刘莉娟

（太原重工技术中心，山西 太原030024）

钢丝绳在长期的使用过程中，频繁绕入绕出滑轮槽或卷筒槽，且在强大的拉伸载荷作用下，反复弯曲、挤压、扭转、磨损等会导致钢丝的金属疲劳。桥式起重机普遍采用单层双联卷绕形式，当工作级别低，起重量偏小时，一般卷绕滑轮数量少，卷筒长度短，缠绕方式简单，钢丝绳偏角均能满足规范要求。对于高工作级别、大起升高度、大倍率起升机构，钢丝绳缠绕系统较为复杂，钢丝绳绕入绕出卷筒或以一个偏角绕过滑轮时，钢丝绳箍紧绳槽底部，钢丝绳垂下而扭转，或沿着绳槽边缘转动，或在绳槽内摆动，导致钢丝绳出现不良卷绕，严重时会引起钢丝绳内部结构的变形，甚至会发生钢丝绳跳槽现象而引发脱槽事故，因此，设计时应严格控制缠绕系统钢丝绳的最大偏角满足规范要求。

1 钢丝绳允许偏角

根据GB/T 3811规定，钢丝绳允许偏角的推荐值：

1）钢丝绳绕入绕出滑轮绳槽时偏斜的最大角度，即钢丝绳中心线和滑轮轴垂直平面之间的角度，推荐不大于5°。

2）钢丝绳绕进绕出卷筒时钢丝绳偏离绳槽的角度推荐不大于3.5°。

3）对于光卷筒和多层缠绕卷筒，钢丝绳偏离与卷筒轴垂直平面的角度推荐不大于2°。

2 实际工程中，钢丝绳偏角分析

根据实际工程实例，某230 t起升机构，钢丝绳在卷筒两端通过钢丝绳压板固定，另一端通过钢丝绳用楔形接头固定在平衡臂上，平衡臂布置在小车架上，绳端用钢丝绳夹子固定，工作级别M7，起升高度H=27 m，卷筒直径D=1700 m，钢丝绳直径dk=32 mm，绳槽节距t=35 mm，卷筒中间光圈长100 mm，上极限时卷筒中间余留一圈空槽，下极限时卷筒余留安全圈共三圈，倍率q=8，钢丝绳缠绕方式如图1所示。

图1 钢丝绳缠绕图

2.1 钢丝绳绕进绕出卷筒时偏角分析计算

钢丝绳在卷筒两端由钢丝绳压板固定，钢丝绳在空槽和逆空槽方向受到不同的限制，向空槽方向只受绳槽本身的限制，逆绳槽方向还受到临槽钢丝绳的限制，在两个方向的偏角受到卷筒螺旋角的影响，如下页图2所示为钢丝绳在卷筒上的偏斜。

由图2可以得出，钢丝绳绕进绕出卷筒时的最大偏角满足以下结构关系：

式中：φ1为钢丝绳逆空槽方向绕入或绕出卷筒时，钢丝绳中心线与卷筒轴垂直平面间的夹角（偏斜角）；φ2为钢丝绳顺空槽方向绕入或绕出卷筒时，钢丝绳中心线与卷筒轴垂直平面间的夹角（偏斜角）；α1为钢丝绳逆空槽方向绕入或绕出卷筒时，钢丝绳中心线与绳槽中心线的夹角（最大偏斜角）；α2为钢丝绳顺空槽方向绕入或绕出卷筒时，钢丝绳中心线与绳槽中心线的夹角（最大偏斜角）；ε为卷筒绳槽的螺旋升角；a0为吊具滑轮绳槽中心线与吊点中心的偏距，73 mm；a1为上极限时卷筒绳槽与吊点中心的偏距，60 mm；a2为下极限时卷筒绳槽与吊点中心的偏距，1 645 mm；H1为上极限时卷筒轴中心线与吊具滑轮中心线的垂直距离6 350 mm；H2为下极限时卷筒轴中心线与吊具滑轮中心线的垂直距离33 350 mm；为以钢丝绳中心线计算的钢丝绳卷绕直径1 732 mm。

图2 钢丝绳绕进绕出卷筒时偏角图

2.2 钢丝绳绕进绕出滑轮时偏角分析计算

钢丝绳绕进绕出滑轮绳槽时，其偏角大小与定滑轮组、动滑轮组，以及平衡臂的布置结构有关，设计时考虑备件一致，一般定滑轮和动滑轮轴承规格一样，因此滑轮间距一致，动滑轮组设计成中间四个，外侧各两个，间距布置如图3所示，根据钢丝绳缠绕方式可知，动、定滑轮间距不变，同一滑轮上钢丝绳偏角大小仅与起升高度有关，最大偏角发生在起升上极限位置，且进出动、定滑轮的钢丝绳偏角成对出现，仅分析动滑轮上钢丝绳偏角即可。上极限位置，H3为定值，对比进出定、动滑轮钢丝绳的每一分支，其水平偏距越大，则偏角越大。

式中：a3为滑轮间距，146 mm；a4为滑轮间距，302 mm；a5为平衡臂间距，600 mm；H3为上极限时动、定滑轮中心垂直距离，5 855 mm；h4为定滑轮中心与平衡臂吊点的垂直距离，45 mm。

图3 钢丝绳绕进绕出滑轮时偏角图

表1 钢丝绳绕进绕出卷筒、滑轮的偏角

由表1结果可知，此设计方案钢丝绳偏角控制在合理范围之内。若由于设计的实际偏角大于规范要求，应根据滑轮的几何尺寸、卷筒绳槽的具体尺寸，计算钢丝绳绕进绕出滑轮及卷筒绳槽的最大允许偏角，具体计算方法参见文献[1]。

3 结语

以大吨位、大倍率、大起升高度单层螺旋缠绕系统为例，分析了钢丝绳偏角的计算方法，由理论计算和实际经验可知，钢丝绳偏角是影响钢丝绳寿命的一个重要因素，设计时应严格考虑，采取措施减小钢丝绳偏角。减小偏角的措施有：增大绳槽深度可以使钢丝绳允许偏角增大，一般绳槽深度不小于1.5倍的钢丝绳公称直径；在合理范围内，尽可能减少卷筒长度或增加卷筒直径，增大滑轮与卷筒之间的距离；对于超大起升高度的起升机构，为使卷筒长度短，小车架结构紧凑，可采用折线卷筒与凸台阶梯挡板配合实现多层有序卷绕的形式。