王金剛，李新凱

（河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453400）

0 引言

起重機(jī)工作時(shí)，重物通過鋼絲繩將鋼絲拉力傳遞給卷筒，重物升降過程中，卷筒還需將鋼絲繩整齊地排列在卷筒繩槽中，卷筒與鋼絲繩的匹配狀況決定了起重機(jī)使用性能的好壞。起重機(jī)使用頻率高、起升高度大時(shí)，鋼絲繩在卷筒的繞繩速度非?？欤硗踩堇K量也會(huì)特別大。鋼絲繩在多層卷筒且繩速非?？斓墓r下，鋼絲繩磨損的加快導(dǎo)致起重機(jī)意外損壞的可能性增加，造成項(xiàng)目誤工、停工將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。卷筒繩槽類型的選擇和繩槽節(jié)距的設(shè)計(jì)，卷筒上鋼絲繩中心相對(duì)卷筒繩槽中心偏角大小的設(shè)計(jì)，鋼絲繩結(jié)構(gòu)類型的選擇，多層纏繞時(shí)擋環(huán)引導(dǎo)繩槽的設(shè)計(jì)，卷筒繩圈間過渡形式等鋼絲繩與卷筒匹配等諸多問題需特別注意。

1 鋼絲繩卷繞中常見問題及解決措施

當(dāng)起升高度超過GB/T 790—1995 電動(dòng)橋式起重機(jī)跨度和起升高度系列標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，起升卷筒要特殊考慮。起升高度特別大時(shí)，會(huì)造成鋼絲繩進(jìn)出卷筒和滑輪時(shí)與繩槽間的偏斜角增大，加快鋼絲繩的磨損，導(dǎo)致滑輪或卷筒繩槽的破壞，甚至引起鋼絲繩跳槽。常用的螺旋槽卷筒方案在多層卷繞時(shí)，鋼絲繩亂繩現(xiàn)象特別明顯，鋼絲繩磨損嚴(yán)重，鋼絲繩使用壽命大大縮短。卷筒與鋼絲配匹配問題對(duì)應(yīng)措施:

（1）增加卷筒鋼絲繩容繩量。簡單增大卷筒直徑或長度，將會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)尺寸過大。隨意加長卷筒長度，還可能導(dǎo)致鋼絲繩偏角增大，鋼絲繩出入滑輪的偏角≤5°,鋼絲繩進(jìn)出卷筒的偏角應(yīng)≤3.5°。偏角過大還可能導(dǎo)致繩槽的破壞、跳槽等問題，通常此方案適合起升高度增加不多的情況。

（2）雙層卷繞。鋼絲繩固定在卷筒中間，繩由中間向兩側(cè)纏繞。由于卷筒端部設(shè)置有擋環(huán)和鋼絲繩爬繩導(dǎo)向裝置，鋼絲繩纏繞到卷筒端部時(shí)，由于鋼絲繩偏斜力的水平分力指向卷筒中間，因?yàn)榫硗矒醐h(huán)的阻擋，鋼絲繩第二層向卷筒中間纏繞。鋼絲繩的卷筒繩槽偏角≤3°，否則很可能致使第二層鋼絲繩排列混亂，鋼絲繩在卷筒中部堆集。此方案多于不頻繁使用的水電站啟閉機(jī)等場(chǎng)合。

（3）鋼絲繩多層卷繞時(shí)在卷筒中間堆集。鋼絲繩第二層爬升過程中無導(dǎo)向裝置，鋼絲繩偏角設(shè)計(jì)不合理，所選鋼絲繩旋向錯(cuò)誤，使用過程中鋼絲繩捻力無法釋放，容易松散打結(jié)。解決這些問題，可采取以下措施:①合理加裝排繩器。排繩器種類結(jié)構(gòu)形式較多，要根據(jù)設(shè)計(jì)方案合理加裝排繩器，避免畫蛇添足，因?yàn)樵黾优爬K器容易出現(xiàn)鋼絲繩頻繁卡死現(xiàn)象；②卷筒繩槽設(shè)計(jì)為不易亂繩的平行折線繩槽，在卷筒端部擋環(huán)上設(shè)置便于鋼繩爬升到第二層的裝置[1]，為了使鋼繩對(duì)卷筒的偏角≤3°，應(yīng)合理設(shè)計(jì)卷筒長度和卷筒直徑。

（4）卷筒作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的軸向力導(dǎo)致卷筒軸向竄動(dòng)，卷筒加工直徑誤差大或鋼繩纏繞不對(duì)稱，卷筒上鋼絲繩偏角不同產(chǎn)生的水平分力無法抵消軸向力；由于起升高度大，鋼絲下降過程中吊點(diǎn)兩側(cè)鋼絲繩彈性變形量不同導(dǎo)致吊具不水平，產(chǎn)生軸向力。對(duì)此，可采取以下措施:卷筒上鋼繩纏繞量安裝時(shí)盡量保持對(duì)稱；大起升高度起重機(jī)使用一段時(shí)間后檢查卷筒兩側(cè)鋼絲繩纏繞長度是否一致，不能發(fā)生吊具傾斜造成卷筒單邊受力過大；起升高度特別大時(shí)，鋼絲繩出廠前進(jìn)行預(yù)拉伸處理，將鋼絲繩彈性變形量降到最小。

2 鋼絲繩的選擇

2.1 選擇合適的高強(qiáng)度鋼絲繩

保證安全的情況下，采用經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼絲繩，可有效減小鋼絲繩直徑，滿足鋼絲繩、卷筒的繩徑比。通過減小滑輪和卷筒的尺寸、卷筒和減速箱的尺寸提高卷筒容繩量。高強(qiáng)度鋼絲繩有較長的使用壽命，較短的誤工期和較低的維護(hù)成本，可降低用戶使用總成本，提高產(chǎn)品競爭力。

2.2 鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式的選擇

正確選擇鋼絲繩非常重要。鋼絲繩選擇不當(dāng)會(huì)縮短鋼絲繩的使用壽命，引起鋼絲繩結(jié)構(gòu)的變化，如產(chǎn)生鳥籠現(xiàn)象、滑輪和載荷旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象等。

鋼絲繩由于繩芯材料、繞制方法、鋼絲接觸狀態(tài)和繩股斷面形狀不同，導(dǎo)致使用效果差別大。非旋轉(zhuǎn)鋼絲繩和旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的適用條件:非旋轉(zhuǎn)型鋼絲繩適用于提升高度大的多滑輪系統(tǒng)和單索提升系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)鋼型絲繩適用于提升高度小和多滑輪系統(tǒng)左、右旋鋼絲繩配對(duì)的提升系統(tǒng)。非旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩應(yīng)和應(yīng)力釋放器一起使用，而旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩不能和應(yīng)力釋放器一起使用。

2.3 鋼絲繩最佳捻向的選擇

圖1 為鋼絲繩捻向示意。提升繩在受載荷的情況下都會(huì)產(chǎn)生扭矩（圖2），此扭矩由鋼絲繩的構(gòu)造（捻距長度，捻層類型和方向）以及拉力決定，扭矩的作用是造成鋼絲繩松散。

使用相同捻向的兩根鋼絲繩，其旋轉(zhuǎn)將使兩根繩子在卷筒上移動(dòng)，明顯的是在卷筒的左端鋼絲繩將盡可能地遠(yuǎn)離前一圈[3]。

因?yàn)殇摻z繩扭矩和卷筒螺旋繩槽的作用，右側(cè)鋼絲繩排列的緊密，左側(cè)鋼絲繩排列松散。不同旋向鋼絲繩和卷筒繩槽的配合，會(huì)使鋼絲繩在使用中出現(xiàn)不同的效果。

這種原則尤其適用于平滑卷筒和多層纏繞的情況下。對(duì)于單層纏繞的有繩槽的卷筒，此種應(yīng)用并不一定采用，原因在于繩槽會(huì)把繩子向正確的位置驅(qū)動(dòng)?；趯?duì)鋼絲繩使用壽命產(chǎn)生的積極效果，應(yīng)提倡使用對(duì)稱（左旋和右旋捻向）的鋼絲繩。左旋的鋼絲繩適用于右旋的卷筒，右旋的鋼絲繩適用于左旋的卷筒。

圖1 鋼絲繩捻向

圖2 鋼絲繩在卷筒上的扭矩

3 平行折線卷筒的應(yīng)用

德國利巴斯公司于20 世紀(jì)60 年代發(fā)明了平行折線卷筒，又稱雙折線繩槽卷筒，多年實(shí)際使用證明，這種特殊繩槽結(jié)構(gòu)的卷筒，能解決多層卷繞難題。

采用傳統(tǒng)單層螺線繩槽纏繞的卷筒已能滿足超高起升高度起重機(jī)的使用要求，平行折線繩槽卷筒的多年實(shí)踐及現(xiàn)場(chǎng)使用效果證明，這種特殊繩槽結(jié)構(gòu)的卷筒，能很好地解決多層卷繞的諸多難題，還可以省去排繩裝置，起升機(jī)構(gòu)尺寸無需增大太多，在空間尺寸有限制的場(chǎng)合更適合使用平行折線卷筒。

圖3 平行折線卷筒結(jié)構(gòu)

平行折線卷筒和普通卷筒的最大區(qū)別在于繩槽的結(jié)構(gòu)形式，如圖3 所示，平行折線卷筒每圈繩槽由2 段平行繩槽和2段螺旋繩槽組成。常規(guī)起重機(jī)用的卷筒多為螺線型繩槽或光面無繩槽卷筒。折線卷筒有2 個(gè)過渡的折線繩槽，其余都是平行于卷筒徑向的直線繩槽（每圈繩槽，平行繩槽占2/3，過渡折線繩槽占1/3），每段折線繩槽恰好跨越1/2 繩槽節(jié)距，2段折線繩槽使鋼絲繩纏繞一周跨越一個(gè)繩槽節(jié)距[4]。當(dāng)鋼絲繩在第一層纏繞完后，繩圈之間的間隙形成了與卷筒繩槽相同的平行折線槽型，第二層、第三層……鋼絲繩就可以在每層平行折線繩槽上整齊地排列，避免了亂繩現(xiàn)象。平行折線卷筒還有一個(gè)特點(diǎn)，其卷筒端部法蘭底部設(shè)計(jì)有鋼絲繩引導(dǎo)爬升裝置，可以保證鋼絲繩整齊平穩(wěn)地爬升到上一層，繼續(xù)在下一層有序排列。

國內(nèi)起重機(jī)企業(yè)從德國引進(jìn)利巴斯卷筒，消化吸收后進(jìn)行改進(jìn)。其中對(duì)折線卷筒擋環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)，是在平行折線卷筒擋環(huán)上增加引導(dǎo)繩槽，保證鋼絲繩在卷筒各層過渡時(shí)整齊有序地排列，不會(huì)出現(xiàn)普通卷筒多層纏繞的亂繩現(xiàn)象，避免了傳統(tǒng)螺旋型繩槽卷筒多層纏繞時(shí)的諸多問題。折線卷筒多層纏繞大大增加了鋼絲繩的容繩量，解決了大起升高度起重機(jī)使用中的諸多技術(shù)難題。減小了起升機(jī)構(gòu)的尺寸，便于起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)的選型，不必?fù)?dān)心卷筒直徑增大過多，造成減速機(jī)中心距不夠。減速機(jī)無需增大就可以解決大起升高度起升機(jī)構(gòu)的布置問題，保證起重機(jī)整車成本可以控制在合理范圍。

4 結(jié)語

起重機(jī)工作時(shí)卷筒與鋼絲繩相互影響，設(shè)計(jì)選型卷筒與鋼絲繩的匹配需要注意:①卷筒繩槽類型的選擇和繩槽節(jié)距的設(shè)計(jì)是否合理；②多層纏繞時(shí)擋環(huán)引導(dǎo)繩槽的設(shè)計(jì)是否合理；③卷筒繩圈間過渡形式；④卷筒上鋼絲繩中心相對(duì)卷筒繩槽中心偏角的大?。虎蒌摻z繩結(jié)構(gòu)類型的選擇。結(jié)合理論分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，合理選擇鋼絲繩和卷筒，可以提高起重機(jī)的使用性能，消除安全隱患。