淺談卷筒設計及故障分析

摘 要：通過對目前卷筒的故障分析，設計出一種新型的單臺階雙折線鑄造繩槽卷筒，解決了卷筒亂繩問題。

關鍵詞：卷筒；雙折線；單臺階；鑄造繩槽；亂繩

隨著我們國家經濟建設的不斷深入發展。工程機械領域也迎來了前所未有的發展機遇，正處于高速發展階段，卷揚減速機廣泛的應用在工程機械的卷揚驅動上，卷筒作為卷揚減速機的重要零件越來越受到工程界的廣泛關注，尤其是發生在卷筒上的亂繩、咬繩、勒繩等問題一直是困擾工程機械領域中的難題，也是用戶投訴最多、最集中的地方。卷筒亂繩輕則影響鋼絲繩的使用壽命，給主機廠家帶來一定的經濟損失，嚴重的將直接影響主機安全甚至造成人身安全事故，應引起我們廣大工程技術人員和主機廠家的高度重視，如果這個問題解決的好，將會直接提高主機廠家的產品質量并提高企業形象，是產品在同行業中更具有競爭力。我們應該充分認識到這一點，卷筒的質量的好壞不僅是關系到一個卷揚減速機機質量的好壞，它將決定整個車輛的好壞，即使你的車輛外觀再美觀，性能再優越，系統配置再先進，如果沒有一個高質量、優良結構的卷筒作為保證的話，一切將變為零，一旦卷筒經常出現纏繞故障，無法正常工作，客戶照樣對你的產品不認可，嚴重時將要求退貨，這樣將會給企業帶來重大的經濟損失，影響企業的形象，同時給企業帶來嚴重的后果。

針對卷筒纏繞故障這一難題，我們公司專門抽調技術力量進行公關，通過多年的研究和現場觀察，我們發現卷筒亂繩雖然涉及到的因素比較多，但發生在螺旋繩槽卷筒所占的比率非常大，幾乎可以占到80%左右。通過多年到現場觀察螺旋繩槽卷繩過程和對螺旋繩槽卷筒的結構分析，發現螺旋繩槽在結構上有著它自身無法克服的缺陷，主要表現在以下幾個方面：第一，當鋼絲繩纏繞到卷筒兩擋邊的折返點處無法實現自由變向，而是靠鋼絲繩的繩偏角來引導它進行變向，對鋼絲繩的偏角依賴性比較強，繩偏角稍不合適就極易引起亂繩。第二，當鋼絲繩運行到卷筒兩個擋邊時它總是沿著擋邊內側運行360°逐漸過渡到第二層，當運行到與第一層鋼絲繩相切的位置時，在繩偏角的作用下產生變向，此時的鋼絲繩已經處于最不穩定的狀態，如果繩偏角過小，容易產生爬繩，然后在向下滾動；如果繩偏角過大形成跳繩，其結果在卷筒的兩個擋邊內側出形成很大的楔形縫隙，影響后續鋼絲繩的排列，如果間隙過大，則會造成上一層鋼絲繩嵌入下一層，從而導致亂繩使鋼絲繩受損。同時也是造成第一層鋼絲繩與第一層以上鋼絲繩圈數不一致的主要原因，使第一層以上的鋼絲繩的圈數總是比第一層的圈數要少一圈，其結果是鋼絲繩纏繞到第二層時，怎么纏也纏不齊，從而影響后續鋼絲繩的排列。第三，如果按國家標準選擇鋼絲繩繩距，往往偏大。按照標準繩距生產的卷筒，鋼絲繩在第二層以上運行時往往是先沿著下一層鋼絲繩的縫隙行走然后在很短的距離內向相反的方向運行。此時鋼絲繩在變向運行處的螺旋升角急劇放大，從理論分析和計算結果上看此時的螺旋升角甚至可達14度以上，是第一層鋼絲繩螺旋升角的14倍左右，造成鋼絲繩走“之”字，是鋼絲繩容易產生塑性變形，繩距越大這種現象也就越明顯。這樣的結果是鋼絲繩旋轉一圈時往往在其兩個拐點出造成相鄰鋼絲繩之間的磨損，尤其是當鋼絲繩單繩拉力較大時尤為明顯，這種情況在起重機的變幅中表現的更為突出，其后果是將直接影響鋼絲繩的使用壽命和車輛的安全。

雖然螺旋繩槽結構簡單，便于制造、加工，曾一度的應用卷揚減速機上，但針對螺旋繩槽卷筒的現狀，我公司認為螺旋繩槽卷筒是引起亂繩的主要根源，由于它存在自身無法客服的缺陷，所以它在多層纏繞中是無論如何纏繞也纏繞不齊的，所以說螺旋繩槽已不適合多層纏繞，尤其是兩層以上的纏繞時，應該禁止使用螺旋繩槽卷筒。

雙折線繩槽又稱“LEBUS”繩槽，是LEBUS公司早在上個世紀三十年代發明的繩槽形式，最初是應用在油田鉆井設備上，發明人是Frank LeBus，是一位美國人，他利用一根繩槽導桿處理完成了晉升卷筒纏繞鋼絲繩的問題，并此獲得了專利。最初的形式是單折線繩槽，最后LEBUS公司擬對專利進行了修改而成為現在的雙折線繩槽。所謂雙折線繩槽是指它的繩槽在旋轉一周中是由兩段平行和兩段螺旋繩槽組成，兩段螺旋繩槽是鋼絲繩沿軸線運動的方向，鋼絲繩旋轉一周要沿著軸向行走一個繩距，這樣它前后180°范圍沿兩個螺旋段繩槽內各走半個繩距，一個螺旋線叫一個折線，旋轉一周共有兩個螺旋段，所以交雙折線繩槽，一般雙折線繩槽的直線段占整個繩槽的3/4左右，直線段繩槽更有利于鋼絲繩的運行，使鋼絲繩運行的更穩固，能夠更大程度上延長鋼絲繩的使用壽命，據統計鋼絲繩的壽命能夠提高500%左右。國內真正意義上的LEBUS繩槽卷筒是非常少見的，因為它價格昂貴，往往是國內普通繩槽卷筒價格的10～20倍，而且對纏繞的要求非常高，所以國內得不到廣泛的應用。

雙折線繩槽于上個世紀80年代初期開始引進我國而用在卷揚減速機上，最初應用雙折線繩槽往往是多臺階的結構，也是非常理想的臺階結構形式，這種結構日本比較流行。所謂多臺階就是說如果鋼絲繩纏繞幾層就要鑄造出來幾層臺階，這種結構旺旺非常復雜，對鑄造要求也非常嚴格，從設計到鑄造所用的周期都很長，我們最初的設計雙折線繩槽結構也是這種多臺階的雙折線繩槽，往往是用戶要求雙折線繩槽，而我們由于周期原因無法提供這種繩槽，很難滿足用戶的需求。而且隨著工程機械的不斷發展，用戶使用的卷筒層數已經不斷的在增加，5層以下多臺階的雙折線繩槽已經遠遠不能滿足用戶的使用要求，卷筒的纏繞層數目前最多的已經達到10層以上，如果還是按照多臺階設計折線卷筒幾乎是不可能了，按照多臺階設計折線繩槽最多只能達到5層臺階，在這種條件下開發新結構的折線卷筒已經到了刻不容緩的地步了。

根據目前卷筒的現狀，我公司對比多臺階雙折線繩槽和LEBUS繩槽的結構特點，將兩者巧妙有機的結合為一體，設計出一種新型的雙折線繩槽卷筒，我們將它命名為“雙折線單臺階鑄造繩槽卷筒”，用這種新型卷筒替代多臺階的雙折線卷筒，根據用戶現場試驗和反饋信息，證明這種新型的卷筒結構完全能夠替代老結構的折線繩槽，而且比雙折線多臺階繩槽卷筒更具有優勢：

（1）結構比多臺階雙折線繩槽簡單的多，無論鋼絲繩纏繞多少層，它都只有一層臺階。

（2）設計和鑄造周期都得到了很大的縮短。

（3）使用范圍廣，能夠適用各種工況的使用，尤其是在起重機使用效果尤為明顯。因為起重機隨著臂長的伸長和縮短的不斷變化，鋼絲繩的偏角也在不斷的變化，而這種結構的卷筒自身帶有兩個變向凸臺，能夠輔助鋼絲繩實現變向，適用不同繩偏角的變化。

從這種新結構的雙折線繩槽卷筒初次使用到目前為止很少有客戶反映有亂繩現象，說明這種結構已經完全能夠替代老結構的雙折線多臺階繩槽卷筒，與老結構相比更具有無法替代的優越性。我們曾多次到主機廠家觀看了這種新結構卷筒的全部卷繩過程，用戶看了也比較滿意。通過多年的使用，說明其性能優良，結構合理，可以廣泛的應用于卷揚減速機上。現在一些老用戶在定我們的卷筒時，都要求提供雙折線繩槽卷筒，有的用戶還向我們索要有關雙折線卷筒的技術資料，說明他們對卷筒亂繩這方面越來越重視了，很多現場無法解決的亂繩問題，通過更換新結構卷筒問題得以解決，充分說明新結構卷筒有非常強的生命力，以后市場發展的前景也非常廣闊。

作者簡介：袁朝國（1981-），男，江蘇徐州，助理工程師，主要從事行星減速機設計工作。