歐式起重機(jī)鋼絲繩纏繞偏角的研究★

牛曙光

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

起重機(jī)鋼絲繩纏繞卷筒和滑輪時(shí)必然會(huì)存在一定的偏角，但鋼絲繩中心線與滑輪軸、卷筒軸垂直面之間的夾角應(yīng)盡量小，以避免鋼絲繩與鋼絲繩間或鋼絲繩與繩槽側(cè)面的摩擦。若偏角過大，鋼絲繩繞入或繞出卷筒槽和滑輪槽時(shí)，或沿著繩槽邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)，或在繩槽內(nèi)擺動(dòng)，容易導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)不良纏繞，從而加速鋼絲繩的磨損，且偏角越大造成的磨損越嚴(yán)重，極大地影響鋼絲繩的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鋼絲繩內(nèi)部變形，甚至發(fā)生鋼絲繩跳槽事故。實(shí)踐證明，大部分情況下鋼絲繩的早期破壞是由于受到不合理的彎曲、擠壓、扭轉(zhuǎn)、磨損造成的。

1 歐式起重機(jī)纏繞系統(tǒng)分析

歐式起重機(jī)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)（圖1）與傳統(tǒng)橋式起重機(jī)完全不同。歐式起重機(jī)的上滑輪裝置滑輪、吊具滑輪與卷筒軸線平行，并分兩排布置，鋼絲繩通過上滑輪橫梁里的定滑輪組過渡纏繞吊鉤組，這種結(jié)構(gòu)直接決定了鋼絲繩繞入或繞出卷筒和滑輪的偏角與傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的偏角完全不同。

圖1 歐式起重機(jī)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)

2 鋼絲繩允許偏角的計(jì)算

根據(jù)GB/T 3811規(guī)定，鋼絲繩允許偏角的推薦值：

1）鋼絲繩繞入或繞出滑輪繩槽時(shí)偏斜的最大角度，即鋼絲繩中心線和滑輪軸垂直平面之間的夾角，推薦不大于5°。若設(shè)計(jì)的實(shí)際偏角大于5°，根據(jù)滑輪的幾何尺寸按公式（1）計(jì)算其允許偏角：

式中：β為滑輪繩槽傾角；D為鋼絲繩卷繞直徑；C為滑輪繩槽高度；d為鋼絲繩直徑。

2）鋼絲繩繞入或繞出卷筒繩槽時(shí)偏斜的最大角度，即鋼絲繩中心線和卷筒軸垂直平面之間的夾角，推薦不大于3.5°。鋼絲繩卷筒的允許偏角與卷筒直徑、槽形的具體尺寸有關(guān)，在鋼絲繩與鋼絲繩（逆空槽方向）或鋼絲繩與繩槽側(cè)面（順空槽方向）不產(chǎn)生摩擦的情況下，按公式（2）、（3）計(jì)算其允許偏角：

式中：φ1為鋼絲繩逆空槽方向中心時(shí)鋼絲繩中心線與卷筒軸垂直平面之間的夾角；φ2為鋼絲繩順空槽方向中心時(shí)鋼絲繩中心線與卷筒軸垂直平面之間的夾角；a1為鋼絲繩逆空槽方向中心時(shí)鋼絲繩中心線與繩槽中心線的允許偏角；a2為鋼絲繩順空槽方向中心時(shí)鋼絲繩中心線與繩槽中心線的允許偏角；ε為卷筒繩槽的螺旋升角，按公式（4）計(jì)算。

式中：t為卷筒繩槽節(jié)距；D為鋼絲繩卷繞直徑。

3 鋼絲繩繞入或繞出滑輪時(shí)的偏角分析

鋼絲繩繞入或繞出滑輪時(shí)，鋼絲繩對滑輪的偏角主要考慮從卷筒兩端下來的兩根鋼絲繩進(jìn)入吊鉤動(dòng)滑輪時(shí)的偏角和從吊鉤組動(dòng)滑輪進(jìn)入上滑輪裝置定滑輪時(shí)的偏角。吊鉤動(dòng)滑輪在起升上極限時(shí)，鋼絲繩中心線和滑輪軸垂直平面之間的夾角為最大值。

歐式起重機(jī)鋼絲繩從滑輪槽的出角存在折射現(xiàn)象，而且比傳統(tǒng)橋式起重機(jī)嚴(yán)重。因此在結(jié)構(gòu)布置時(shí)要盡量減少鋼絲繩滑輪偏角（圖2）中的δ的距離，但δ值過小，卷筒工作時(shí)又會(huì)與小車橫梁發(fā)生干涉，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要合理布置。

從圖2可以看出，盡可能增大上極限時(shí)定滑輪與吊鉤動(dòng)滑輪間的垂直距離，可以減小鋼絲繩中心線和滑輪軸垂直平面之間的夾角。但實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中，受制于用戶對起升高度的要求，該方法會(huì)降低凈起升高度，所以應(yīng)該根據(jù)所設(shè)計(jì)的起重機(jī)的橋架結(jié)構(gòu)，再結(jié)合實(shí)際情況，在滿足起升高度的前提下合理減小垂直距離。

圖2 鋼絲繩滑輪偏角

4 鋼絲繩繞入或繞出卷筒時(shí)的偏角分析

鋼絲繩繞入或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩在順空槽和逆空槽方向會(huì)受到不同的限制。順空槽方向只受繩槽本身的限制，逆空槽方向還受到鄰近鋼絲繩的限制，而兩個(gè)方向的偏角都受到卷筒繩槽螺旋升角的影響。

吊鉤動(dòng)滑輪在起升上極限時(shí)，鋼絲繩與卷筒的鉛垂線的夾角為最小值。在卷筒釋放鋼絲繩的過程中，卷筒出繩端的水平位移距離逐漸增大。吊鉤動(dòng)滑輪在起升下極限時(shí)，鋼絲繩與卷筒的鉛垂線的夾角為最大值。所以，我們在驗(yàn)算最大偏斜角時(shí)，只需驗(yàn)算下極限時(shí)夾角是否小于3.5°即可。

從圖3可以看出，在起升機(jī)構(gòu)其他參數(shù)不變的情況下，卷筒在釋放相同圈數(shù)的鋼絲繩時(shí)，減少滑輪組倍率，可增大吊鉤動(dòng)滑輪下降距離，從而可減小鋼絲繩與卷筒軸垂直平面之間的夾角；或者當(dāng)?shù)蹉^動(dòng)滑輪下降相同距離，所需釋放的鋼絲繩圈數(shù)減少，增大卷筒直徑，也可減小鋼絲繩與卷筒軸垂直平面之間的夾角。

圖3 鋼絲繩卷筒偏角

5 結(jié)論

鋼絲繩偏角是影響鋼絲繩壽命的一個(gè)重要因素，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的最大偏角以滿足規(guī)范要求。采取適當(dāng)措施減少鋼絲繩偏角，比如減少滑輪倍率、增大卷筒直徑，或者盡可能增大上極限時(shí)定滑輪與吊鉤動(dòng)滑輪與之間的垂直距離。控制好鋼絲繩偏角，可以使我們設(shè)計(jì)的起重機(jī)產(chǎn)品更具有安全性和可靠性。