八繩防搖系統鋼絲繩與吊具的連接方式研究

王昭勝

青島海西重機有限責任公司 青島 266530

0 引言

吊具擺動是影響起重機使用效率因素中最大的一部分[1]。軌道式、輪胎式集裝箱門式起重機小車及大車的高速運動帶來的搖擺震動很難衰減且需要起重機金屬結構及其傳動機構來吸收，會影響其壽命并帶來安全隱患[2]。八繩防搖技術在歐洲很早就得到了應用，主要原理是利用三角形穩定性的幾何原理[3]。是目前防搖采用的比較成熟的主流形式。本文詳細分析繩端與吊具之間的不同連接尺寸對防搖效果的影響，設計更快速實現更小吊具搖擺幅度，且鋼絲繩載荷更低的連接方式。

1 方案分析

1.1 連接方式說明

如圖1所示，國內多采用的八繩防搖系統——倒三角形八繩纏繞系統，鋼絲繩末端斜向相交，連接在特制的吊具上架四邊處，分別組成4個相等的等腰三角形[3]。本文主要研究倒三角形下端與吊具的連接方式。

圖1 八繩防搖系統鋼絲繩纏繞示意

如圖2所示，八繩防搖系統形成的每個倒三角形，末端有2個端點。鋼絲繩與吊具之間采用有3個安裝孔的剛性結構（上側2個安裝孔，下側1個安裝孔）。三角形結構上側2個安裝孔與八繩防搖系統的鋼絲繩末端通過銷軸連接；下側1個安裝孔與吊具通過銷軸連接。

圖2 鋼絲繩末端與吊具的連接方式

1.2 不同吊具開檔尺寸擺動量

建立數字樣機，參數化圖2中的吊具開檔尺寸分別為150 mm、240 mm、270 mm、330 mm。

大車固定，小車吊具總質量46 620 kg，起升高度取上極限、中間高度、下極限3個高度位置，運動速度120 m/min，啟動加速后勻速運行15 s制動減速。觀察從起始100 s時間內吊具開檔分別為4個尺寸時的搖擺情況。吊具在上極限、中間高度、下極限高度時吊具擺動量如表1～表3所示。

表1 吊具在上極限高度時吊具擺動量

表2 吊具在中間高度時吊具擺動量

表3 吊具在下極限高度時吊具擺動量

通過表1～表3可得如下結論：

1）當吊重、吊具開檔、小車運行加減速時間相同的前提下，吊具擺動量和鋼絲繩受力隨著吊具起升高度的增加而減小；

2）當吊重、吊具開檔、吊具起升高度相同的前提下，吊具擺動量和鋼絲繩受力隨著小車運行加減速時間的增加而減小；

3）當吊重、吊具起升高度、小車運行加減速時間相同的前提下，吊具擺動量隨著吊具開檔尺寸的減小而減小。

因吊重、吊具起升高度、小車運行加減速時間為設備實際工作需要，設計時不宜改變，故本文通過改變吊具開檔尺寸以達到更好的防搖效果。由以上結論可知，在其他3個因素相同時，吊具擺動量隨著吊具開檔尺寸的減小而減小。

為得到最惡劣工況數據，基于以上結論，提取表1～表3中起升高度最小（下極限）、加減速時間最短（3 s）的4種吊具開檔尺寸制作新表如表4所示。

表4 吊具最大擺動量

2 改進連接方式

根據1.2得出的吊具擺動量隨著吊具開檔的減小而減小的結論，現將吊具開檔尺寸改為0 mm，即：使得倒八型鋼絲繩兩兩與吊具連接的末端重合相交，鋼絲繩末端圍繞著同一點自由旋轉。修改后的模型如圖3所示。

圖3 鋼絲繩末端與吊具連接點重合模型

相同工況下，即吊具高度下極限位置，加速度3 s，采用此模型的吊具擺動量為456.44 mm，鋼絲繩受力為160 280 N，均優于表4中的最惡劣工況。表4中各工況吊具隨時間擺動量如圖4所示。鋼絲繩末端與吊具連接點重合時，吊具隨時間擺動量如圖5所示。

圖4 吊具開檔為150 mm、210 mm、270 mm、330 mm時吊具隨時間擺動量

圖5 鋼絲繩末端與吊具連接點重合吊具隨時間擺動量

由圖4、圖5對比可知，改進后的連接方式使吊具擺動幅度更小，抑制擺動更迅速，效果更好。

3 結論

通過分析八繩防搖系統鋼絲繩末端與吊具連接方式在幾種尺寸下對吊具擺動幅度和穩定速度的影響，得出此處在共鉸點、各自自由轉動的情況下，可實現吊具擺幅最小、最快趨于平穩的結論。為更好地實現吊具防搖效果的相關設計提供了一種思路。