起重機械卷筒亂繩故障分析及解決措施

雷雪

摘要：卷筒與鋼絲繩均是構成起重機設備的重要零部件，鋼絲繩安穩的卷繞在卷筒上是設備正常、高效率作業的重要基礎，但既往有大量實踐及研究發現，當多層纏繞工況下卷筒亂繩故障發生的風險明顯提高。卷筒亂繩故障若不能被及時解除，一方面還會減縮鋼絲繩壽命，另一方面也會對作業人員生命安全構成威脅。文章在闡述起重機卷筒類型及作業原理基礎上，針對卷筒亂繩常見故障成因加以分析，探究相關解決措施，以供同行參考。

關鍵詞：起重機;卷筒;亂繩故障;解決措施

卷筒與鋼絲繩是卷揚減速機內的核心構件，卷揚減速機性能指標關系著起重機械運行安全性、工效，卷筒亂繩是卷揚減速機運轉階段的常見故障類型，近些年國內外眾多學者紛紛開展了卷筒亂繩故障成因的研究工作，并探究了相關應對方案，已取得一定成績。鋼絲繩若能在各個層面上的排列有一定規律可循，則可以較明顯的延緩自體使用年限，但我們都知道，鋼絲繩奇、偶數層交叉纏繞，故而增加了法蘭空擋、折現交叉部位亂繩現象發生的風險。

1、卷筒類型及其運轉原理

當下，市面上銷售的卷筒產品類型繁多，以配重式、變頻式、力知式等較為常見。從宏觀層面上，可以把卷筒分細化為如下兩種類：（1）彈簧驅動式卷筒，其經常被用于調控電纜線的收放過程，該類卷筒在起重機內有較廣泛應用;（2）電機驅動式卷筒，針對其作業機理可以做出如下闡釋：力矩電機持有輸出變轉矩的屬性，在高、低速運轉狀態下分別會傳送出小、大轉矩，以上這種機械屬性能較好的迎合卷筒正常運作的主觀需求。當機械設備正向毗鄰水平地面錨位時，力矩電機將會步入至正常的運作狀態中，利用減速機對轉矩實施放大處理措施以后驅動卷盤旋轉過程，卷盤運轉階段將會完成收卷電纜線的任務[1]。伴隨電纜卷繞內徑的持續增加過程，力矩電機的運轉速度有跌落趨勢，且還能對外輸送出與之相對應的偏大轉矩，借此方式去提升大型機械設備運轉速度和確收攬速率兩者的統一性，自始至終均能維持固定不變的收攬張力。當機械設備逆向運轉和地面電纜相背離時，力矩電機電動勢方向恒定不變，在以上過程中設備拖拽電纜會形成逆向轉矩，且正向轉矩明顯低于反向轉矩，在這樣的工況下可以伴隨設備運轉過程同步釋放電纜線。

2、起重機械卷筒亂繩故障成因與解決措施

2.1鋼絲繩入繩角度偏大或偏小

鋼絲繩入繩角度大小是影響排繩效率高低的主要因素之一。在圖1內， 對應的是折線部螺旋角度，入繩角度（ ）可以是正數，也可以是負數，針對鋼絲繩相對繩槽形成的偏斜角度，可以采用 ± 表示。F對應的鋼絲繩設施持有的張緊力。Fa是相毗鄰鋼絲繩面對纏繞鋼絲繩情況時形成的側向力，由如下公式[2]：

Fa=Fsin（ ± ）

從理論層面上分析，在側向力Fa的擠壓作 鋼絲繩纏繞能達成軸向進給目標。F0代表的是鋼絲繩單位長度上形成的徑向壓力，本文為使論述內容更具簡潔性，將其轉化為一個位點的受力。見圖1，μ代表的是鋼絲繩之間持有的摩擦因數。Fx是F0順沿鋼絲繩交點切線方向形成的分力。Fm是兩個相毗鄰鋼絲繩對纏繞鋼絲繩形成的摩擦力。圖1（a）、（b）、（c）分別對應的內偏斜角度為 — 、 + 、 <0.5°時對應的受力狀態。

當入繩角度 在0.5～1.5°區間內取值時，見圖1（a），FxFm，此時由右下方鋼絲繩供應的摩擦力高于鋼絲繩朝向下方滑移的分力值，鋼絲繩有向右方跳繩的趨向。依照如上的論述依據，在圖1（b）內， 過大時會朝向左側跨越臨近的鋼絲繩，誘發鋼絲繩在某一部位聚集的現象。圖1（c），由于 過小，以致Fy趨于0，不能達成變道，誘導了鋼絲繩于法蘭側爬升過程。面對以上 超差問題，結合過往實踐經驗，建議將 調控在0.5～1.5°范圍中，若存在出入則可以增設角度補償器。

2.2卷筒節距與鋼絲繩內徑不配套

卷筒節距與鋼絲繩內徑不配套是誘發多數排繩不良問題主要因素，進而會增加勒繩、爬繩、跳繩等諸多不良現象發生的風險、針對該類問題，依照既往經驗，建議把鋼絲繩內徑公差控制在+2～+4%區間內，最適卷筒節距數值是鋼絲繩內徑的1.045倍。

2.3卷筒加工準確度超差

卷筒法蘭垂直度超出誤差限定區間、卷筒繩槽欠缺均勻性等問題，均可能會誘發卷筒排繩不良情況。為減少或規避以上不良狀況，應組織人力定時檢測鑄造卷筒模具，早期發現規格超差的情況，及時予以調換。

2.4鋼絲繩型號選擇欠妥當

鋼絲繩內徑公差值偏大、收縮率過高、質地過于堅硬及未能嚴格依照相關規范選擇鋼絲繩型號等，均對鋼絲繩亂繩、咬繩發生發展過程有一定貢獻率。建議加大鋼絲繩收縮率的調控力度，力爭<1%。在經濟條件許可時，建議選用壓實鋼絲繩，主要是因為該類構件能更徹底的消散捻制應力，表層順滑，和繩槽構件之間能形成較大的接觸面積，可以降低鋼絲繩勒繩、咬繩等情況的發生率。

2.5對鋼絲繩沒有進行預緊處理

鋼絲繩內部有一定張力，若未經預緊工序處理就講其直接纏繞于卷筒上，則將會誘導底層鋼絲繩纏繞狀態疏松的問題，當有一定力量施加在上層鋼絲繩時，下層纏繞不得鋼絲繩被擠壓扁的風險就會相應增加，情節嚴重時候會損傷鋼絲繩完好性。

結合文獻報道及筆者過往實踐歷程，針對鋼絲繩的預緊拉力值，要求其不低于鋼絲繩工作荷載的10%[3]。在實踐中，要求操作人員立足于工況測算出預緊力值。首層的預緊力起著關鍵性作用，為便于應用，若斷定起重機運行工況較為簡單時，則推薦使用

偏短的鋼絲繩，在確保安全圈充足的基礎上，截掉冗余的鋼絲繩。

結束語：

誘發卷筒亂繩故障的因素并不唯一，和起重機設備的運行工況、各個構件安裝標準要求、卷筒設計加工及鋼絲繩材質等均存在一定相關性。當下，業內針對卷筒亂繩故障的應對方案尚未做到盡善盡美，而若能嚴格依照相關規范設計要求、工況特征等完善設計、加工及使用過程，則通常能取得較好的防控效果。

參考文獻：

[1]馬平，廖明易，王志勇.起重機械用繩排索具力學與疲勞特性研究[J].廣東工業大學學報，2016，33（05）：65-68+76.

[2]倪秋良.起重運輸機械鋼絲繩的選型與使用壽命探究[J].現代制造技術與裝備，2016（03）：49-50.

[3]史洪衛，史勝海，周鋒，強超.對桅桿式起重機的幾項革新改造[J].石油化工建設，2015，37（06）：69-70.