黃 琦

（海南八所港務(wù)有限責(zé)任公司，海南海口 572600）

0 引言

鋼絲繩托輪作用是鋼絲繩在自身重力作用下發(fā)生下垂時(shí)支撐住鋼絲繩來回運(yùn)動(dòng)，確保不與臂架結(jié)構(gòu)件表面直接產(chǎn)生剛性摩擦。如果鋼絲繩托輪安裝出問題，輕則門機(jī)無法正常使用，重則會(huì)造成鋼絲繩加劇磨損，最終導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生斷裂，引發(fā)生產(chǎn)安全事故。

海南八所港務(wù)有限責(zé)任公司于2008年購置2 臺(tái)MQ2533門座式起重機(jī)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)起升鋼絲繩托輪經(jīng)常損壞，主要表現(xiàn)在托輪被磨穿斷裂，維修更換頻率比較高，鋼絲繩使用壽命也比其他門機(jī)要短的多。針對(duì)這一問題，組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行深入研究和分析，發(fā)現(xiàn)托輪磨穿及鋼絲繩使用壽命短的主要原因是維修人員在安裝托輪時(shí)安裝過高，造成鋼絲繩來回運(yùn)動(dòng)時(shí)托輪受到鋼絲繩頻繁摩擦和擠壓，加速托輪磨損而發(fā)生斷裂，同時(shí)也加劇鋼絲繩的磨損，通過技術(shù)改造后，托輪磨穿問題得到徹底解決，連續(xù)使用6年時(shí)間，未再發(fā)生托輪被磨穿斷裂問題，同時(shí)延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命。

1 工作原理

鋼絲繩托輪主要安裝位置是在象鼻梁上表面和大拉桿兩側(cè)，主要作用是當(dāng)鋼絲繩不帶載荷時(shí)來回運(yùn)動(dòng)時(shí)，依靠鋼絲繩自身重量產(chǎn)生下垂并與托輪表面接觸，在摩擦力作用下帶動(dòng)托輪自由旋轉(zhuǎn)，形成鋼絲繩與托輪滾動(dòng)摩擦，有效降低鋼絲繩磨損，延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命，確保鋼絲繩不與臂架結(jié)構(gòu)件表面直接產(chǎn)生剛性摩擦而設(shè)置。當(dāng)鋼絲繩帶載荷情況下，鋼絲繩受到拉力作用克服自身重量而被拉直時(shí)，鋼絲繩離開托輪表面，避免鋼絲繩受力后直接作用在托輪及上壓輪表面上（圖1）。鋼絲繩托輪及上壓輪本身在回轉(zhuǎn)中心兩側(cè)裝有軸承，在軸承支撐下具有自由旋轉(zhuǎn)作用；鋼絲繩上壓輪的主要作用是防止鋼絲繩在工作過程中跳出托輪座外。鋼絲繩托輪如果安裝過高，輕則托輪會(huì)受到鋼絲繩的擠壓，長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)使用，將造成鋼絲繩將托輪磨穿、造成鋼絲繩卡死，設(shè)備將無法正常作業(yè)；重則鋼絲繩加劇磨損。如果檢查不及時(shí)，作業(yè)過程中容易造成鋼絲繩斷裂，引發(fā)生產(chǎn)安全事故。

2 受力分析

2.1 受力分析

鋼絲繩帶載荷受力F 時(shí)，鋼絲繩會(huì)處于被拉緊、繃直狀態(tài)，如果托輪頂面安裝高度超過鋼絲繩底部位置基準(zhǔn)線時(shí)，托輪會(huì)受到來自鋼絲繩產(chǎn)生一個(gè)向下的壓力F合，當(dāng)鋼絲繩來回運(yùn)動(dòng)時(shí)，托輪兩側(cè)軸承需要承載來自鋼絲繩產(chǎn)生的F合的力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)容易造成軸承過早損壞，同時(shí)托輪旋轉(zhuǎn)表面承受較大的擠壓，長(zhǎng)時(shí)間容易造成托輪表面磨損，直至托輪斷裂，同時(shí)也加劇鋼絲繩磨損，縮短鋼絲繩壽命（圖2、圖3）。

下面對(duì)這種情況下托輪受力情況進(jìn)行力學(xué)分析（圖4）。

圖1 鋼絲繩托輪結(jié)構(gòu)及工作原理

圖2 托輪受鋼絲繩擠壓

根據(jù)三角函數(shù)公式計(jì)算：cosθ=F合/F（0°＜θ≤90°），從公式可以看出，鋼絲繩載荷F 不變情況下，托輪安裝的高低與F合關(guān)系：當(dāng)托輪安裝高度越高，即θ 越小，F(xiàn)合就越大；安裝高度越低，即θ 越大，F(xiàn)合就越小。

圖3 鋼絲繩磨損托輪

圖4 托輪受力分析

2.2 受力核算

門機(jī)鋼絲繩托輪使用的軸承型號(hào)為6304 軸承，經(jīng)查閱手冊(cè)，該型號(hào)軸承徑向基本額定動(dòng)載荷：15.8 kN，一個(gè)鋼絲繩托輪以2 個(gè)軸承載荷進(jìn)行核算，托輪額定徑向承載T徑為31.6 kN（近似3.16 t）；一個(gè)托輪支撐2 條鋼絲繩，當(dāng)貨物載荷為40 t，每條鋼絲繩承擔(dān)40/4=10 t。從圖5 可知，F(xiàn)=20 t，不同角度θ 受力對(duì)比如下：當(dāng)θ 為30°時(shí)，cos30°=0.866，F(xiàn)合=0.866×20 t=17.32 t＞T徑；當(dāng)θ 為45°時(shí)，cos30°=0.707，F(xiàn)合=0.707×20 t=14.14 t＞T徑；當(dāng)θ為90°時(shí)（圖5），F(xiàn)合=0＜T徑。

綜上述分析，可以看出托輪頂面安裝高度不允許超過鋼絲繩底部位置基準(zhǔn)線。

3 技術(shù)改造方案

重新對(duì)所有托輪安裝高度進(jìn)行一一復(fù)測(cè)，對(duì)安裝過高的托輪采取降低處理，確保鋼絲繩帶載荷時(shí)，鋼絲繩底面與托輪上表面保留10～15 mm 間隙（圖5）。

經(jīng)過技術(shù)維修后，目前已使用將近6年時(shí)間，未出現(xiàn)更換托輪的問題，有效延長(zhǎng)了鋼絲繩的使用壽命。

圖5 鋼絲繩托輪安裝示意

4 結(jié)束語

任何一臺(tái)設(shè)備故障的產(chǎn)生，都會(huì)有其背后產(chǎn)生的根源，只要每位技術(shù)管理人員認(rèn)真地研究和分析，一定能找到徹底解決問題的辦法。