吊籃用OC型索具螺旋扣的安全性能分析

田常錄，謝家學

（1.江南大學機械工程學院，江蘇 無錫 214122；2.無錫雄宇集團吊藍機械制造有限公司，江蘇 無錫 214125）

1 前言

索具螺旋扣是一種可以通過調節螺絲桿來調節松緊或緊固物品的工具。螺旋扣的使用范圍很廣泛，從家庭到各種大小的工程、工廠、運輸等行業都能應用到。船舶行業標準CB/T 3818-2013《索具螺旋扣》規定了螺旋扣的類型、技術要求、試驗方法等，其主要類型包括UU、OU、CC、CU、OO、CO 等。螺旋扣不僅在船舶等行業使用，CO 型螺旋扣也在吊籃行業被廣泛采用。CO 型在CB/T 3818-2013《索具螺旋扣》中稱為開式索具螺旋扣，該標準規定了開式索具螺旋扣的形式，如圖1 所示。

圖1 CO型開式索具螺旋扣

螺旋扣在使用過程中應充分了解使用受力情況和作業環境，要充分考慮影響螺旋扣工作的安全因素。由于OC 型螺旋扣在吊籃行業的應用，其使用過程中的安全可靠性受到了本行業有關部門的重視。本文試從理論分析和現場試驗兩個方面，對吊籃用OC 型螺旋扣的安全性能進行探討和分析。

2 ZLP630型標準吊籃結構計算分析

吊籃用OC 型螺旋扣在使用過程中的主要安全性因素是攀拉鋼絲繩是否會脫鉤，這個問題涉及攀拉鋼絲繩工作時的變形量是否合適，攀繩的預緊力大小是否合適、攀繩在工作中是否會發生松弛的現象等。為此，本文首先分析吊籃攀拉鋼絲繩工作時的變形量，以及在載荷有變化或動力沖擊時攀繩變形量的幅值，考查其值是否超出OC 型螺旋扣的安全性許可范圍。

高處作業吊籃懸掛機構如圖2 所示。圖中P為吊籃自重和載荷作用于單個懸架的拉力，A點為配重W的作用點，B點下部支撐于建筑物頂部的地面上。圖3 為懸掛機構受力和變形示意圖。外力P的分配與鋼絲繩和前梁剛度相關，主梁ABC簡化為外伸梁，前支撐B點為鉸支撐，如圖3，其變形情況基本與實際情況符合。

圖2 吊籃懸掛機構示意圖

圖3 懸掛機構總體變形圖

空載P=0 時，吊頭處局部變形如圖4 所示。

圖4 吊頭局部變形圖（空載時）

此時鋼絲繩總張力等于預緊力，即T=To，預緊鋼絲繩初始伸長ΔLo和前梁向上彎曲撓度wo分別為

式中，E為彈性模量，A為鋼絲繩截面積，幾何尺寸見圖2。由圖4 可知變形協調方程為

δ鋼絲繩未預緊時短缺距離，即為鋼絲繩原長端點到前梁為未受力時端點C的距離。式（1)代入（2)得

滿載時，吊頭處局部變形如圖5 所示。

圖5 吊頭局部變形圖（滿載時）

鋼絲繩總伸長ΔL和前梁向下彎曲撓度w分別為

由圖5 可知變形協調方程

式（3）、式（4)代入式（5）簡化后得鋼絲繩最終張力T為

其中I為前梁截面慣性矩：

對于ZLP630型標準吊籃，自重和載荷作用于單個懸架的拉力P值為P=（0.6t+0.63t)/2=6150N，吊籃懸掛機構其它結構參數如下。

分別取不同的預緊力To，把P和表1 中參數數據代入（6)可計算得鋼絲繩總張力T，其中前梁長度a分為三種情況，取a=1.5m，1.0m，0.7m分別計算。由（4)式計算前梁梁端撓度w值。計算結果見圖6。

圖6 不同前梁長度a下前梁端吊頭最大撓度w隨預緊力To的變化情況

由圖6 可以看出，安裝時若無預緊力則工作時吊頭下垂，即為圖中左端零刻度線上的值，而吊頭下垂（撓度w）的絕對值最大，此時攀拉鋼絲繩沒有發揮其應有的作用。隨預緊力增加，前梁吊頭下垂w的絕對值減小，更為合理，此時攀拉鋼絲繩發揮了其承擔主要載荷的作用。

由圖6 可以看出，吊籃在工作過程中，如果是在靜載荷下，理論上吊頭上下位移很小，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態。由此，靜載荷情況下不存在脫鉤的可能性。

吊籃現場安裝時，首先需要預緊攀拉鋼絲繩，此時吊頭未懸掛載荷，即為空載P=0 的情況。攀拉鋼絲繩預緊完畢后，吊籃前梁處局部變形如圖4 所示，吊頭向上翹起。由于懸架裝配間隙帶來一定的誤差，吊頭實際向上翹值比理論值大，根據現場測試，一般在3～5cm 左右。也就是說，空載時，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態，距離前梁水平位置短缺3～5cm 左右。

吊籃正常工作時，前梁處于水平位置，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態。前梁受力向下彎曲時，攀拉鋼絲繩伸長量加大、一直處于拉緊狀態，不會發生脫鉤情況；只有前梁向上彎曲，且吊頭向上翹超過預緊值（3～5cm），攀拉鋼絲繩才可能放松。由以上理論分析可知，吊籃正常工作中，吊頭上下位移很小，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態。即使考慮動力沖擊等載荷作用或其它原因導致吊籃受力過大，但懸掛鋼絲繩是柔性的，只能承擔拉力，所以只可能發生向下的超載，不存在脫鉤的可能性。如果發生向上的載荷，因為懸掛鋼絲繩是柔性的，鋼絲繩不可能傳遞壓力，因而極限情況是吊頭懸掛載荷為零，即相當于以上討論的空載情況，此時攀繩仍處于拉緊伸長狀態，也不存在脫鉤的可能性。

現場實際使用時，OC 型螺旋扣的掛鉤深度約有5cm，再疊加空載時吊頭上翹3cm（即預緊值），所以鋼絲繩完全放松脫鉤需要大約有8cm距離，即需要前梁吊頭上翹8cm 后，而吊籃在前梁吊頭處不會發生向上的外載荷，因而完全放松脫鉤的現象也不會發生。

3 結語

本文計算了吊籃工作時攀繩的變形幅值并討論了攀繩發生松弛的條件等，結合吊籃施工現場經驗論證了吊籃用OC 型螺旋扣的安全性。此外，從應用經驗看，吊籃行業多數使用OC型螺旋扣，從未發生過脫鉤事故。在吊籃施工過程中，由于OO 型螺旋扣安裝和拆卸不便，相比OC 型明顯效率低、費用高，這些問題在吊籃國標修訂時也得到多數專家的認可。因此，建議有關部門應充分了解OC 型螺旋扣在吊籃施工現場的使用情況，支持施工單位按照生產廠家的要求使用。