新型起重機(jī)用可變阻尼鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置

韓中成 謝宛朋 肖利濤 吳作價(jià)

青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司技術(shù)中心 青島 266530

0 引言

鋼絲繩作為起重機(jī)的重要組成部分，需具有較高的破斷拉力和良好的阻旋轉(zhuǎn)性能，主要考慮鋼絲繩的阻旋轉(zhuǎn)性能以避免吊裝過(guò)程中鋼絲繩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。起重機(jī)在吊裝風(fēng)電/石油煉化設(shè)備時(shí)作業(yè)高度達(dá)百米，當(dāng)鋼絲繩多倍率、輕負(fù)荷或空載時(shí)，阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩偶爾會(huì)出現(xiàn)扭絞的狀況，使鋼絲繩無(wú)法上下運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)操作工人往往需要通過(guò)擺正吊鉤滑車的方法臨時(shí)解決問(wèn)題，或采用給鋼絲繩懈勁的方法進(jìn)行調(diào)整[1]。阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩繩由若干根鋼絲螺旋捻制而成，鋼絲繩自身必然會(huì)存在著扭矩，且鋼絲繩在生產(chǎn)過(guò)程中捻制應(yīng)力不可能完全消除，雖然阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩自身產(chǎn)生的扭矩較小，但是阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩并非絕對(duì)意義上的不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。對(duì)于自然懸掛狀態(tài)下的鋼絲繩，由于鋼絲繩的自重，懸掛鋼絲繩上端承受的拉力比下端大，隨著懸掛鋼絲繩的高度增加而增加的應(yīng)力稱為高度應(yīng)力，因?yàn)殇摻z繩的扭矩在長(zhǎng)度方向上必須是恒定的，上端和下端固定不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩兩端間會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)［2］。并且不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩價(jià)格較高，港口裝卸起重機(jī)多采用可旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。使用過(guò)程中，鋼絲繩在收放過(guò)程中繩末端受到扭轉(zhuǎn)力，長(zhǎng)期往復(fù)作用如不能釋放將影響鋼絲繩使用壽命。通常行業(yè)內(nèi)采用鋼絲繩防轉(zhuǎn)套解決該問(wèn)題，但安裝于鋼絲繩末端和吊具之間的傳統(tǒng)裝置，由于旋轉(zhuǎn)釋放速度過(guò)快，造成了旋轉(zhuǎn)力釋放后由于旋轉(zhuǎn)慣性力而產(chǎn)生進(jìn)一步反向過(guò)渡旋轉(zhuǎn)，形成了逆繩股方向的拆解力，可造成鋼絲繩頻繁發(fā)生散股現(xiàn)象。鋼絲繩散股及繩芯外漏都屬于鋼絲繩報(bào)廢的一種形式，繼續(xù)使用將會(huì)造成極大的安全隱患[3]。過(guò)度旋轉(zhuǎn)釋放大大降低了鋼絲繩的使用壽命及力學(xué)性能，多發(fā)生鋼絲繩散股、斷絲等損壞現(xiàn)象。日常工程中，首先將鋼絲繩自由端打開(鋼絲繩自由端一般采用快速索節(jié)或楔形接頭連接)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩捻向及扭絞方向進(jìn)行調(diào)整，以右捻鋼絲繩為例，右捻鋼絲繩出現(xiàn)S 形(左向)扭絞1.5 圈，應(yīng)沿著鋼絲繩捻向相反的方向(懈勁)放3 圈；右捻鋼絲繩出現(xiàn)Z 形(右向)扭絞1.5 圈，應(yīng)沿著鋼絲繩捻向相同的方向(加勁)上3 圈。而左捻鋼絲繩出現(xiàn)上述扭絞現(xiàn)象，調(diào)整方向正好相反。然后再將鋼絲繩重新安裝，輕負(fù)荷運(yùn)行后，視改善情況再做進(jìn)一步調(diào)整，而過(guò)度調(diào)整容易造成鋼絲繩的結(jié)構(gòu)變形。

綜合以上敘述，阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩在實(shí)際使用中亦不能避免工作中旋轉(zhuǎn)，且阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩實(shí)際生產(chǎn)使用、采購(gòu)成本均較貴。普通的旋轉(zhuǎn)鋼絲繩更應(yīng)該考慮這一關(guān)鍵問(wèn)題，合理地控制鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力的釋放及速度是目前亟待解決的問(wèn)題。

為經(jīng)濟(jì)、合理地解決上述提及的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一種可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，該裝置安裝于工作鋼絲繩末端或中間部位，可以及時(shí)、穩(wěn)定地釋放繩子工作過(guò)程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用力，簡(jiǎn)單、易行、可靠，改善了鋼絲繩的工作時(shí)載荷狀態(tài)，提高了鋼絲繩的使用壽命和安全性。為起重機(jī)鋼絲繩的形式提供了新的選擇，可將價(jià)格較高的阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩更換為成本更低的普通鋼絲繩。

1 方案設(shè)計(jì)

如圖1 所示，新型起重機(jī)用可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，包括上腔罩殼、下腔罩殼和上下腔連接組件及阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；上腔罩殼和下腔罩殼上下相對(duì)呈圓筒狀，上腔罩殼和下腔罩殼通過(guò)上下腔連接組件相連，上腔罩殼和下腔罩殼用于連接鋼絲繩端；阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝于上腔罩殼內(nèi)且位于上、下腔連接組件與上腔罩殼之間，用于調(diào)整鋼絲繩扭力釋放時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度。阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)阻尼器、上支座、下支座等組成；上下腔連接組件由限位底盤、支撐連接環(huán)、階梯連接軸等組成。

圖1 新型裝置示意圖

上下腔連接組件包括階梯連接軸和支撐連接環(huán)；支撐連接環(huán)嵌套在上腔罩殼內(nèi)且支撐連接環(huán)上端與上腔罩殼上內(nèi)壁抵接，支撐連接環(huán)周向側(cè)壁與上腔罩殼周向側(cè)壁通過(guò)定位銷相互固定，階梯連接軸嵌套支撐在支撐連接環(huán)內(nèi)；階梯連接軸從上往下的臺(tái)階段1、臺(tái)階段2、臺(tái)階段3、臺(tái)階段4 依次設(shè)置軸向受力軸承、徑向受力軸承1 和徑向受力軸承2；軸向受力軸承嵌套在階梯連接軸的臺(tái)階段1 上且緊貼支撐連接環(huán)周向內(nèi)壁；徑向受力軸承1 嵌套在階梯連接軸的臺(tái)階段2 上且緊貼軸向受力軸承；徑向受力軸承1 的外周也是軸向受力軸承的下端設(shè)置有緊貼上腔罩殼周向內(nèi)壁的軸承定位油路環(huán)；徑向受力軸承1 和軸承定位油路環(huán)支撐于支撐連接環(huán)下內(nèi)端壁上；徑向受力軸承2 嵌套在階梯連接軸的臺(tái)階段3上且緊貼支撐連接環(huán)的下外端壁，徑向受力軸承2 的外周設(shè)置定位環(huán)，徑向受力軸承2 和定位環(huán)的下端均與下腔罩殼上內(nèi)壁抵接；階梯連接軸的臺(tái)階段4 為螺紋端，與下腔罩殼周向內(nèi)壁螺紋嵌套連接。

阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上下支座和設(shè)置在上下支座之間的旋轉(zhuǎn)阻尼器，上支座為左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)，左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)之間通過(guò)彈性連接件連接，左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)彈性連接件的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有與彈性連接件伸縮方向一致的腰形孔，左右2個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的外周中部配有與彈性連接件伸縮方向一致的一對(duì)呈對(duì)稱設(shè)置的阻尼調(diào)整螺桿，阻尼調(diào)整螺桿從上腔罩殼外周壁對(duì)稱穿入與上支座的左右2個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)旋入相抵接，上支座通過(guò)在腰形孔中配以螺釘與上腔罩殼的頂部?jī)?nèi)壁固定，下支座相對(duì)上支座固定于階梯連接軸的臺(tái)階段1 的頂部，旋轉(zhuǎn)阻尼器位于上支座的左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的槽腔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)阻尼器與左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的槽腔的配合面為鋸齒結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)阻尼器與下支座的上端為軸向防轉(zhuǎn)孔軸連接。

下腔罩殼的周向外側(cè)壁上均勻設(shè)置多個(gè)扳手插入六角孔1，階梯連接軸的臺(tái)階段4 的底部中間設(shè)置有扳手插入六角孔2。階梯連接軸的臺(tái)階段4 的底部與下腔罩殼的底部相平，且臺(tái)階段4 的底部連接有限位底盤。

限位底盤的半徑大于階梯連接軸的臺(tái)階段4 的直徑，限位底盤通過(guò)螺釘與階梯連接軸的臺(tái)階段4 的底部連接且相抵接于下腔罩殼的底部。

支撐連接環(huán)和上腔罩殼上對(duì)應(yīng)軸承定位油路環(huán)的油道設(shè)置有連通油孔，連通油孔的外端與內(nèi)沉安裝在上腔罩殼外側(cè)壁中的油嘴連接。下支座的上端部呈D 形或矩形或菱形軸截面結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)阻尼器的中間安裝孔對(duì)應(yīng)呈D 形或矩形或菱形軸孔。彈性連接件為彈簧，上腔罩殼的上端設(shè)置有上繩端連接孔，下腔罩殼的下端設(shè)置有下繩端連接孔，上繩端連接孔和下繩端連接孔分別通過(guò)卸扣與繩端連接。

2 工作原理

本裝置通過(guò)阻尼調(diào)整螺桿從上腔罩殼外周壁對(duì)稱穿入與上支座的左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)旋入相抵接進(jìn)而壓緊上支座的左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)彈簧被壓緊從而使得上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器的摩擦力增大；反之，通過(guò)對(duì)稱旋出阻尼調(diào)整螺桿，彈簧頂開上支座的左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)從而使得上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器摩擦力減小。

上下腔連接組件中階梯連接軸下方小端與下腔罩殼相對(duì)螺紋連接固定在一起，并和下腔罩殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)；阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中下支座與上下腔連接組件中階梯連接軸通過(guò)螺釘固定后與上下腔連接組件一起轉(zhuǎn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)阻尼器中間安裝孔為軸向防轉(zhuǎn)孔，配合安裝于下支座的中間防轉(zhuǎn)軸上，并與下支座一起轉(zhuǎn)動(dòng)；經(jīng)過(guò)傳遞，旋轉(zhuǎn)阻尼器與下腔罩殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)，阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中上支座與上腔罩殼通過(guò)螺釘連接并和上腔罩殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)；經(jīng)過(guò)以上傳遞，繩的轉(zhuǎn)動(dòng)最終轉(zhuǎn)化到旋轉(zhuǎn)阻尼器與上支座之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；在此通過(guò)調(diào)節(jié)上支座的左右2個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的阻尼調(diào)整螺桿并配以彈簧，可以實(shí)現(xiàn)上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的壓緊力，從而控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力，而上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力的大小可以控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度。

3 使用方法

如圖2a 所示，使用繩具（如卸扣、套環(huán)等）在繩中段連接可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，其中裝置上下兩端的繩可以互相反向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼調(diào)整螺桿相對(duì)上支座的左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的旋入旋出量配合彈簧被壓緊或放松從而控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力，而上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力的大小可以控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度，釋放工作過(guò)程中繩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。

圖2 裝置安裝于鋼絲繩的使用方式

如圖2b 所示，使用繩具（如卸扣、套環(huán)等）在繩端部（即繩下端）連接可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，其中裝置上端的繩可以順（逆）時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼調(diào)整螺桿相對(duì)上支座的左右2 個(gè)盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的旋入旋出量配合彈簧被壓緊或放松，從而控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力，而上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間摩擦力的大小可以控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度，釋放工作過(guò)程中繩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。

4 性能特點(diǎn)

依靠旋轉(zhuǎn)阻尼實(shí)現(xiàn)繩扭轉(zhuǎn)力及時(shí)、穩(wěn)定的釋放，既釋放了繩扭轉(zhuǎn)力又不會(huì)因釋放速度過(guò)快而反轉(zhuǎn)進(jìn)而使繩破股。

該阻尼式繩類防轉(zhuǎn)裝置安裝于繩中部或一端，執(zhí)行動(dòng)作無(wú)需其他外力，簡(jiǎn)單、易行、可靠、安全；可安裝在工作中無(wú)阻擋的繩中間位置或繩的端點(diǎn)，只需將該可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置使用卸扣、套環(huán)等繩具與繩連接，解決了一般繩類附屬裝置安裝不便等弊端，解決了可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置安裝位置的局限性，提高了安全性；自重輕、成本低；結(jié)構(gòu)受力合理，采用雙向軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了本裝置承受載荷的能力和扭轉(zhuǎn)力釋放的靈活性；各部件受力明確，強(qiáng)度滿足使用工況要求，在滿足安全性的前提下實(shí)現(xiàn)了繩扭轉(zhuǎn)力及時(shí)、穩(wěn)定釋放功能，提高了轉(zhuǎn)動(dòng)釋放的可靠性、安全性。

5 使用效果

1）由于鋼絲繩型號(hào)、使用長(zhǎng)度及工況不同，使用中根據(jù)釋放裝置的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整阻尼，使得每個(gè)工作循環(huán)中裝置最終為緩慢旋轉(zhuǎn)釋放且不反轉(zhuǎn)為最佳，現(xiàn)實(shí)起重機(jī)工作中，可以根據(jù)設(shè)備載荷、工作速度等自身特性調(diào)整；

2）因裝置兩端都設(shè)置有連接裝置，可與卸扣、重型套環(huán)等零件組裝，本裝置可位于鋼絲繩端或連接與鋼絲繩中段，操作工人在調(diào)整阻尼時(shí)比較方便，只需要落下繩端或者中段，人員旋入和旋出阻尼調(diào)整螺桿即可；

3）因旋轉(zhuǎn)方向添加了阻尼，裝置內(nèi)核心部件軸承、阻尼器均在較合理速度范圍內(nèi)工作，大大提高了裝置的使用壽命；

4）與傳統(tǒng)的防轉(zhuǎn)套相比，該裝置成本未有太大提高，最大程度節(jié)約了成本，對(duì)制造廠和起重機(jī)使用者均較為經(jīng)濟(jì)地解決了實(shí)際問(wèn)題，老舊起重機(jī)可添加該裝置改善鋼絲繩工作環(huán)境，特別是對(duì)于港口裝卸用起重機(jī)，新鋼絲繩不再受必須采用阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的限制。

6 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了一種新型起重機(jī)用可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，可直接安裝于工作繩上，及時(shí)、穩(wěn)定地釋放繩在工作過(guò)程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用力，簡(jiǎn)單、易行、可靠。解決了繩在工作過(guò)程中扭轉(zhuǎn)作用力無(wú)法釋放或釋放速度過(guò)快造成反轉(zhuǎn)破股等弊端，解決了鋼絲繩工作狀況差的問(wèn)題，提高了繩的使用壽命和使用的安全性。

本裝置適用于頻繁裝卸使用的鋼絲繩，既降低了起重機(jī)使用者鋼絲繩采購(gòu)成本（若選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩成本較高），又保證了使用性能，延長(zhǎng)使用時(shí)間，提高了起重機(jī)的整體操作性能和鋼絲繩的安全性、可靠性。