楊曉杰

摘 要：鋼絲繩纏繞系統(tǒng)是集裝箱起重機(jī)中的重要部件，鋼絲繩經(jīng)過滑輪時(shí)的進(jìn)出繩角度過大是造成鋼絲繩早期磨損的主要原因之一，鋼絲繩損傷后，不但影響正常生產(chǎn)，造成安全隱患，同時(shí)也提高企業(yè)的維修成本。本文就以如何控制鋼絲繩進(jìn)出繩角度為中心，對(duì)如何合理設(shè)計(jì)鋼絲繩纏繞機(jī)構(gòu)滑輪位置展開討論。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩纏繞系統(tǒng);滑輪位置;進(jìn)出繩角度

集裝箱運(yùn)輸是鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹匾绞胶桶l(fā)展方向。鐵路車站裝卸集裝箱所采用的起重機(jī)，其性能優(yōu)劣對(duì)確保集裝箱運(yùn)輸安全、提高鐵路運(yùn)輸效率至關(guān)重要。起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩在經(jīng)過滑輪、卷筒時(shí)，必然存在一定的出繩角度問題，偏斜角必須控制在一定范圍內(nèi)。

鋼絲繩繞進(jìn)和繞出卷筒或滑輪時(shí)的偏斜角是指起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中的卷筒在卷取或釋放鋼絲繩的過程中，或鋼絲繩經(jīng)過滑輪的過程中，卷筒上鋼絲繩端與卷筒螺旋槽中心線的夾角或鋼絲繩進(jìn)入滑輪時(shí)與滑輪繩槽的夾角。起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T3811-2008）中規(guī)定鋼絲繩偏離繩槽中心線兩側(cè)的角度不應(yīng)大于3.5°。若偏角過大，鋼絲繩不可避免地會(huì)與滑輪、卷筒的槽邊相互磨損，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。鋼絲繩的損壞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，造成傷害事故或重大險(xiǎn)情，給國家和人民帶來重大的損失。所以鋼絲繩既是起重機(jī)械的重要零件之一，也是保證起重作業(yè)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，許多情況下的鋼絲繩早期破壞是由于受到摩擦或擠壓造成的。所以在設(shè)計(jì)起重機(jī)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者需要嚴(yán)格控制該夾角的大小。

1八繩防搖機(jī)構(gòu)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)

起重機(jī)現(xiàn)有防搖裝置一般分為幾類：力矩電機(jī)加輔助鋼絲繩防搖、八繩防搖、十六繩防搖以及電氣防搖等。根據(jù)近年來集裝箱專用起重機(jī)的具體使用情況發(fā)現(xiàn)，在不顯著增加設(shè)備采購成本的前提下，八繩防搖是最穩(wěn)定有效的防搖方式。

八繩防搖機(jī)構(gòu)的主要原理是在起重機(jī)大車、小車兩個(gè)行走方向形成空間倒三角形，在起升、下降的同時(shí)通過鋼絲繩的水平分力實(shí)現(xiàn)雙向防搖。如圖1所示，八根鋼絲繩纏繞在卷筒上，下面用連接器連接在吊具上架上。八繩防搖機(jī)構(gòu)共有12個(gè)滑輪組，分別為8個(gè)垂直滑輪組，2個(gè)水平滑輪組，2個(gè)傾斜滑輪組。

2鋼絲繩進(jìn)入滑輪偏角的計(jì)算

D——卷筒直徑

H——起重機(jī)起升高度

L——鋼絲繩繞出卷筒至繞進(jìn)滑輪的切線距離

n——吊具在極限位置時(shí)鋼絲繩的使用圈數(shù)

p——卷筒繩槽節(jié)距

X——吊具起升時(shí)卷筒出繩端的水平位移距離

如圖2所示，鋼絲繩繞進(jìn)滑輪時(shí)的偏斜角α=arctan

其中X=p×n

n的最大值為吊具達(dá)到起升高度要求時(shí)所需的鋼絲繩圈數(shù)即

當(dāng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)具體的集裝箱起重機(jī)，以上公式中的H是一個(gè)確定的數(shù)值，既起升高度。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)集裝箱起重機(jī)要求的額定起重量和吊具及上架自重，鋼絲繩的型號(hào)可根據(jù)下列計(jì)算過程得出的最小破斷拉力在手冊(cè)中選出，選出型號(hào)后鋼絲繩的直徑d即為定數(shù)。

鋼絲繩的最小破斷拉力

m ——由集裝箱起重機(jī)工作等級(jí)決定的安全系數(shù)。

——鋼絲繩最大靜拉力。

——集裝箱起重機(jī)起升荷載。

a ——滑輪組的倍率。

η——鋼絲繩傳送效率。

卷筒繩槽節(jié)距p=d+i（10mm≦d≦20mm時(shí)，i=2mm;21mm≦d≦27mm時(shí)，i=3mm……）

3實(shí)際應(yīng)用

集裝箱起重機(jī)八繩防搖機(jī)構(gòu)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)中共有三種滑輪組，分別如圖3、圖4、圖5所示。

由上圖可以看出，不同的滑輪組，鋼絲繩繞出卷筒至繞進(jìn)滑輪的切線距離即L值也不同。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該對(duì)不同滑輪組產(chǎn)生的鋼絲繩進(jìn)出繩角度分別驗(yàn)算。

根據(jù)鋼絲繩繞進(jìn)滑輪偏斜角的計(jì)算公式可以得出，在起升高度H為定數(shù)，鋼絲繩選定后卷筒繩槽節(jié)距為定數(shù)的情況下?？梢酝ㄟ^以下幾種方式控制鋼絲繩繞進(jìn)滑輪的偏角：

3.1增加卷筒直徑D，根據(jù)公式，當(dāng)卷筒的直徑D增大，則吊具達(dá)到要求起升高度時(shí)所需的鋼絲繩圈數(shù)n則相應(yīng)變小，吊具起升時(shí)卷筒出繩端的水平位移距離X變小，鋼絲繩繞進(jìn)滑輪時(shí)的偏角α=arctan自然可以受到控制。

3.2增大滑輪組與卷筒之間的直線距離，如圖3、圖4、圖5所示，三種滑輪組，無論是哪一種，增大滑輪組與卷筒之間的直線距離，自然可以使鋼絲繩繞出卷筒到繞進(jìn)滑輪的切線長(zhǎng)度即L值增大，根據(jù)α=arctan，鋼絲繩繞進(jìn)滑輪時(shí)的偏角α便可以減小。

3.3改變滑輪組的安裝位置，對(duì)于鋼絲繩圈數(shù)n，最極端的情況是，滑輪組安裝的位置對(duì)應(yīng)吊具在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)卷筒的出繩槽，此時(shí)所需的鋼絲繩圈數(shù)n則為最大值;但如果調(diào)整滑輪組的安裝位置，使其對(duì)應(yīng)所需鋼絲繩圈數(shù)的中間繩槽，例如：某額定起重量40.5t、起升高度12.2米的集裝箱起重機(jī)，根據(jù)，經(jīng)計(jì)算所需鋼絲繩圈數(shù)為4圈。調(diào)整滑輪組安裝位置對(duì)應(yīng)第二個(gè)繩槽，此時(shí)所需最大鋼絲繩圈數(shù)為2圈，減小了公式α=arctan中的X值，控制了鋼絲繩繞進(jìn)滑輪時(shí)的偏角α。

針對(duì)以上三種方法分別分析：

3.3.1增大卷筒直徑是直接有效的，但是受制于集裝箱起重機(jī)起升速度的限制，卷筒直徑太大會(huì)使相應(yīng)的減速機(jī)減速比增大。過大的卷筒直徑和大速比的減速機(jī)都會(huì)增加小車的外形尺寸，增加了起重機(jī)自重的同時(shí)，也會(huì)增加減速機(jī)的采購成本，所以卷筒直徑需在經(jīng)濟(jì)可行的前提下選擇合理的數(shù)值。

3.3.2增大卷筒與滑輪組之間的直線距離，也是直接有效的方法，但是該尺寸不能過大，否則八繩防搖的倒三角的角度過大，使得鋼絲繩與卷筒上已經(jīng)纏繞好的相鄰的鋼絲繩造成干涉，最終磨損鋼絲繩，減少鋼絲繩的使用壽命。

3.3.3改變滑輪組的安裝位置，使其對(duì)應(yīng)所需鋼絲繩總?cè)?shù)的中間，可有效的減少極限位置產(chǎn)生的鋼絲繩移動(dòng)圈數(shù)，從而控制鋼絲繩進(jìn)入滑輪偏角的大小。此種方法既不會(huì)增加集裝箱起重機(jī)的設(shè)計(jì)成本，也不會(huì)影響八繩防搖系統(tǒng)的工作效果，是即可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)又有效果的方法。

4結(jié)束語

本文從介紹集裝箱起重機(jī)八繩防搖鋼絲繩纏繞系統(tǒng)入手，詳細(xì)研究鋼絲繩繞進(jìn)滑輪時(shí)的入繩偏角的計(jì)算過程，推導(dǎo)出計(jì)算公式。設(shè)計(jì)者可以據(jù)此公式很快的驗(yàn)算出某個(gè)集裝箱起重機(jī)的鋼絲繩進(jìn)入滑輪時(shí)的最大偏角是否超出設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。如果驗(yàn)算結(jié)果超出范圍，可以適當(dāng)調(diào)整滑輪組的安裝位置，重新驗(yàn)算，知道偏角大小符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求為止。此種方法便捷有效，既不增加設(shè)計(jì)成本，也不會(huì)造成八繩防搖系統(tǒng)的倒三角角度過大引起的鋼絲繩磨損。

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