八繩防搖鋼絲繩纏繞系統(tǒng)基于進出繩角度的優(yōu)化設計

楊曉杰

摘 要：鋼絲繩纏繞系統(tǒng)是集裝箱起重機中的重要部件，鋼絲繩經(jīng)過滑輪時的進出繩角度過大是造成鋼絲繩早期磨損的主要原因之一，鋼絲繩損傷后，不但影響正常生產(chǎn)，造成安全隱患，同時也提高企業(yè)的維修成本。本文就以如何控制鋼絲繩進出繩角度為中心，對如何合理設計鋼絲繩纏繞機構(gòu)滑輪位置展開討論。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩纏繞系統(tǒng);滑輪位置;進出繩角度

集裝箱運輸是鐵路貨物運輸?shù)闹匾绞胶桶l(fā)展方向。鐵路車站裝卸集裝箱所采用的起重機，其性能優(yōu)劣對確保集裝箱運輸安全、提高鐵路運輸效率至關(guān)重要。起重機起升機構(gòu)的鋼絲繩在經(jīng)過滑輪、卷筒時，必然存在一定的出繩角度問題，偏斜角必須控制在一定范圍內(nèi)。

鋼絲繩繞進和繞出卷筒或滑輪時的偏斜角是指起重機起升機構(gòu)中的卷筒在卷取或釋放鋼絲繩的過程中，或鋼絲繩經(jīng)過滑輪的過程中，卷筒上鋼絲繩端與卷筒螺旋槽中心線的夾角或鋼絲繩進入滑輪時與滑輪繩槽的夾角。起重機設計規(guī)范（GB/T3811-2008）中規(guī)定鋼絲繩偏離繩槽中心線兩側(cè)的角度不應大于3.5°。若偏角過大，鋼絲繩不可避免地會與滑輪、卷筒的槽邊相互磨損，且偏角越大造成的磨損越嚴重，極大地影響鋼絲繩的使用壽命。鋼絲繩的損壞會導致嚴重的后果，造成傷害事故或重大險情，給國家和人民帶來重大的損失。所以鋼絲繩既是起重機械的重要零件之一，也是保證起重作業(yè)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實踐證明，許多情況下的鋼絲繩早期破壞是由于受到摩擦或擠壓造成的。所以在設計起重機鋼絲繩纏繞系統(tǒng)時，設計者需要嚴格控制該夾角的大小。

1八繩防搖機構(gòu)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)

起重機現(xiàn)有防搖裝置一般分為幾類：力矩電機加輔助鋼絲繩防搖、八繩防搖、十六繩防搖以及電氣防搖等。根據(jù)近年來集裝箱專用起重機的具體使用情況發(fā)現(xiàn)，在不顯著增加設備采購成本的前提下，八繩防搖是最穩(wěn)定有效的防搖方式。

八繩防搖機構(gòu)的主要原理是在起重機大車、小車兩個行走方向形成空間倒三角形，在起升、下降的同時通過鋼絲繩的水平分力實現(xiàn)雙向防搖。如圖1所示，八根鋼絲繩纏繞在卷筒上，下面用連接器連接在吊具上架上。八繩防搖機構(gòu)共有12個滑輪組，分別為8個垂直滑輪組，2個水平滑輪組，2個傾斜滑輪組。

2鋼絲繩進入滑輪偏角的計算

D——卷筒直徑

H——起重機起升高度

L——鋼絲繩繞出卷筒至繞進滑輪的切線距離

n——吊具在極限位置時鋼絲繩的使用圈數(shù)

p——卷筒繩槽節(jié)距

X——吊具起升時卷筒出繩端的水平位移距離

如圖2所示，鋼絲繩繞進滑輪時的偏斜角α=arctan

其中X=p×n

n的最大值為吊具達到起升高度要求時所需的鋼絲繩圈數(shù)即

當設計者在設計鋼絲繩纏繞系統(tǒng)時，針對具體的集裝箱起重機，以上公式中的H是一個確定的數(shù)值，既起升高度。在實際應用中，根據(jù)集裝箱起重機要求的額定起重量和吊具及上架自重，鋼絲繩的型號可根據(jù)下列計算過程得出的最小破斷拉力在手冊中選出，選出型號后鋼絲繩的直徑d即為定數(shù)。

鋼絲繩的最小破斷拉力

m ——由集裝箱起重機工作等級決定的安全系數(shù)。

——鋼絲繩最大靜拉力。

——集裝箱起重機起升荷載。

a ——滑輪組的倍率。

η——鋼絲繩傳送效率。

卷筒繩槽節(jié)距p=d+i（10mm≦d≦20mm時，i=2mm;21mm≦d≦27mm時，i=3mm……）

3實際應用

集裝箱起重機八繩防搖機構(gòu)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)中共有三種滑輪組，分別如圖3、圖4、圖5所示。

由上圖可以看出，不同的滑輪組，鋼絲繩繞出卷筒至繞進滑輪的切線距離即L值也不同。設計者在設計鋼絲繩纏繞系統(tǒng)時應該對不同滑輪組產(chǎn)生的鋼絲繩進出繩角度分別驗算。

根據(jù)鋼絲繩繞進滑輪偏斜角的計算公式可以得出，在起升高度H為定數(shù)，鋼絲繩選定后卷筒繩槽節(jié)距為定數(shù)的情況下?？梢酝ㄟ^以下幾種方式控制鋼絲繩繞進滑輪的偏角：

3.1增加卷筒直徑D，根據(jù)公式，當卷筒的直徑D增大，則吊具達到要求起升高度時所需的鋼絲繩圈數(shù)n則相應變小，吊具起升時卷筒出繩端的水平位移距離X變小，鋼絲繩繞進滑輪時的偏角α=arctan自然可以受到控制。

3.2增大滑輪組與卷筒之間的直線距離，如圖3、圖4、圖5所示，三種滑輪組，無論是哪一種，增大滑輪組與卷筒之間的直線距離，自然可以使鋼絲繩繞出卷筒到繞進滑輪的切線長度即L值增大，根據(jù)α=arctan，鋼絲繩繞進滑輪時的偏角α便可以減小。

3.3改變滑輪組的安裝位置，對于鋼絲繩圈數(shù)n，最極端的情況是，滑輪組安裝的位置對應吊具在最高點或最低點時卷筒的出繩槽，此時所需的鋼絲繩圈數(shù)n則為最大值;但如果調(diào)整滑輪組的安裝位置，使其對應所需鋼絲繩圈數(shù)的中間繩槽，例如：某額定起重量40.5t、起升高度12.2米的集裝箱起重機，根據(jù)，經(jīng)計算所需鋼絲繩圈數(shù)為4圈。調(diào)整滑輪組安裝位置對應第二個繩槽，此時所需最大鋼絲繩圈數(shù)為2圈，減小了公式α=arctan中的X值，控制了鋼絲繩繞進滑輪時的偏角α。

針對以上三種方法分別分析：

3.3.1增大卷筒直徑是直接有效的，但是受制于集裝箱起重機起升速度的限制，卷筒直徑太大會使相應的減速機減速比增大。過大的卷筒直徑和大速比的減速機都會增加小車的外形尺寸，增加了起重機自重的同時，也會增加減速機的采購成本，所以卷筒直徑需在經(jīng)濟可行的前提下選擇合理的數(shù)值。

3.3.2增大卷筒與滑輪組之間的直線距離，也是直接有效的方法，但是該尺寸不能過大，否則八繩防搖的倒三角的角度過大，使得鋼絲繩與卷筒上已經(jīng)纏繞好的相鄰的鋼絲繩造成干涉，最終磨損鋼絲繩，減少鋼絲繩的使用壽命。

3.3.3改變滑輪組的安裝位置，使其對應所需鋼絲繩總?cè)?shù)的中間，可有效的減少極限位置產(chǎn)生的鋼絲繩移動圈數(shù)，從而控制鋼絲繩進入滑輪偏角的大小。此種方法既不會增加集裝箱起重機的設計成本，也不會影響八繩防搖系統(tǒng)的工作效果，是即可簡單實現(xiàn)又有效果的方法。

4結(jié)束語

本文從介紹集裝箱起重機八繩防搖鋼絲繩纏繞系統(tǒng)入手，詳細研究鋼絲繩繞進滑輪時的入繩偏角的計算過程，推導出計算公式。設計者可以據(jù)此公式很快的驗算出某個集裝箱起重機的鋼絲繩進入滑輪時的最大偏角是否超出設計規(guī)范的要求。如果驗算結(jié)果超出范圍，可以適當調(diào)整滑輪組的安裝位置，重新驗算，知道偏角大小符合設計規(guī)范要求為止。此種方法便捷有效，既不增加設計成本，也不會造成八繩防搖系統(tǒng)的倒三角角度過大引起的鋼絲繩磨損。

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