歐式起重機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）

起重機鋼絲繩纏繞卷筒和滑輪時必然會存在一定的偏角，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，或沿著繩槽邊緣轉(zhuǎn)動，或在繩槽內(nèi)擺動，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)重時會引起鋼絲繩內(nèi)部變形，甚至發(fā)生鋼絲繩跳槽事故。實踐證明，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 歐式起重機纏繞系統(tǒng)分析

歐式起重機的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)（圖1）與傳統(tǒng)橋式起重機完全不同。歐式起重機的上滑輪裝置滑輪、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)橋式起重機的偏角完全不同。

圖1 歐式起重機鋼絲繩纏繞系統(tǒng)

2 鋼絲繩允許偏角的計算

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)計的實際偏角大于5°，根據(jù)滑輪的幾何尺寸按公式（1）計算其允許偏角：

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）計算其允許偏角：

式中：φ1為鋼絲繩逆空槽方向中心時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的偏角分析

鋼絲繩繞入或繞出滑輪時，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)入吊鉤動滑輪時的偏角和從吊鉤組動滑輪進(jìn)入上滑輪裝置定滑輪時的偏角。吊鉤動滑輪在起升上極限時，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)橋式起重機嚴(yán)重。因此在結(jié)構(gòu)布置時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，卷筒工作時又會與小車橫梁發(fā)生干涉，因此設(shè)計時需要合理布置。

從圖2可以看出，盡可能增大上極限時定滑輪與吊鉤動滑輪間的垂直距離，可以減小鋼絲繩中心線和滑輪軸垂直平面之間的夾角。但實際設(shè)計應(yīng)用中，受制于用戶對起升高度的要求，該方法會降低凈起升高度，所以應(yīng)該根據(jù)所設(shè)計的起重機的橋架結(jié)構(gòu)，再結(jié)合實際情況，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的偏角分析

鋼絲繩繞入或繞出卷筒時，鋼絲繩在順空槽和逆空槽方向會受到不同的限制。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，而兩個方向的偏角都受到卷筒繩槽螺旋升角的影響。

吊鉤動滑輪在起升上極限時，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。吊鉤動滑輪在起升下極限時，鋼絲繩與卷筒的鉛垂線的夾角為最大值。所以，我們在驗算最大偏斜角時，只需驗算下極限時夾角是否小于3.5°即可。

從圖3可以看出，在起升機構(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，減少滑輪組倍率，可增大吊鉤動滑輪下降距離，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重要因素，因此在設(shè)計時應(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定滑輪與吊鉤動滑輪與之間的垂直距離?？刂坪娩摻z繩偏角，可以使我們設(shè)計的起重機產(chǎn)品更具有安全性和可靠性。