋槽單層纏繞

雙聯卷筒的形式有：單卷筒雙螺旋槽單層纏繞和雙卷筒雙螺旋槽單層纏繞，如圖7和圖8所示。圖7中，兩根鋼絲繩獨立工作，一根鋼絲繩在內側的滑輪纏繞，另一根鋼絲繩在外側的滑輪纏繞。圖8中，第一類為鋼絲繩在卷筒兩端固定，向中間纏繞；第二類為鋼絲繩在中間固定，向兩端纏繞。

圖7 單卷筒雙螺旋槽單層纏繞

圖8 雙卷筒雙螺旋槽單層纏繞

核電專用起重機的起升機構有特殊的繞繩方法，如圖6和圖7所示。

3 結 語

對于重要的專用起重機，結構、機構及控制系統等組成部分的安全性是保證整機安全性的基礎。特別是起升機構，必須采用冗余設計，從而保證重要機構的高安全性，必要時可也對整個機構進行全冗余設計。

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（編輯 賈澤輝）

Redundancy design of crane lifting mechanism

YAO Xiao-min, LI Peng-ju, LIANG Hao

［中圖分類號］TH21

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)12-0033-03

［收稿日期］2015-10-30