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大噸位起重機起升機構鋼絲繩偏角的控制方案

發布時間:2013-11-23

引言

隨著國民經濟發展,裝備制造能力的提升,在造船業、重型裝備制造等行業中,對大噸位起重機的需求越來越大。
杭州起重機供應商指出對于起重量大于300t的大噸位起重機的起升機構,為減小鋼絲繩拉力,減小鋼絲繩直徑,從而減小滑輪及卷筒直徑,同時為了獲得低的起升速度,提高工作的平穩性、安全性,在設計過程中,通常都采用了10或者10以上的滑輪組倍率。為了縮短卷筒長度,均衡鋼絲繩拉力,定滑輪采用了加裝平衡臂的結構形式。鋼絲繩纏繞方式見下圖。采用上述結構形式,對于大噸位的起升機構是必要的,也是必需的。但是,由此帶來的問題是鋼絲繩繞進卷筒的偏角不易控制。如鋼絲繩偏角過大,當吊鉤處于下極限,卷筒上開始纏繞頭幾圈鋼絲繩時,就可能出現繩排列不整齊甚至跳槽現象。
案例分析
某裝配廠房用1臺起重量300t工作級別A5橋式起重機,起升高度12m,滑輪組倍率10,卷筒直徑為¢1150,鋼絲繩直徑為¢40。據用戶反饋,當剛開始起升,吊鉤處于下極限時,鋼絲繩有排繩不整齊現象。對吊鉤處于下極限時的鋼絲繩與卷筒螺旋槽之間的偏角進行驗算。
鋼絲繩纏繞圖如下所示:
計算吊鉤下極限位置時鋼絲繩中心線與卷筒軸垂直平面間的夾角¢,單位(°),按下式計算:
式中:l—卷筒繩槽與滑輪繩槽偏距,值為1428,單位(mm);
H—卷筒中心線與滑輪中心線之間的高度距離,值為1428,單位(mm)。
計算卷筒的螺旋升角ε,單位(°),按下式計算:

式中:d—鋼絲繩直徑,值為40,單位(mm);
Dt—卷筒直徑,值為1150,單位(mm);
t—卷繞節距,值為44,單位(mm)。
計算吊鉤下極限位置時鋼絲繩中心線與卷筒繩槽中心線間的夾角β,單位(°),按下式計算:
式中:¢—鋼絲繩中心線與卷筒軸垂直平面間的夾角,值為5.25,單位(°);
ε—卷筒的螺旋升角,值為0.67,單位(°)。
由于卷筒直徑與鋼絲繩直徑比值較大,需計算其許用偏角。
依據GB/T3811-2008《起重機機設計規范》中6.3.3.3.2條,鋼絲繩繞進或繞出卷筒時,鋼絲繩中心線偏離螺旋槽中心線兩側的角度不應大于3.5°??梢?,鋼絲繩偏角已超出標準規定范圍。
許用偏角計算
由于卷筒直徑與鋼絲繩直徑比值較大,需計算其許用偏角。經計算,許用角約為3°,鋼絲繩偏角已超出許用值。
減小此偏角的幾種方案
(1) 增大卷筒直徑
在不改變鋼絲繩纏繞方式的情況下,增加卷筒直徑可減小此偏角。通過計算,要將此鋼絲繩偏角控制在3.5°以內,則卷筒直徑需加大至1450mm??梢?,增大卷筒直徑對減小鋼絲繩偏角作用速度太慢。如果起升高度更高的話,則卷筒直徑會進一步增加。增大卷筒直徑,減速機型號則相應加大,成本增加很多。
(2) 增大大滑輪間距
由鋼絲繩纏繞圖看出,將吊鉤滑輪組中間兩個大滑輪之間距離加大可減小鋼絲繩偏角。經計算,此方法對減小鋼絲繩偏角作用速度較慢。同時需計算校核此滑輪軸直徑。在偏角超出不多的情況下可以采用此方法。
(3) 使用排繩器
此方法是在不改變偏角的情況下,用排繩器來克服鋼絲繩偏角引起的水平分力,使鋼絲繩排列整齊。
(4) 使用高強度鋼絲繩
以此案例為例,根據計算可選擇直徑為30mm,公稱抗拉強度為1960N/mm2的進口鋼絲繩,其最小破斷拉力為900.7kN。卷筒槽距為34mm。計算后發現,鋼絲繩偏角為3.48°。
(5) 使用雙起升機構抬吊
將起重量分配到兩個起升機構,則每個機構只承受大約一半的起重量,相應的鋼絲繩直徑減小,鋼絲繩偏角可得到有效控制。結構形式見下圖:
結束語

本文僅是由一個案例引出鋼絲繩的偏角問題,然后講述了幾種解決問題的方案,并未研究鋼絲繩亂繩時的臨界條件。在實驗的基礎上,通過改變卷筒槽的一些參數,可能會更經濟、更省力的解決此問題。

杭州起重機

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