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起重機起升鋼絲繩發生回轉的原因及解決辦法

1. 導致鋼絲繩發生回轉的原因

1.1 對單根繩而言,產生回轉的原因是鋼絲繩有旋轉內力存在

(1)鋼絲繩采用的是普通單層鋼絲繩

普通單層股鋼絲繩是單層卷制的鋼絲繩,如圖1所示幾種類型。

圖1 單層鋼絲繩類型

(a)6 19+FC (b)6 19+IWS (C)6 19+IWR

由于是單層,每股鋼絲的旋轉內力方向一致,導致整根鋼絲繩有一定的合成轉矩,在自由狀態下承受張力時,鋼絲繩的旋轉角度大于0,合成轉矩大于0,容易發生旋轉。

防扭鋼絲繩是多層股鋼絲繩,如圖2所示幾種類型。

圖2 多層股鋼絲繩類型

(a)18 7+FC (b)18 7+IWS

(c)18 19S+FC (d)18 19S+IWS

防扭鋼絲繩巧妙地利用各層鋼絲之間不同捻向,相互抵消旋轉力。在自由狀態下承受張力時,鋼絲繩的旋轉角度等于0,合成轉矩等于0,鋼絲繩更柔軟、更韌性、抗拉強度更強。

(2)鋼絲繩由卷盤卷繞到起升機構及滑輪組上時,沒有完全釋放旋轉內力

新購鋼絲繩從卷盤卷繞到起升機構上時,如果在卷盤上卷繞的力量沒有得到釋放,即使是防扭鋼絲繩也容易產生纏繞。

1.2 2 滑輪組之間鋼絲繩除了承受垂直力還存在一定的橫向水平分力,則會產生合成轉矩,從而促使這組鋼絲繩發生旋轉

鋼絲繩產生橫向水平分力的原因是由于滑輪組的卷繞方式設計不當。朝天門大橋70 t桅桿起重機起升鋼絲繩的卷繞方式便存在這樣的缺陷,如圖3所示。

圖3 起升鋼絲繩卷繞方式

由圖3可以看出,卷繞在定滑輪和動滑輪之間的鋼絲繩與垂直方向存在一定夾角,該夾角的存在會導致鋼絲繩產生水平分力,從而導致動滑輪圍繞垂直中軸線 b發生旋轉。

2. 起升鋼絲繩防回轉的方法

2.1 釋放鋼絲繩旋轉內力

(1)采用防扭鋼絲繩

采用防扭鋼絲繩是最基本的一種防回轉方法,特別是在起重機起升高度比較大時,能有效地避免回轉的發生。

(2)采用適當的方法牽引卷繞鋼絲繩

鋼絲繩從卷盤卷繞到起升機構及滑輪上時應采用適當的方法進行出放。使用1根轉軸軸向穿過卷盤,然后將這根轉軸的兩端水平放置在2個支架上,當鋼絲繩從轉盤上牽引出放時,卷盤可以自由旋轉,以便釋放鋼絲繩卷繞在卷盤上的內力。鋼絲繩卷繞完畢,應將起重機全行程升降幾個來回之后,解除鋼絲繩自由端的固定,讓鋼絲繩自行釋回轉內力之后再予以重新固定。

(3)在鋼絲繩固定端安裝防扭裝置

采用了上面介紹的2種方法,起升鋼絲繩仍然可能存在殘余旋轉內力,采用防扭裝置可以動態地釋放鋼絲繩的旋轉內力。該裝置是一個裝有平面軸承的連接器,能承受拉力而不能承受回轉力矩,被連接的兩物體之間可以通過防扭裝置發生相互旋轉,因而能夠有效釋放鋼絲繩的回轉內力。

2.2 防止多倍率鋼絲繩產生水平轉矩

(1)采用滑輪組同一平面并排布置,如圖4所示。

圖4 滑輪組同一平面并排布置

塔式起重機起升機構滑輪組采用了這種設計,由于定滑輪輪距等于動滑輪底側2個滑輪的輪距并且2倍于所有滑輪的直徑,可以保證所有鋼絲繩在垂直方向無夾角,從而避免鋼絲繩產生水平轉矩。

這種繞繩方式也便于4倍率繩和2倍率繩之間的切換,即把動滑輪中間那只滑輪拆到定滑輪組上固定即可。這種繞繩方式適用于2倍率繩或者4倍率繩的情況。

(2)采用動滑輪組與定滑輪組軸線垂直布置,而且定滑輪的輪距 b、動滑輪的輪距cd與所有滑輪的直徑全部相等,如圖5所示。

圖5 動、定滑輪組垂直布置形式

朝天門大橋QL50起重機就采用了這種設計,由于定滑輪的輪距 b、動滑輪的輪距cd與所有滑輪的直徑全部相同,可以保證所有的鋼絲繩在垂直方向無夾角,從而避免鋼絲繩產生水平轉矩。這種繞繩方式適用于4倍率繩的情況。

(3)采用雙卷筒起升機構,動滑輪直徑等于定滑輪輪距,如圖6所示。

圖6 雙卷筒起升機構

中異ZSI43210塔式起重機就是采用了這種方式,同一起升機構驅動,2個等直徑卷筒,每個卷筒卷繞1根鋼絲繩,2根鋼絲繩經起重臂頂端的定滑輪導向,然后到吊鉤動滑輪的一側會合固結。如果動滑輪的直徑等于定滑輪的輪距,即可保證鋼絲繩在垂直方向無夾角,從而避免鋼絲繩產生水平轉矩。動滑輪在工作時幾乎是不旋轉的。

這種繞繩方式適用于2倍率繩的情況,并可推廣到4倍率繩的情況。

3. 結束語

在朝天門大橋起重機械設備的設計、選型和施工中,這些方法得到了比較普遍的應用,有效地避免了鋼絲繩的回轉打結。但是,由于第2類方法所適用的范圍有限,對于4倍率以上的繞繩方式就難以繼續采用這類方法。因而在進行設備設計、選型時,要充分考慮起重機的起升高度要求和鋼絲繩的防回轉要求,合理選擇鋼絲繩及其繞繩方式。

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