劉莉娟

（太原重工技術中心，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，且在強大的拉伸載荷作用下，反復彎曲、擠壓、扭轉、磨損等會導致鋼絲的金屬疲勞。橋式起重機普遍采用單層雙聯卷繞形式，當工作級別低，起重量偏小時，一般卷繞滑輪數量少，卷筒長度短，纏繞方式簡單，鋼絲繩偏角均能滿足規范要求。對于高工作級別、大起升高度、大倍率起升機構，鋼絲繩纏繞系統較為復雜，鋼絲繩繞入繞出卷筒或以一個偏角繞過滑輪時，鋼絲繩箍緊繩槽底部，鋼絲繩垂下而扭轉，或沿著繩槽邊緣轉動，或在繩槽內擺動，導致鋼絲繩出現不良卷繞，嚴重時會引起鋼絲繩內部結構的變形，甚至會發生鋼絲繩跳槽現象而引發脫槽事故，因此，設計時應嚴格控制纏繞系統鋼絲繩的最大偏角滿足規范要求。

1 鋼絲繩允許偏角

根據GB/T 3811規定，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）鋼絲繩繞進繞出卷筒時鋼絲繩偏離繩槽的角度推薦不大于3.5°。

3）對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 實際工程中，鋼絲繩偏角分析

根據實際工程實例，某230 t起升機構，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，繩槽節距t=35 mm，卷筒中間光圈長100 mm，上極限時卷筒中間余留一圈空槽，下極限時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 鋼絲繩繞進繞出卷筒時偏角分析計算

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，鋼絲繩繞進繞出卷筒時的最大偏角滿足以下結構關系：

式中：φ1為鋼絲繩逆空槽方向繞入或繞出卷筒時，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，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，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，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中心的偏距，73 mm；a1為上極限時卷筒繩槽與吊點中心的偏距，60 mm；a2為下極限時卷筒繩槽與吊點中心的偏距，1 645 mm；H1為上極限時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算的鋼絲繩卷繞直徑1 732 mm。

圖2 鋼絲繩繞進繞出卷筒時偏角圖

2.2 鋼絲繩繞進繞出滑輪時偏角分析計算

鋼絲繩繞進繞出滑輪繩槽時，其偏角大小與定滑輪組、動滑輪組，以及平衡臂的布置結構有關，設計時考慮備件一致，一般定滑輪和動滑輪軸承規格一樣，因此滑輪間距一致，動滑輪組設計成中間四個，外側各兩個，間距布置如圖3所示，根據鋼絲繩纏繞方式可知，動、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，最大偏角發生在起升上極限位置，且進出動、定滑輪的鋼絲繩偏角成對出現，僅分析動滑輪上鋼絲繩偏角即可。上極限位置，H3為定值，對比進出定、動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為上極限時動、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的垂直距離，45 mm。

圖3 鋼絲繩繞進繞出滑輪時偏角圖

表1 鋼絲繩繞進繞出卷筒、滑輪的偏角

由表1結果可知，此設計方案鋼絲繩偏角控制在合理范圍之內。若由于設計的實際偏角大于規范要求，應根據滑輪的幾何尺寸、卷筒繩槽的具體尺寸，計算鋼絲繩繞進繞出滑輪及卷筒繩槽的最大允許偏角，具體計算方法參見文獻[1]。

3 結語

以大噸位、大倍率、大起升高度單層螺旋纏繞系統為例，分析了鋼絲繩偏角的計算方法，由理論計算和實際經驗可知，鋼絲繩偏角是影響鋼絲繩壽命的一個重要因素，設計時應嚴格考慮，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，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；對于超大起升高度的起升機構，為使卷筒長度短，小車架結構緊湊，可采用折線卷筒與凸臺階梯擋板配合實現多層有序卷繞的形式。