新型天車鋼絲繩更換方法的設(shè)計與應(yīng)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(tǒng)中的主要承載件，在天車吊裝作業(yè)運行中，鋼絲外層由于磨損和疲勞而逐漸產(chǎn)生斷絲。當(dāng)斷絲達到一定程度，會引起整根鋼絲繩斷裂，給生產(chǎn)帶來損失，因此，當(dāng)斷絲數(shù)達到一定數(shù)值時應(yīng)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(xù)工作的狀態(tài)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(chǎn)的正常運行。為了提高鋼絲繩更換速度，經(jīng)過對天車構(gòu)造及控制系統(tǒng)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(yīng)將鋼絲繩盤架空開卷，以防止鋼絲繩在開卷過程中產(chǎn)生扭結(jié)，導(dǎo)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(qū)，庫區(qū)由于條件所限只有50 m2，而且由于庫區(qū)在轉(zhuǎn)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(shù)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(jié)束后對鋼絲繩進行截斷。截斷鋼絲繩應(yīng)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(xiàn)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(cè)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(cè)拋下，地面維修人員將40 m新鋼絲繩從CD輪D側(cè)穿入，C側(cè)穿出；然后地面維修人員將C側(cè)穿出的鋼絲繩繩頭用A側(cè)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(cè)拋下。地面維修人員將從B側(cè)拋下的新鋼絲繩繩頭從JK輪J側(cè)穿入，K側(cè)穿出。

（4）天車工作面維修人員將麻繩從ML輪L側(cè)拋下，地面維修人員將K側(cè)穿出的新鋼絲繩繩頭用L側(cè)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(cè)拋下。地面維修人員把M側(cè)拋下的新鋼絲繩從NO輪N側(cè)穿入，O側(cè)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(cè)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(cè)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(chǎn)生扭結(jié)。另一側(cè)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(xù)滑輪。此時由于維修人員體力關(guān)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(cè)）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(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動卷筒，Y側(cè)鋼絲繩就會沿卷筒轉(zhuǎn)動切線方向送出過欄桿送至地面，與W側(cè)舊繩相連的新鋼絲繩隨之被W側(cè)舊繩帶上繞入卷筒，實現(xiàn)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(qū)動裝置驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，借助卷筒纏繞力代替人力，實現(xiàn)送舊繩、引新繩。

（2）安全圈數(shù)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(yīng)在拋下繩重力G產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩MG和工人拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩MF及繩與卷筒摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Mf作用下處于平衡狀態(tài)，即MF+Mf=MG。如果拋下端重力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(fā)生擠傷事故。所以應(yīng)加大摩擦轉(zhuǎn)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(shè)備事故。

安全圈數(shù)確定以鋼絲繩固定處壓力計算公式為依據(jù)。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(shù)的底數(shù)（e=2.7）；μ為鋼絲繩與卷筒表面間的摩擦系數(shù)（取μ=0.16）；α為安全圈在卷筒上的包角（安全圈數(shù)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(tài)，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(cè)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(fā)現(xiàn)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(jié)果見下式：

計算結(jié)果顯示：當(dāng)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(cè)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(zhuǎn)，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(chǎn)生扭結(jié)。

（2）天車沿下降方向轉(zhuǎn)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(cè)各剩4圈，松開卷筒P側(cè)壓板將P側(cè)舊繩頭拋下，將P側(cè)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(biāo)明了焊點處。

圖3 新型更換鋼絲繩方法

（3）將卷筒I側(cè)壓板打開，用改錐先在距P側(cè)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(zhuǎn)動卷筒，確定轉(zhuǎn)動無誤后，絞斷鐵絲。隨著卷筒向上升方向轉(zhuǎn)動，同時引導(dǎo)I側(cè)舊繩頭向欄桿QR方向運動，I側(cè)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(zhuǎn)，在舊繩拉動作用下，繩盤自由旋轉(zhuǎn)，新繩隨之被放出，如發(fā)現(xiàn)繩盤轉(zhuǎn)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(jīng)ML輪→JK輪→AB輪→CD輪→EF輪→GH輪到達H側(cè)。這個過程中，由于卷筒I側(cè)繩槽為右旋，在卷筒按上升方向轉(zhuǎn)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(xù)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(cè)，注意不可太靠近卷筒I側(cè)，防止鋼絲繩脫出卷筒，造成人員和設(shè)備事故，以卷筒中點至I側(cè)方向長度的為宜。

②指揮天車以下降方向轉(zhuǎn)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(cè)靠攏，當(dāng)Y邊也靠近來后，即可恢復(fù)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(cè)鋼絲繩，完成P側(cè)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(jié)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(jié)省時間3.5 h，大大提高了企業(yè)的經(jīng)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(yè)，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(jié)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(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

[1]黃靖遠，龔劍霞，賈延林.機械設(shè)計學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2]顧迪民.工程起重機[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[3]高敏.天車工培訓(xùn)教程[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.