竖式起重机抬升构件材的抉择及应用

1起升钢丝绳的选用

1.1选用不旋转钢丝绳

由于钢丝绳捻制过程中不可避免产生的扭转应力，及在经过滑轮时产生的扭转作用，使吊钩在空中打转而影响正常作业。最根本的办法是选用多层股、股的旋向相反的不旋转钢丝绳。

过去认为只要充分放劲，采用普通钢丝绳就可避免吊钩在空中打转。实际上，除钢丝绳制造时产生的扭转应力外，使用过程中由于钢丝绳偏角产生的沿绳槽面滑移而扭转的影响是更主要的，而采用增大吊钩滑轮组两滑轮间距离也不能改善打转问题。国外一些动臂式塔机吊钩上仅用一根绳，但采用高性能的不旋转钢丝绳，也不会发生吊钩打转现象。在选择不旋转钢丝绳时，还应注意下列问题。

1）不旋转钢丝绳抗扭转性能，对不同结构、不同制造方法来说，是不一样的，最好向生产厂家索要经过试验测定的扭转系数。

2）国外分为非旋转型（扭转系数较小）、抗旋转型（扭转系数较大）、普通旋转型等形式。下面的公式衡量它们在工作中产生扭矩的大小M＝（D／100）×KW×10－3式中M为扭矩，K为扭转系数（见表1），D为钢丝绳直径，W为载荷。一般来说，在D、W相同条件下，K越小，则产生的扭转也越小。不要认为非旋转绳与抗旋转绳性能相同，就采用相同的安装结构。

1.2选用钢芯绳

这是由多层缠绕、提高径向抗压能力的要求而决定的。钢芯绳对润滑、滑轮、卷筒直径、轴承(SKF轴承磨削氧化物的硬度与相对磨损率 <http://www.zc86.com/ypnew_view.asp?id=162>)效率等会提出一些较高的要求。

1.3钢丝绳的安装长度

钢丝绳的安装长度应从实际情况和起升高度来决定。尤其要考虑建筑物的施工高度从零到最大要有一个相当长的时间，如果初始就安装达到最大起升高度的绳，在较长的时间，大部分钢丝绳积压在卷筒上，不仅增大了缠绕外径，而且长时间受到挤压。另外，钢丝绳的寿命有限，如果使用不当、受意外事故（如脱槽、超载、应力释放器故障、润滑不及时……）影响而早期损坏，则很短时间内，整条钢丝绳作废。

制造厂应建议用户开始用设计最大起升高度1／4～1／3绳长的钢丝绳，后期阶段再换用最大起升高度要求的绳长。用户不要以为增加了采购成本。因为1.25～1.3倍绳长的价格肯定小于2倍绳长的价格，同时改变了初始阶段卷筒排绳、起升机构工作负荷，增加了安全程度。

1.4选择钢丝绳要考虑工作级别

选择钢丝绳不仅要注意强度，还要符合工作级别的要求。塔机的应用日益广泛，作业对象多，例如电站、船厂、港口、水工，工作级别不局限于M4，大都为M5、M6.如果仍然按建筑施工考虑，则钢丝绳寿命会大大降低。根据国外钢丝绳制造厂家的统计分析，正常状况下钢丝绳的损坏（特别是断丝）是由于载荷变动频繁引起的。所以，选择钢丝绳要考虑工作级别。

1.5钢丝绳直径

钢丝绳直径的选取影响一系列零部件设计及起重(http://www.qizhongji.org/ypnew_view.asp?id=858)性能，直径过大不仅使卷筒、滑轮直径变大，柔性下降；而且钢丝绳重量增加，使空载时绕度过大，影响有效作业空间；在起升高度较大时还降低有效起重量，国外塔机使用说明书有明确的规定，此处列出国外某塔机生产厂的有关规定。

选择钢丝绳更重要的是不要盲目追求过大的最大起重量，一般建筑用塔机更应注意这一点。

因为起升钢丝绳直径取决于最大起升重量，最大起重量的选取是很有意义的。由于塔机的优势在其起升高度、最大幅度和最大幅度处的起重量，很少使用最大起重量。如果将最大起重量定的很大，而此时的幅度很小，则得不偿失。同等起重力矩的塔机，国外的很多型号最大起重量均小于国内设计塔机，这应引起我们进一步思考，改变我们什么都宁大勿小的习惯观念。

2塔机钢丝绳相关零部件设计

2.1起升卷筒

起升卷筒直径越大，长度越短，钢丝绳绕出角则越小，排绳效果当然较好。而为了降低卷筒驱动扭矩或增大容绳而不适当减小卷筒直径、增大长度则是非常不合理的。塔机上的起升卷筒只能是多层缠绕，故钢丝绳的排绳十分重要。而卷筒直径、长度是设计时优先考虑的。靠减小卷筒直径降低起升机构成本，增大卷筒长度来增加容绳量将会适得其反。

从提高钢丝绳寿命，改善排绳效果出发，必须采用有槽卷筒，这样才会保证缠绕有序，并降低钢丝绳的挤压破坏程度。而且最好采用Lebus卷筒，因其70％～80％是直线，则有利排绳（在多层缠绕状态特别明显）：层与层之间每周有2个交叉支承点，降低了钢丝绳的挤压损伤。

另外，要注意与多层缠绕卷筒不同，绳槽螺距不能过大，否则将增加排绳阻力和侧向滑动及挤压破坏，而且将会降低容绳量，增大筒体轴向应力。建议螺距t＝（1.04～1.05）d，这是参考德国Zollern、法国Potain资料得出的。

对Lebus卷筒，近来采用铸造成型的越来越多，不必配备大型数控车床或专用靠模装置，也符合无切削加工工艺方向。Lebus和螺旋绳槽卷筒两端侧板上的导向填充条形状、位置至关重要，焊接卷筒往往用圆钢条代替，很难达到正确的排绳要求。Potain公司和国内一厂家已改为机械加工成型，明显改善了排绳效果，值得推广、借鉴。

在起升卷筒确定后，起升卷筒与固定导向滑轮的相对距离就很重要了，总体设计时应考虑使此距离最大才是有利于排绳的最佳方案。

2.2滑轮

滑轮直径（缠绕直径）必须符合给定工作级别时的D／d要求，而且要注意由多层股构成的不旋转绳，因其各层直径绕过滑轮时曲率不相等，直径应取大一些。重要的滑轮，钢丝绳在其上的包角不能小于60°，否则会加剧绳的磨损。槽型夹角大一些，则会减小钢丝绳在槽侧的摩擦，降低钢丝绳的旋转程度。

尼龙滑轮重量轻、工艺简单、保护钢丝绳，受到越来越多采用。但国内目前还有些误区，例如尼龙滑轮中部装滚动轴承，由于效率低造成钢丝绳堆积松弛，是脱槽、断裂破坏的重要原因。

钢丝绳由滑轮脱出槽缘十分严重，防止脱槽装置必须正确、可靠，防脱间隙不能大于绳径的20％，装置要有一定的刚度。

2.3变幅小车

过去认为钢丝绳反向缠绕会降低其疲劳耐久次数，因而变幅小车采用较多的滑轮，并设托绳装置防止钢丝绳松弛后与小车摩擦，使得变幅小车繁琐，自重大。现在由于钢丝绳质量改进，长期实践和实验证明反向缠绕影响不大，逐渐放弃了原来的看法。这样，使得变幅小车设计轻巧，滑轮数量减少，倍率变换简单，钢丝绳可以全部在同一平面（滑轮上的绕出角为0°）。

2.4排绳器

起升卷筒上钢丝绳绕出角大于1.5°，就应设排绳器。最理想的是使绕出角不大于1.5°，如果无法保证，就应选择可靠的排绳器。现在排绳器型式、安装方式很多，有些实际上不起作用。笔者认为，绕出角不大的，可以用排绳轮轴与卷筒轴线平行，靠钢丝绳沿绳槽轴向移动和排绳轮旋转惯性来实现排绳的简易排绳器；绕出角较大的，最好用靠钢丝绳沿槽轴向移动和排绳轮旋转惯性、并由偏心摆锤改变排绳轮倾斜角的曲拐式排绳器，法国Potain、德国Liebherr使用在较大型塔机上，效果较好。前一种排绳轮轴与卷筒轴线始终平行的排绳器，只能改善卷筒上排绳效果，而无法改善与固定导向滑轮之间的偏角。而后一种不仅改善了卷筒排绳效果，而且减少了与固定导向滑轮之间的偏角。

无论哪一种排绳器，都应放在起升卷筒最近处，才能有效利用钢丝绳沿绳槽移动的分力来推动排绳轮。遗憾的是，国内外有些塔机将排绳轮放在离起升机构很远的塔头上。

2.5托绳器

小车变幅塔机起升绳在臂架上由于自重而下垂很大，此下垂最大可达8m，国外较完善、负责任的公司产品往往都标出这个下垂度值，供用户安装使用塔机时参考，以避免发生干涉事故。

欲减小此下垂度，在设计时尽量选择线重量最小的钢丝绳，这是最简单、可靠的方法。笔者仅见过两种托绳器，效果均不理想，最大问题是损坏频繁而用户放弃使用。

2.6起升绳倍率变换方法

对单小车来说，最好在4倍率时单滑轮组固定在变幅小车上，2倍率时单滑轮组留在吊车钩滑轮组。不仅减小了4倍率时起升载荷受到的动载系数的影响，而且消除了变换倍率时单轮组的打转危险。这是90年代国外塔机新技术之一。

现在应用更多的是双小车，优点很多，但有一个致命的缺点，即在起升高度大于独立高度时，由于钢丝绳自重的影响，倍率变换时后小车滑轮组无法控制，或者剧烈上升撞到小车上，或者无法下降到地面，使得由4／2或2／4倍率变换困难，甚至发生危险。设计者应谨慎考虑变换方法及相应措施。

3起升钢丝绳的安装

3.1切断下料方法

切断前，断口两端必须用钢丝绳牢固扎紧，每一端至少扎3道，保证切断后不松散，对不旋转绳来说尤其重要。国外往往采用局部电加热并同时扭转切断法，俗称“烧尾”，两端钢丝绳不仅熔合在一起，而且形成尖锥，很容易穿入绳套、引入滑轮、在卷筒上固定。大直径的钢丝绳则用氧气切割后焊接形成绳头。

3.2起升绳末端的固定

介绍两种正确的固定方法，与我们通常用绳卡将引入、引出绳一起压紧的方法明显不同。绳卡压紧引入的主绳后，要损失绳强度20％以上，因而要用的方法。

3.3起升钢丝绳穿绕、更换

起升钢丝绳穿绕与更换是十分繁重而困难的，国外应用一种编织的钢网套，大大减轻了这方面的操作，见。任何情况下，都应将被穿绕的钢丝绳由绳滚筒引上起升卷筒，切记不要大弯成环，这对多层股不旋转绳来说，是最致命的损伤，导致无法恢复的笼型畸变。

法正确排绳。介绍的方法，由于对绳筒施加了一定的摩擦力矩，无论高度多少，钢丝绳自重如何，都会保证钢丝绳是在张紧状态被缠上卷筒的，因而排列致密有序。

目前国内很多塔机起升绳排绳不佳，除其他原因外，第一层过度松弛、排列不紧也是一个主要原因。为避免此现象在卷筒上边排边用人工捶击也行之有效。

3.4应力释放器

应力释放器实质上是起升钢丝绳固定端的可旋转接头，它可以在载荷下旋转来抵消起升钢丝绳中的扭矩，避免吊钩的旋转。使用时应注意以下事项。

1）小车变幅的塔机应力释放器旋转轴都是水平的，为了保证旋转自如，适应高速旋转，不仅要设推力轴承，传递轴向力还要设径向轴承保证旋转精度。

2）应力释放器只能用于不旋转绳，对普通绳来说，绝不能用应力释放器，一些钢丝绳厂家产品介绍上非常明确地指出了这一点。对普通绳来说，应力释放器的可旋转性加剧钢丝绳向同一方向的旋转，绳股结构抵消不了松散倾向，造成钢丝绳股松，进而损坏。