[桥式起重机双层卷绕设计要点]桥式起重机

　　摘要：本文通过某电站QD63/20-13 A3电动双梁桥式起重机30米起升高度双层卷绕设计第二层乱绳问题进行分析，找出导致双层卷绕第二层乱绳的关键因素在于钢丝绳在第二层折返时的偏斜角太大，从加粗、加长卷筒直径并减小滑轮组倍率几方面着手，把偏斜角控制在2°以内，为大起升起重机或启闭机的设计开辟了一条新的、经济适用的设计思路。
　　关键词：大起升 双层卷绕 乱绳 偏斜角
　　1 概述
　　2006年，我厂与某水电站签订了一台QD63/20-13 A3电动双梁桥式起重机，卷扬高度是30米。设计时采用双层卷绕并加长卷筒的方法设计卷绕系统，在交付用户安装的过程中，用户提出我厂制作的起重机在第二层发生较突出的乱绳现象，影响使用。对于普通起重机，在起升高度不大的情况下，起升机构的钢丝绳卷筒一般多采用单层缠绕方式。但随着起重机械（包括启闭机、卷扬机）的使用场合不断扩展，高扬程起重机械的使用也越来越多，解决高扬程的关键，在于卷绕系统的设计。我国的通用桥式起重机，卷扬高度一般在6-24米内。稍高扬程22-40米的起升机构的设计我认为双层卷绕比较经济，但必须掌握设计要点第二层钢丝绳才能整齐缠绕。本文通过某电站QD63/20-13 A3电动双梁桥式起重机30米起升高度双层卷绕设计第二层乱绳问题进行分析，找出导致双层卷绕第二层乱绳的关键因素在于钢丝绳在第二层折返时的偏斜角太大，从加粗、加长卷筒直径并减小滑轮组倍率几方面着手，把偏斜角控制在2°以内，为大起升起重机或启闭机的设计开辟了一条新的、经济适用的设计思路。
　　2 双层卷绕设计原理及设计要点
　　原理：将钢丝绳绳端固定于卷筒中部，卷筒朝上升方向旋转时，钢丝绳受卷筒上螺旋槽所迫，从中间向两头绕于卷筒绳槽上，绕满碰到端壁时再向当中返回绕第二层。铺在卷筒绳槽上的钢丝绳拉力的水平分力指向当中，此分力恰与钢丝绳第二层绕向一致，故能重新绕回。在使用不频繁的较高起升起重机上作两层卷绕时采用较好，结构简单，经济适用。其简图如下：
　　设计要点：对于双层卷绕和多层卷绕的起重机械，其第二层以上的偏斜角不能太大，否则钢丝绳排列不整齐，磨损也厉害。这是此法的关键技术。对此偏斜角，一般推荐不大于2°，是按GB3811-83《起重机设计手册》中的数值作为推荐值。日本《天井クしニソの计画C设计》也推荐偏斜角小于2°。原水电部水电总局曾组织过调查组对此问题进行过调查研究，后来较多专家和代表的意见也采用偏斜角≤2°。
　　3 偏斜角α的计算方法
　　tan-1α=■
　　H1=H-■
　　H为起重机的起升高度Hmax加吊钩上极限至卷筒中心的距离，L1为动滑轮组中左右最外两个滑轮中心之间的距离，卷筒绳槽螺距p等于p=d+(2～4)。
　　卷筒长度的计算方法：L=■
　　其中p′=(1.1-1.2)d
　　l─多层卷绕钢丝绳总长度，l=Hmaxm；n─多层卷绕层数；D─卷筒的名义直径（卷筒槽底直径）；d─钢丝绳直径；m─滑轮组倍率。
　　4 QD63/20-13 A3电动双梁桥式起重机卷筒组设计
　　5 问题分析
　　该起重机d=28.5 L=1168 m=5 D=820 p=32 n=2 H=30000+3421=33421 L1=544
　　将以上各参数带入偏斜角的公式算得偏斜角α=3.3°，已远远大于2°。这是导致钢丝绳在第二层卷绕乱绳甚至跳绳的主要原因。要想使钢丝绳在第二层排列整齐，就必须减小第二层折返时的偏斜角α，并控制在2°内。
　　6 解决办法
　　一般较高起升高度时采用加粗卷筒直径、加长卷筒，或双层卷绕的方法，但如果只采用其中之一方法来解决问题是无法达到目的的。需要综合考虑。总体原则是：大起升高度的情况下，应采用较小的滑轮倍率，较大的钢丝绳直径、卷筒直径、减速装置的传动比，起升机构可获得较小的外形尺寸。同时系统的传动效率及钢丝绳寿命都会有所提高。
　　针对QD63/20-13 A3电动双梁桥式起重机，具体的方法是：将滑轮倍率m=5降低为m=4；卷筒直径φ820增加至φ1000。详细计算方法如下：
　　6.1 钢丝绳最大静拉力计算
　　S=■·■
　　Q=Q0+3.5%Q0=63×104+3.5%×63×104=652050N
　　S=60562N
　　6.2 钢丝绳直径计算
　　d=C■=0.095■=28.5mm
　　选6W（19）-28.5-155钢丝绳。
　　6．3 卷筒长度计算
　　L=■=■=678
　　取螺距p=d+2=32，L圆整为704，即L=zp=22×32=704。
　　6．4 偏斜角α的计算方法
　　tan-1α=■=■=1.8°
　　采用以上措施偏斜角α就已小于2°。解决了导致乱绳的问题。
　　6．5 有时还可适当加大动滑轮间距L1的尺寸，综合多方面来控制钢丝绳的偏斜角。
　　6．6 应当注意的问题
　　6．6．1 适当减小滑轮倍率便能减少钢丝绳绕于卷筒上的绕绳量，从而减小卷筒的长度，达到减小偏斜角α满足使用要求的目的。但滑轮倍率减小也会使减速器的传动比、输出轴、卷筒及滑轮组受力都增大。因此卷绕系统的设计还必须对卷筒、卷筒轴、滑轮进行强度计算。（本文篇幅有限，不详细列举其计算过程）
　　6．6．2 多层卷绕时，钢丝绳磨损较快，在慢速或工作类型为轻级、中级的较大起升高度的起重机或启闭机上采用较为合适。
　　6．6．3 双层卷绕时缠绕在卷筒上的钢丝绳上、下层之间或相邻的钢丝绳之间不可避免地会发生挤压，由于挤压使得相邻钢丝绳之间发生摩擦，从而导致接触点处的钢丝绳受到磨损。因此在安装起升机构时，应根据钢丝绳的预期寿命在卷筒上预留1-2圈备用圈，在起重机检修和维护时，可根据钢丝绳的磨损情况定期适当窜动钢丝绳，以分散钢丝绳的磨损部位，延长钢丝绳的使用寿命。
　　7 该方案的局限性
　　起升机构不能最大限度的采用标准部件。
　　8 结束语
　　本设计方案对较大起升高度的设计提出了一种创新的设计思路，在实践中很有运用价值。
　　参考文献：
　　[1]《起重机设计手册》.中国铁道出版社.2001.
　　[2]《天井クしニソの计画C设计》.日本理工图画株式会社.
　　[3]罗婉霞，张伟生.双层卷绕卷筒挡圈的设计[J].起重运输机械. 1999（11）.