劉莉娟

（太原重工技術(shù)中心，山西 太原030024）

鋼絲繩在長期的使用過程中，頻繁繞入繞出滑輪槽或卷筒槽，且在強(qiáng)大的拉伸載荷作用下，反復(fù)彎曲、擠壓、扭轉(zhuǎn)、磨損等會(huì)導(dǎo)致鋼絲的金屬疲勞。橋式起重機(jī)普遍采用單層雙聯(lián)卷繞形式，當(dāng)工作級(jí)別低，起重量偏小時(shí)，一般卷繞滑輪數(shù)量少，卷筒長度短，纏繞方式簡單，鋼絲繩偏角均能滿足規(guī)范要求。對(duì)于高工作級(jí)別、大起升高度、大倍率起升機(jī)構(gòu)，鋼絲繩纏繞系統(tǒng)較為復(fù)雜，鋼絲繩繞入繞出卷筒或以一個(gè)偏角繞過滑輪時(shí)，鋼絲繩箍緊繩槽底部，鋼絲繩垂下而扭轉(zhuǎn)，或沿著繩槽邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)，或在繩槽內(nèi)擺動(dòng)，導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)不良卷繞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鋼絲繩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形，甚至?xí)l(fā)生鋼絲繩跳槽現(xiàn)象而引發(fā)脫槽事故，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制纏繞系統(tǒng)鋼絲繩的最大偏角滿足規(guī)范要求。

1 鋼絲繩允許偏角

根據(jù)GB/T 3811規(guī)定，鋼絲繩允許偏角的推薦值：

1）鋼絲繩繞入繞出滑輪繩槽時(shí)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角度，推薦不大于5°。

2）鋼絲繩繞進(jìn)繞出卷筒時(shí)鋼絲繩偏離繩槽的角度推薦不大于3.5°。

3）對(duì)于光卷筒和多層纏繞卷筒，鋼絲繩偏離與卷筒軸垂直平面的角度推薦不大于2°。

2 實(shí)際工程中，鋼絲繩偏角分析

根據(jù)實(shí)際工程實(shí)例，某230 t起升機(jī)構(gòu)，鋼絲繩在卷筒兩端通過鋼絲繩壓板固定，另一端通過鋼絲繩用楔形接頭固定在平衡臂上，平衡臂布置在小車架上，繩端用鋼絲繩夾子固定，工作級(jí)別M7，起升高度H=27 m，卷筒直徑D=1700 m，鋼絲繩直徑dk=32 mm，繩槽節(jié)距t=35 mm，卷筒中間光圈長100 mm，上極限時(shí)卷筒中間余留一圈空槽，下極限時(shí)卷筒余留安全圈共三圈，倍率q=8，鋼絲繩纏繞方式如圖1所示。

圖1 鋼絲繩纏繞圖

2.1 鋼絲繩繞進(jìn)繞出卷筒時(shí)偏角分析計(jì)算

鋼絲繩在卷筒兩端由鋼絲繩壓板固定，鋼絲繩在空槽和逆空槽方向受到不同的限制，向空槽方向只受繩槽本身的限制，逆繩槽方向還受到臨槽鋼絲繩的限制，在兩個(gè)方向的偏角受到卷筒螺旋角的影響，如下頁圖2所示為鋼絲繩在卷筒上的偏斜。

由圖2可以得出，鋼絲繩繞進(jìn)繞出卷筒時(shí)的最大偏角滿足以下結(jié)構(gòu)關(guān)系：

式中：φ1為鋼絲繩逆空槽方向繞入或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩中心線與卷筒軸垂直平面間的夾角（偏斜角）；φ2為鋼絲繩順空槽方向繞入或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩中心線與卷筒軸垂直平面間的夾角（偏斜角）；α1為鋼絲繩逆空槽方向繞入或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩中心線與繩槽中心線的夾角（最大偏斜角）；α2為鋼絲繩順空槽方向繞入或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩中心線與繩槽中心線的夾角（最大偏斜角）；ε為卷筒繩槽的螺旋升角；a0為吊具滑輪繩槽中心線與吊點(diǎn)中心的偏距，73 mm；a1為上極限時(shí)卷筒繩槽與吊點(diǎn)中心的偏距，60 mm；a2為下極限時(shí)卷筒繩槽與吊點(diǎn)中心的偏距，1 645 mm；H1為上極限時(shí)卷筒軸中心線與吊具滑輪中心線的垂直距離6 350 mm；H2為下極限時(shí)卷筒軸中心線與吊具滑輪中心線的垂直距離33 350 mm；為以鋼絲繩中心線計(jì)算的鋼絲繩卷繞直徑1 732 mm。

圖2 鋼絲繩繞進(jìn)繞出卷筒時(shí)偏角圖

2.2 鋼絲繩繞進(jìn)繞出滑輪時(shí)偏角分析計(jì)算

鋼絲繩繞進(jìn)繞出滑輪繩槽時(shí)，其偏角大小與定滑輪組、動(dòng)滑輪組，以及平衡臂的布置結(jié)構(gòu)有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮備件一致，一般定滑輪和動(dòng)滑輪軸承規(guī)格一樣，因此滑輪間距一致，動(dòng)滑輪組設(shè)計(jì)成中間四個(gè)，外側(cè)各兩個(gè)，間距布置如圖3所示，根據(jù)鋼絲繩纏繞方式可知，動(dòng)、定滑輪間距不變，同一滑輪上鋼絲繩偏角大小僅與起升高度有關(guān)，最大偏角發(fā)生在起升上極限位置，且進(jìn)出動(dòng)、定滑輪的鋼絲繩偏角成對(duì)出現(xiàn)，僅分析動(dòng)滑輪上鋼絲繩偏角即可。上極限位置，H3為定值，對(duì)比進(jìn)出定、動(dòng)滑輪鋼絲繩的每一分支，其水平偏距越大，則偏角越大。

式中：a3為滑輪間距，146 mm；a4為滑輪間距，302 mm；a5為平衡臂間距，600 mm；H3為上極限時(shí)動(dòng)、定滑輪中心垂直距離，5 855 mm；h4為定滑輪中心與平衡臂吊點(diǎn)的垂直距離，45 mm。

圖3 鋼絲繩繞進(jìn)繞出滑輪時(shí)偏角圖

表1 鋼絲繩繞進(jìn)繞出卷筒、滑輪的偏角

由表1結(jié)果可知，此設(shè)計(jì)方案鋼絲繩偏角控制在合理范圍之內(nèi)。若由于設(shè)計(jì)的實(shí)際偏角大于規(guī)范要求，應(yīng)根據(jù)滑輪的幾何尺寸、卷筒繩槽的具體尺寸，計(jì)算鋼絲繩繞進(jìn)繞出滑輪及卷筒繩槽的最大允許偏角，具體計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[1]。

3 結(jié)語

以大噸位、大倍率、大起升高度單層螺旋纏繞系統(tǒng)為例，分析了鋼絲繩偏角的計(jì)算方法，由理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，鋼絲繩偏角是影響鋼絲繩壽命的一個(gè)重要因素，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格考慮，采取措施減小鋼絲繩偏角。減小偏角的措施有：增大繩槽深度可以使鋼絲繩允許偏角增大，一般繩槽深度不小于1.5倍的鋼絲繩公稱直徑；在合理范圍內(nèi)，盡可能減少卷筒長度或增加卷筒直徑，增大滑輪與卷筒之間的距離；對(duì)于超大起升高度的起升機(jī)構(gòu)，為使卷筒長度短，小車架結(jié)構(gòu)緊湊，可采用折線卷筒與凸臺(tái)階梯擋板配合實(shí)現(xiàn)多層有序卷繞的形式。