起重機鋼絲繩擺幅及有效干涉策略研究

袁文亮 李先陽

摘 要：鋼絲繩是起重機上的重要裝置，在起吊重物時，主要采用鋼絲繩來承受載荷。但在起重機作業過程中，隨著起重機大小車的啟動和停止，鋼絲繩受到自身、吊鉤或重物慣性載荷作用，會產生一定的擺幅，過大的擺幅不僅會導致鋼絲繩與其他部件干涉，也會影響起重機的安全工作。本文先分析了起重機鋼絲繩的特點，在此基礎上，重點對其有效干涉策略進行了研究，一共參考。

關鍵詞：起重機；鋼絲繩；擺幅；干涉對策

1 起重機鋼絲繩及擺幅概述

1.1 起重機鋼絲繩

鋼絲繩的優勢比較顯著，不僅具有高強度、高韌性，而且自重比較輕、伸展性良好，在起重機運行過程中，能夠保持良好的平穩性能，同時，在高速運動時，還具有低噪聲、高吸震性、良好的轉向性等優點，并且驟然斷裂情況也較少[2]。基于以上優點，鋼絲繩在起重機械、電梯、索道、纜車、礦用提升機、石油鉆井等機械領域應用非常廣泛，已經成為最常用的撓性構件[3]。鋼絲繩將電機的圓周運動轉換為起吊重物的直線運動，由于起重機用鋼絲繩自身結構、實際工況、運動過程及受力狀況非常復雜，在多種因素的共同作用下，會導致鋼絲繩出現各種問題，如擺動甚至失效等。

1.2 鋼絲繩擺幅

鋼絲繩為不能伸長而可完全彎曲的線，鋼絲繩自重在起升機構中可以忽略不計，鋼絲繩懸掛點狀重物，擺動時可做無摩擦的自由振動。因此，可以認為鋼絲繩纏繞系統接近單擺模型，可以看作為單擺。現在很多起重機電控制造商已經采用單擺原理設計了起重機防搖擺程序，達到了很好的效果，更進一步說明，單擺模型與鋼絲繩纏繞系統模型的一致性。單擺即由一無質量的不能伸長但可完全彎曲的線懸掛點質量狀組成的理想擺，可做無摩擦的自由振動，由不可伸長的細柔繩一端懸于重力場內一定點，另一端固結一個重力小球，就構成單擺。若小球只限于鉛直平面內的擺動，則為平面單擺，若小球擺動不限于鉛直平面，則為球面單擺。重機運行機構的運動過程為靜止-加速-勻速-減速-停止，這個過程中加速和減速改變了物體的慣性狀態，它是由電機的驅動作用來完成的。

2 起重機鋼絲繩擺幅有效干涉策略

起重機啟動時間與啟動平均加速度計算方法如下：

1）起重機在滿載、上坡、迎風運行啟動時的啟動時間計算。起重機在滿載、上坡、迎風運行啟動時的啟動時間按式（1）計算：

式中：n為電動機額定轉速，r/min；k為其他傳動件的轉動慣量折算到電動機軸上的影響系數，k=1.05-1.20；J1為電動機轉子的轉動慣量，kg/m2；J2為電動機軸上制動輪和聯軸器的轉動慣量，kg/m2；m為電動機臺數；J&apos；3為做平移運動的全部質量的慣量折算到電動機軸

上的轉動慣量， ，其中，m為起重機的總起升質

量，kg；mi為起重機或小車的質量，kg；D為車輪踏面直徑，m；i為由電動機軸到車輪的機構總傳動比）；η為運行機構總傳動效率；Mdq為電動機平均啟動轉矩 ，其中，λAS為電動機平均啟動

轉矩倍數，其值見表1；Mn為電動機的額定轉矩，N·m）；Mdj為滿載、上坡、迎風時作用于電動機軸上的穩態運行阻力矩， 其

中，Pj為穩態運行阻力，N）。

2）啟動平均加速度的計算。啟動平均加速度按式（2）計算。

3）將相關數據代入式（1）、式（2）可以計算出啟動平均加速度，根據力的平衡原理，可以計算出在水平運行加速度下，鋼絲繩的擺角以及鋼絲繩在不同位置的擺幅。

（3）

4）能量既不會憑空產生也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體上，在轉化或轉移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。吊鉤由靜止狀態加速后若不再加速，其穩定運行速度產生的擺角幾何關系如下：

第一，根據此定律我們可以將單擺的動能轉化為勢能，可以由下述公式體現：

單擺的動能：1/2mv2

單擺的勢能：mph

依據機械能守恒定律，可以確定mph=1/2mvZ，約去質量m，公式為 。

第二，依據正多邊形的園內切、外接時，其幾何尺寸可以確定擺幅尺寸與擺角的關系如下：

通過以上力的平衡和幾何關系公式推導，以上理論推導和計算方法是正確的，適用于吊鉤擺幅計算。

3 結語

綜上所述，起重機吊鉤在啟制動時的偏擺角度與吊鉤所在的位置無關，與起升高度無關，只與加速度有關，隨著加速度的增大而增大；隨著鋼絲繩長度的增加，在固定加速度的情況下，吊鉤或重物的擺幅會越來越大。因此，在計算鋼絲繩的干涉情況時，要繪制出鋼絲繩的偏擺角度進行干涉檢查。采用以上方法和公式進行鋼絲繩干涉檢查，可以解決鋼絲繩干涉問題，為設計人員解決此類問題帶來快速便捷的辦法，減少設計失誤和錯誤，避免后期發生產品質量問題。

參考文獻

[1]于海洋，韓曉敏.關于起重機鋼絲繩擺幅與干涉的研究[J].山西科技，2019，34（01）：52-55.

[2]米成宏.塔式起重機起升鋼絲繩選型與使用[J].建設機械技術與管理，2018（12）：53-54.

[3]鄧初芬.一起普通塔式起重機鋼絲繩斷裂事故原因分析[J].特種設備安全技術，2018（04）：24-25.