起重機械鋼絲繩卷繞角度的超標及檢驗注意事項

張倫文

(福建省特種設備檢驗研究院寧德分院 寧德 352100)

起重機械鋼絲繩卷繞角度的超標及檢驗注意事項

張倫文

(福建省特種設備檢驗研究院寧德分院 寧德 352100)

起重機械起升機構的起升鋼絲繩從卷筒、滑輪上繞進繞出，與取物裝置聯系起來，構成了起重機的卷繞系統，帶動貨物被提升或下降。本文通過卷繞系統中鋼絲繩卷繞角度的超標實例的分析，閘述鋼絲繩卷繞角度超標原因及引發起重吊運作業安全事故的危害性，強調在起重機械卷繞系統的卷繞角度檢驗過程中應注意的事項。

卷繞系統 滑輪 鋼絲繩 角度 檢驗

滑輪、卷筒和鋼絲繩三者共同組成起重機起升機構的卷繞系統，在工作中，卷繞系統將驅動裝置的回轉運動轉換成吊具（吊載）的升降直線運動。正常情況下，合理的滑輪結構設計保證鋼絲繩能順利通過滑輪槽且不易跳槽，但鋼絲繩在滑輪組上的不合理的卷繞或運行異常，會造成鋼絲繩和滑輪輪槽的磨損、破損和鋼絲繩脫槽，特別是用于輕、中級工作機構的鑄鐵滑輪，其強度較低，脆性大，更容易破損，進一步對鋼絲繩造成損傷，甚至引起鋼絲繩的破斷，導致吊物的墜落，從而引發事故。

GB/T 3811—2008《起重機設計規范》[1]中6.3.3.3.1規定：鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的最大偏斜角（即鋼絲繩中心線和滑輪軸垂直的平面之間的夾角）不應大于5°。

GB 6067.1—2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》[2]中9.2.1規定：當取物裝置上升到設計規定的上極限位置時，應能立即切斷起升動力源。在此極限位置的上方，還應留有足夠的空余高度，以適應上升制動行程的要求。4.2.5.3規定：1)影響性能的表面缺陷（如：裂紋等）；2)輪槽不均勻磨損達3mm；3)輪槽壁厚磨損達原壁厚的20%； 4)因磨損使輪槽底部直徑減少量達鋼絲繩直徑的50%；或者存在其他損害鋼絲繩的缺陷時，應當予以報廢。

2 檢驗中存在鋼絲繩卷繞角度過大的問題

案例1：某水力發電有限公司一臺型號為QD50/10-12A5通用橋式起重機，主鉤起重量為50t，起升高度為12m。2013年7月，對該設備進行定期檢驗，當吊鉤主鉤上升做起升高度限位器是否有效試驗時發現，隨著吊鉤越接近上限位，卷繞系統鋼絲繩繞進繞入滑輪（定、動滑輪）時，與滑輪輪緣存在嚴重的刮碰現象，鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的最大偏斜角β過大，當吊重物時產生明顯的擠壓噪聲。圖1為從小車位置往下看的刮碰現象，圖2為從司機室往前看的刮碰現象。經確認上限位開關動作后，吊鉤頂部到定滑輪組最低點的距離大約還有600mm左右。

圖1 滑輪輪緣刮碰俯視圖

圖2 滑輪輪緣刮碰正視圖

案例2：某發電有限責任公司4#機組循環水閥門車間一臺12t鋼絲繩電動葫蘆，型號HC083B12-10D，吊鉤起重量12t，起升高度10m。2013年4月27日，對該設備進行定期檢驗，當吊鉤上升過程中，感覺整個吊鉤滑輪部分被卷繞系統的鋼絲繩別住，不能輕松自由轉動，鋼絲繩與吊鉤滑輪輪緣擠壓明顯，同時鋼絲繩與滑輪防護罩有明顯的刮碰現象，也是鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的最大偏斜角β過大所造成，見圖3和圖4。

圖3 滑輪輪緣與鋼絲繩擠壓正面圖

圖4 滑輪輪緣與鋼絲繩擠壓側面圖

3 造成鋼絲繩卷繞角度β過大的原因分析

按構造特點，根據繞入卷筒的鋼絲繩分支數，滑輪組分為單聯滑輪組和雙聯滑輪組。造成滑輪鋼絲繩卷繞角度β過大的原因有3種，一是由于選用的起重機，其卷繞系統設計選型不符合實際現場對起升高度的需求；二是當取物裝置在起升高度極限位置時，其頂部至卷筒之間的空余空間的距離不足；三是鋼絲繩的繞繩方法不正確。

3.1 卷繞系統設計與造型的原因

1）對于雙聯滑輪組，從圖5中可以看出，當吊鉤在下方靠近地面時，卷筒上的鋼絲繩（除滿足需要預留的安全圈外）已全部釋放，卷繞在卷筒上的鋼絲繩均運行到卷筒兩端，此時，鋼絲繩與吊鉤滑輪槽夾角β最大，吊鉤滑輪靠外側一面的輪緣受到鋼絲繩的側向拉力最大。根據GB/T 3811-2008《起重機設計規范》[1]規定，鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的最大偏斜角不應大于5°，

式中：B——吊鉤位于最低極限位置時，鋼絲繩繞出卷筒點的位置至繞入吊鉤滑輪的軸垂直面的水平距離；

H——吊鉤位于最低極限位置時，吊鉤滑輪軸到卷筒中心軸的垂直距離。

由于式（1）中的H和B值是由卷繞系統的設計與選型決定的，若實際使用中B/H值過大，即β值超標，說明該起重機的卷繞系統的設計或選型有誤。

在檢驗中，由于吊鉤的質量偏小，當吊鉤在最低位置時，可能存在起升鋼絲繩自然卷曲而造成鋼絲繩處于未拉直的狀態，無法準確目測判斷鋼絲繩與吊鉤滑輪輪緣的接觸情況（判斷夾角β值時）。在這種狀況下，吊鉤應適當吊重，讓起升機構卷繞鋼絲繩拉直來檢查鋼絲繩繞進繞出滑輪的情況，若目測發現存在角度β過大的問題，可以使用上述直角三角形（可測得斜邊和一直角邊）及式（1）進一步估算判斷β值是否超標（本文在此點計算上不做進一步詳細閘述）。

圖5 吊鉤處于最低位置

3.2 取物裝置在起升極限位置其頂部距離不足

隨著吊鉤從下往上的不斷上升，鋼絲繩被逐漸卷入卷筒，持續排列的鋼絲繩在排繩裝置（如導繩器、卷筒槽、排繩裝置等）的導向下往卷筒中部移動，夾角β逐漸變小至0。由于大噸位的起重機械，采用了省力滑輪組，滑輪組的倍率m較大，定、動滑輪的個數較多，進出定滑輪和動滑輪之間這段的鋼絲繩不是垂直的狀態，存在一定的角度，隨著吊鉤的繼續上升，動滑輪越接近定滑輪，反向的β值逐漸加大，也存在β值超標的現象（如案例1）。

當吊鉤在上方靠近上升高度限位器時，根據圖6所示，

式中：s——鋼絲繩與進出定、動滑輪接觸點的水平距離；

h——鋼絲繩與進出定、動滑輪接觸點的垂直距離。

圖6 鋼絲繩卷繞

因s值由起重機本身的卷繞系統結構所決定，不同的起重機卷繞系統，其值是不一樣的。依據GB/T 3811-2008《起重機設計規范》[1]規定，為了確保鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的最大偏斜角不應大于5°，對于不同的起重機，其規定要求的h最小值也就不一樣。這與GB 6067.1-2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》[2]中9.2.1的規定（在此極限位置的上方，應留有足夠的空余高度，而不是一個絕對數值）相符。

案例1實際上是由于廠房高度不足，為了滿足貨物提升高度的實際要求，使得高度限位器設置位置過高，造成其上部的空余距離的空間不足，使鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的偏斜角β大于5°。因此，在檢驗中一定要注意，上升高度限位器上部空余空間尺寸應能滿足偏斜角β的要求。

3.3 卷繞系統繞繩的穿插方法不正確

對于單聯滑輪組這類起升機構，除了類似上述3.1和3.2節原因造成卷繞角度β過大外，還有一種就是卷繞系統繞繩的穿插方向不正確造成角度β過大。如案例2中的電動葫蘆鋼絲繩在卷繞安裝過程中穿反了，隨著吊鉤上升，滑輪鋼絲繩繞進繞出滑輪的偏斜角β逐漸加大，當吊鉤升到最高點時β角會變成很大，起升鋼絲繩與滑輪輪緣和滑輪防護罩嚴重刮碰。

案例2卷繞鋼絲繩的正確穿插方法是如圖7所示。鋼絲繩從吊鉤滑輪組繞入定滑輪的走向變換一下，即由吊鉤滑輪組上的固定點繞入定滑輪的位置換成另一側繞入，這樣電動葫蘆鋼絲繩卷繞安裝就正確了。如果不仔細觀察，又沒有相關穿繩經驗或圖紙的話，這種鋼絲繩的穿插方法往往很容易被忽視的。

圖7 鋼絲繩正確卷繞方法

4 危害性

當鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的偏斜角β過大時吊載，存在很大的隱患。第一，由于偏斜角β過大，使得吊鉤滑輪輪緣受到鋼絲繩的側向拉力很大，滑輪輪緣與鋼絲繩的摩擦加劇，造成滑輪的磨損，鋼絲繩的磨損斷絲，以及鋼絲繩脫槽，嚴重會造成滑輪輪緣的破損；第二，破損的滑輪輪緣、以及滑輪防護罩對起升鋼絲繩的刮碰會損害鋼絲繩的使用壽命；第三，對有導繩器電動葫蘆，過大的側向力很容易使導繩器斷裂損壞，影響起升鋼絲繩的排繩，造成起升鋼絲繩無規則的纏繩，損害鋼絲繩的壽命。上述隱患不僅會損壞滑輪、鋼絲繩脫槽，甚至可能引起鋼絲繩斷裂，造成吊物墜落的事故。

5 結束語

鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽的偏斜角度的檢驗很容易被忽視，一旦偏斜角β值過大，會造成起升鋼絲繩與滑輪輪槽的磨損，鋼絲繩脫槽，滑輪輪槽的破損，甚至造成起升鋼絲繩的破斷，以致于吊物的墜落造成事故。因此，在起重機檢驗過程中，應對起升鋼絲繩繞進和繞出滑輪槽時的最大偏斜角進行檢查，主要檢查當吊鉤處在起升最高位置和最低位置狀態下，鋼絲繩繞進和繞出滑輪槽時的偏斜角是否超過GB/T 3811-2008《起重機設計規范》[1]所規定值，以及對有導向定滑輪的電動葫蘆，還應注意檢查是否存在由于起升鋼絲繩卷繞的穿插方向不正確而引起的偏斜角過大現象。

[1] GB/T 3811—2008 起重機設計規范[S].

[2] GB 6067.1—2010 起重機械安全規程 第1部分：總則[S].

Overproof of Crane Wirerope Winding Angle and its Announcements in Inspection

Zhang Lunwen
(Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute Ningde Branch Ningde 352100)

Hoist rope in hoisting mechanism of crane is from the roll, rounding on pulley, and connecting to load handling device, which constitutes the crane winding systems and drives goods raising or declining.By analyzing instances of excessive winding system the winding angle of the wire rope, this paper states the harmful of crane operation accident caused by wirerope winding angle overproof, and stresses the winding angle inspection announcements in crane winding system.

Hoisting machinery Winding system Pulley Steel wire rope Angle Inspection

X941

B

1673-257X(2015)06-33-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.06.007

張倫文(1966～)，男，本科，高級工程師，起重機械檢驗師，電梯檢驗師，注冊設備監理師，主要從事特種設備檢驗檢測及研究工作。

2015-01-26）