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下載手機APP楊金輝 徐勇鋼 張慶豐 夏 傑寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315048
摘 要：在最新的起重機械安全規程要求下，依據起重機械設計規範理論，設計了一種結構合理、安全經濟性價比更高、安an裝zhuang便bian捷jie的de異yi型xing滑hua輪lun代dai替ti吊diao運yun熔rong融rong金jin屬shu起qi重zhong機ji起qi升sheng鋼gang絲si繩sheng纏chan繞rao係xi統tong中zhong的de平ping衡heng滑hua輪lun，使shi其qi滿man足zu單dan吊diao點dian至zhi少shao采cai用yong兩liang根gen獨du立li鋼gang絲si繩sheng的de安an全quan要yao求qiu，同tong時shi降jiang低di企qi業ye生sheng產chan成cheng本ben，提ti高gao生sheng產chan作zuo業ye的de安an全quan性xing。
關鍵詞：吊運熔融金屬起重機；起升係統；異型滑輪；設計與應用
中圖分類號:TH218 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）13-0045-05
0 引言吊運熔融金屬起重機主要應用於吊運高溫液態金屬和熾熱金屬，作業環境惡劣、滿載率高、吊裝動作複雜及安全要求高，所以其本身的設計安全係數和部件配置要求也明顯高於其他同類型的起重機械[1]。在現行GB6067.5—2014《起重機械安全規程第5 部分：橋式和門式起重機》中詳細規定了吊運熔融金屬起重機設計與製造等方麵的基本安全要求，其中4.2.4 條規定了主起升機構鋼絲繩應滿足：1）雙吊點應當采用四根鋼絲繩纏繞係統；2）單吊點至少采用兩根鋼絲繩纏繞係統；
3）鋼絲繩纏繞係統中，不應當采用平衡滑輪[2]。新修訂的TSGQ7015 － 2016《起重機械定期檢驗規則》也明確了所有在用吊運熔融金屬起重機的主起升機構（電動葫蘆除外）鋼絲繩係統應符合以上要求[3]，保證在一根鋼絲繩斷裂的情況下，另一根鋼絲繩仍能支撐重物，從而避免由於鋼絲繩斷裂後直接造成鋼包墜落傾翻的事故發生。
對比相關標準和檢規未對吊運熔融金屬起重機（Q＜ 75t）的(de)起(qi)升(sheng)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)需(xu)要(yao)分(fen)開(kai)設(she)置(zhi)作(zuo)出(chu)強(qiang)製(zhi)性(xing)規(gui)定(ding)，工(gong)廠(chang)中(zhong)在(zai)用(yong)吊(diao)運(yun)融(rong)熔(rong)金(jin)屬(shu)起(qi)重(zhong)機(ji)基(ji)本(ben)按(an)一(yi)根(gen)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)纏(chan)繞(rao)形(xing)式(shi)設(she)計(ji)，所(suo)以(yi)新(xin)檢(jian)規(gui)實(shi)施(shi)後(hou)，大(da)多(duo)數(shu)在(zai)用(yong)吊(diao)運(yun)熔(rong)融(rong)金(jin)屬(shu)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)起(qi)升(sheng)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)纏(chan)繞(rao)係(xi)統(tong)將(jiang)麵(mian)臨(lin)安(an)全(quan)整(zheng)改(gai)。根(gen)據(ju)檢(jian)驗(yan)數(shu)據(ju)統(tong)計(ji)分(fen)析(xi)，浙(zhe)江(jiang)省(sheng)將(jiang)有(you)1 000 餘台吊運熔融金屬起重機的定期檢驗不合格，其中寧波市約為300 餘台。根據整改費用測算，更換一台20 t 吊運熔融金屬起升小車的價格為20 餘萬，如果更換整機其費用會更高，高額的整改費用勢必將給企業帶來巨大的經濟負擔，所以製定一套簡捷、有效且安全可靠的整改措施是廣大冶金企業急切迫需的。
1 異型滑輪的設計1.1 設(she)計(ji)理(li)念(nian)在(zai)用(yong)吊(diao)運(yun)熔(rong)融(rong)金(jin)屬(shu)起(qi)重(zhong)機(ji)整(zheng)改(gai)的(de)技(ji)術(shu)難(nan)點(dian)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)單(dan)吊(diao)點(dian)單(dan)根(gen)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)纏(chan)繞(rao)係(xi)統(tong)如(ru)何(he)便(bian)捷(jie)有(you)效(xiao)轉(zhuan)變(bian)為(wei)單(dan)吊(diao)點(dian)雙(shuang)根(gen)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)纏(chan)繞(rao)係(xi)統(tong)，同(tong)時(shi)考(kao)慮(lv)到(dao)雙(shuang)根(gen)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)纏(chan)繞(rao)係(xi)統(tong)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)著(zhe)雙(shuang)側(ce)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)受(shou)力(li)不(bu)均(jun)、雙shuang側ce鋼gang絲si繩sheng拉la伸shen長chang度du不bu一yi致zhi等deng因yin素su，所suo以yi在zai不bu使shi用yong平ping衡heng滑hua輪lun的de前qian提ti下xia如ru何he在zai裝zhuang置zhi設she計ji中zhong充chong分fen考kao慮lv平ping衡heng的de特te點dian也ye尤you其qi重zhong要yao。本ben文wen在zai此ci研yan究jiu背bei景jing下xia，提ti出chu了le一yi種zhong經jing濟ji實shi用yong並bing且qie能neng夠gou調tiao整zheng兩liang根gen獨du立li起qi升sheng鋼gang絲si繩sheng因yin長chang短duan不bu一yi而er造zao成cheng受shou力li不bu均jun轉zhuan動dong幅fu度du過guo大da的de異yi型xing滑hua輪lun, 其主要設計理念為：
1）jiangyuanpinghenghualunchugangsishengyifenweier，liangzushengtoudandushezhi，congermanzudandiaodianlianggengangsishengchanraofangshi，quebaoyicegangsishengfashengduanlieshi，lingyiceyenengbaozhengzhichengzhudiaogouxiadezaihe；
2）保證中間兩側繩頭起到上下位置調整的作用，從而避免由於兩根獨立鋼絲繩拉伸不一致或載荷的偏斜而造成兩側鋼絲繩受力不均；
3）裝置結構及形式的設計應盡可能考慮各結構部件應力的優化，並考慮鋼絲繩和裝置更換、檢查的便利性。
將jiang該gai新xin型xing異yi型xing滑hua輪lun替ti代dai原yuan起qi升sheng鋼gang絲si繩sheng纏chan繞rao係xi統tong中zhong吊diao鉤gou滑hua輪lun上shang的de平ping衡heng滑hua輪lun，巧qiao妙miao地di實shi現xian了le起qi升sheng鋼gang絲si繩sheng纏chan繞rao係xi統tong形xing式shi由you單dan吊diao點dian單dan根gen鋼gang絲si繩sheng轉zhuan化hua為wei單dan吊diao點dian雙shuang根gen鋼gang絲si繩sheng，整zheng改gai前qian後hou起qi升sheng鋼gang絲si繩sheng纏chan繞rao係xi統tong形xing式shi對dui比bi如ru圖tu1 所suo示shi。並bing且qie異yi型xing滑hua輪lun的de扇shan形xing結jie構gou受shou力li均jun勻yun，能neng夠gou自zi動dong平ping衡heng兩liang根gen獨du立li作zuo用yong鋼gang絲si繩sheng的de受shou力li不bu均jun現xian象xiang，使shi整zheng改gai後hou的de起qi升sheng鋼gang絲si繩sheng纏chan繞rao係xi統tong滿man足zu最zui新xin標biao準zhun和he檢jian規gui的de要yao求qiu，且qie該gai異yi型xing滑hua輪lun加jia工gong製zhi造zao簡jian單dan方fang便bian，成cheng本ben低di廉lian，安an裝zhuang便bian捷jie，具ju有you很hen好hao的de實shi施shi效xiao果guo和he推tui廣guang意yi義yi。
圖 1 整改前後起升鋼絲繩纏繞係統形式對比圖
1.2 結構設計文中所述異型滑輪結構形狀為扇形吊板，如圖2 所示。該裝置主要由上下兩部分組成：zhuangzhishangbuweishengtoulianjiebufen，fenbiezaishanxingdiaobandeshangkuanliangcekaikong，kongdedaxiaoyingyugangsishengxietaodediaokongdaxiaobaochiyizhi，xietaoyushanxingdiaobandelianjiecaiyongjianxipeihe，zailiangkongzhongjiananzhuangzhoutaoyugudingzhou，bingzaigudingzhouyiceanzhuangdangbanhekaikouxiao（防止竄動）。間(jian)隙(xi)配(pei)合(he)目(mu)的(de)主(zhu)要(yao)確(que)保(bao)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)繩(sheng)頭(tou)有(you)一(yi)定(ding)的(de)相(xiang)對(dui)轉(zhuan)動(dong)空(kong)間(jian)，滿(man)足(zu)當(dang)扇(shan)形(xing)吊(diao)板(ban)由(you)於(yu)兩(liang)側(ce)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)長(chang)短(duan)偏(pian)差(cha)發(fa)生(sheng)轉(zhuan)動(dong)時(shi)，其(qi)兩(liang)邊(bian)楔(xie)套(tao)繩(sheng)頭(tou)也(ye)隨(sui)之(zhi)轉(zhuan)動(dong)，從(cong)而(er)確(que)保(bao)繩(sheng)頭(tou)的(de)拉(la)力(li)始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)在(zai)垂(chui)直(zhi)的(de)位(wei)置(zhi)；裝置下部為鉸座板，上寬下窄，底部為半圓形，上部為長方形，這種結構便於三點受力的合理分配和製造工藝便利性。鉸座板的材料為Q345B，板(ban)底(di)部(bu)的(de)中(zhong)央(yang)開(kai)孔(kong)安(an)裝(zhuang)軸(zhou)承(cheng)室(shi)鋼(gang)套(tao)，鋼(gang)套(tao)與(yu)鉸(jiao)座(zuo)板(ban)采(cai)用(yong)焊(han)接(jie)聯(lian)接(jie)，鋼(gang)套(tao)中(zhong)再(zai)安(an)裝(zhuang)深(shen)溝(gou)球(qiu)軸(zhou)承(cheng)，軸(zhou)承(cheng)與(yu)鋼(gang)套(tao)采(cai)取(qu)過(guo)盈(ying)配(pei)合(he)聯(lian)接(jie)，軸(zhou)承(cheng)室(shi)內(nei)孔(kong)的(de)直(zhi)徑(jing)大(da)小(xiao)則(ze)與(yu)原(yuan)吊(diao)鉤(gou)滑(hua)輪(lun)組(zu)軸(zhou)直(zhi)徑(jing)大(da)小(xiao)保(bao)持(chi)一(yi)致(zhi)，整(zheng)個(ge)異(yi)型(xing)滑(hua)輪(lun)固(gu)定(ding)方(fang)式(shi)按(an)照(zhao)原(yuan)吊(diao)鉤(gou)平(ping)衡(heng)滑(hua)輪(lun)固(gu)定(ding)即(ji)可(ke)。
1. 鋼絲繩繩頭楔套組件 2. 鉸座板 3. 軸承室4. 擋塵板 5. 軸承 6. 楔套固定軸圖 2 異型滑輪結構圖
1.3 性能分析1）異型滑輪不是單純的平衡梁裝置，其結構為扇形結構，它綜合了圓形滑輪均勻受力和杆件平衡梁的平衡作用等因素；
2）該滑輪轉動角度較大，從而可調整兩側鋼絲繩由於長短不一造成受力不均的幅度範圍較大的問題；
3）gaihualundeshanxingjiegoushejishiweilemanzubutongzhongzaigongkuangxiaqijiegoujianshoulidejunyunxing，quebaozaizhongzaitiaozhengzhuangtaixia，qipinghengjiegoujianbujiangdishouliqiangdu，eryibanpinghengliangqingxiezhiyidingjiaodushi，qiganjiandechuizhishouliqiangduhuidafudujiangdi；
4）gaihualunanzhuangweizhijiaofangbian，weizhiyibangudingyuyuandiaogouhualunzuzhongjianpinghenghualunweizhichu，gaizaoshi，zhixuchaichudiaogouhualunzushangpinghenghualunhou，zaianzhuangzhoukongdaxiaoyuyuanhualunyizhideyixinghualunjike。lingwai，yixinghualundezhengtidaxiaobuhuichaochuyuandiaogouhualunzudezhijingfanwei，buhuiyingxiangdiaogouhualunzudeyunxingkongjianheqizhongjizhengtidetishenggaodu。
1.4 強度校核異型滑輪裝置中鉸座板的大小、厚度、鋼絲繩楔套大小及各開孔的大小均應根據現場起重機額定起重量和吊鉤滑輪組的大小計算得出。
根據異型滑輪的結構組成進行受力分析，首先均衡板與鋼絲繩的楔形接頭銷軸連接處存在局部應力，需驗算校核；其qi次ci，把ba均jun衡heng板ban與yu鋼gang絲si繩sheng楔xie形xing接jie頭tou兩liang個ge鉸jiao點dian看kan做zuo支zhi點dian，滑hua輪lun軸zhou作zuo用yong處chu看kan做zuo集ji中zhong載zai荷he作zuo用yong，均jun衡heng板ban按an簡jian支zhi梁liang計ji算suan，均jun衡heng板ban滑hua輪lun軸zhou作zuo用yong處chu存cun在zai最zui大da彎wan矩ju，並bing且qie在zai滑hua輪lun軸zhou處chu作zuo用yong的de軸zhou承cheng座zuo存cun在zai局ju部bu應ying力li，需xu校xiao核he驗yan算suan[4]。以額定起重量50 t 的吊運熔融金屬起重機為例，相關計算如下：1）鋼絲繩楔形接頭銷軸處局部應力校核銷軸校核
式中:Q為銷軸所受剪力，Q = 0.5×5 000 = 2.5×104N；d 為銷軸直徑，d =50 mm；銷軸材料為40Cr，許用應力[τ 1]=232 MPa。銷軸孔處平均擠壓應力
式中:[σ bs] 為軸孔的擠壓許用應力，考慮工作受力時和銷軸無相對轉動，主要用於冶金起重，取[σ bs]=σs/6=45.83 MPa。
2）各危險斷麵最大拉應力計算圖3 中軸孔A-A、B-B、C-C 截麵為危險截麵，對危險截麵的應力計算如下：A-A 截麵應力為
式中：b 為鉸孔中心至左邊緣距離，b =60 mm；α 為應力集中係數，取α =2.2。驗算通過。B-B 截麵應力為
式中：h 1 為鉸孔中心至上邊緣距離，h 1=60 mm。驗算通過。C-C 截麵處為直接危險截麵, 其截麵應力為
式中：δ 0 為軸承孔厚度，δ 0=102 mm；d 1 為軸承孔直徑，d 1=230 mm。驗算通過。
圖 3 異型滑輪危險斷麵分析
3）均衡板最大彎矩處應力計算均衡板截麵圖如圖4 所示，軸孔平均擠壓應力為
滑輪軸處均衡板的最大彎曲應力為
式中：M 為跨中彎矩, M=F l/2=100 00N·m；Wx 為均衡板中間截麵抗彎彎矩，驗算通過。
圖 4 均衡板截麵圖
2 異型滑輪的製造及安裝2.1 製造工序通過對所設計的異型平衡滑輪各組件強度校核通過後，其製造工序流程如圖5 所示：
圖 5 異型滑輪製造工序
2.2 安裝工序對於已經投入使用的吊運熔融金屬起重機吊鉤組更換異形平衡滑輪的安裝步驟為：1）拆除卷筒上的鋼絲繩壓板，使鋼絲繩和起重機分離；2）將鋼絲繩從吊鉤組中抽出後整體拆分原吊鉤組；3）拆分吊鉤組後取出中間定滑輪並安裝上配套的異形滑輪；4）安裝好另外的滑輪及滑輪罩等部件使吊鉤組複原；5）將原先拆除的一根鋼絲繩分成兩根一樣長的鋼絲繩；6）將兩根鋼絲繩分別繞過卷筒、定滑輪、和吊鉤組滑輪最後固定在異形滑輪兩端的鋼絲繩繩頭楔套組件中；7）安裝完畢後檢查各緊固件是否緊固可靠，異形滑輪兩端是否保持相對平衡。若兩端未平衡應進行調整以保證異形滑輪受力均勻。
本文選取3 倍率異形滑輪吊鉤組實物圖為例，其最終安裝更換後的吊鉤組實物圖如圖6 所示。
圖 6 3 倍率異形滑輪鋼絲繩起升係統吊鉤組
3 應用實例3.1 實例背景某鑄造廠一台在用吊運熔融金屬起重機的型號為QDY50-21A7S, 設備額定起重量為50 t；跨度為21 m；起升高度9 m；起升倍率為5。其起升機構繞繩方式為平衡滑輪位於吊鉤組的中間滑輪位置，且是單吊點單根鋼絲繩纏繞係統，不符合參考文獻[2]、[3] 中相關規定要求，存在由於起升鋼絲繩的突然斷裂，導致重物急劇下墜的安全隱患。
3.2 實例應用分析根據最新起重機械定期檢規要求，該起重機遇到了定期檢驗不合格、停ting止zhi使shi用yong的de局ju麵mian，這zhe對dui企qi業ye的de正zheng常chang生sheng產chan運yun行xing造zao成cheng巨ju大da的de困kun難nan。該gai類lei起qi重zhong機ji必bi須xu進jin行xing相xiang應ying整zheng改gai，才cai能neng達da到dao要yao求qiu，如ru整zheng機ji重zhong新xin設she計ji製zhi造zao，存cun在zai周zhou期qi長chang、投入成本大等不利因素。因此從吊鉤組入手選用異形滑輪來代替動滑輪組中的中間滑輪其結構，如圖7 所示，5beilvyixinghualungangsishengqishengxitong。zhenggaiwanchengdeqishengjigougangsishengchanraoxitong，fuhexiangguananquanjishuguifanzhongtichudedandiaodianlianggenduligangsishengdeyaoqiu，quebaodiaoyunrongrongjinshudeqizhongjizaizuoyeguochengzhong，jishiyicegangsishengfashengduanlie，lingyiceyenengzhichizhudiaogouxiadezaihe，bimianshigudefasheng，tongshiyemanzulebunengshiyongpinghenghualunzheyiyaoqiu。shunlitongguojianyanjigoudejiandujianyan。zaigexiangzaiheshiyanshiweichuxianlianggengangsishengshoulibujun、異型滑輪受力變形等不利現象。通過改變吊鉤組平衡滑輪為異型滑輪這個整改方法大大縮短了整改時間也降低了企業的整改費用。
圖7 5 倍率異型滑輪鋼絲繩起升係統
4 結論1）本(ben)文(wen)所(suo)設(she)計(ji)的(de)異(yi)型(xing)滑(hua)輪(lun)與(yu)兩(liang)根(gen)獨(du)立(li)起(qi)升(sheng)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)繩(sheng)頭(tou)的(de)楔(xie)套(tao)聯(lian)接(jie)采(cai)用(yong)插(cha)銷(xiao)形(xing)式(shi)，便(bian)於(yu)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)的(de)更(geng)換(huan)，而(er)獨(du)特(te)的(de)扇(shan)形(xing)結(jie)構(gou)使(shi)平(ping)衡(heng)滑(hua)輪(lun)受(shou)力(li)更(geng)為(wei)均(jun)勻(yun)，扇(shan)形(xing)結(jie)構(gou)與(yu)吊(diao)鉤(gou)滑(hua)輪(lun)軸(zhou)采(cai)用(yong)的(de)深(shen)溝(gou)球(qiu)軸(zhou)承(cheng)聯(lian)接(jie)能(neng)自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)兩(liang)個(ge)獨(du)立(li)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)由(you)於(yu)長(chang)短(duan)不(bu)一(yi)而(er)引(yin)起(qi)的(de)受(shou)力(li)不(bu)均(jun)，使(shi)兩(liang)根(gen)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)受(shou)力(li)一(yi)致(zhi)。從(cong)而(er)解(jie)決(jue)了(le)原(yuan)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)纏(chan)繞(rao)係(xi)統(tong)形(xing)式(shi)由(you)單(dan)吊(diao)點(dian)單(dan)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)向(xiang)單(dan)吊(diao)點(dian)雙(shuang)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)係(xi)統(tong)的(de)轉(zhuan)變(bian)和(he)兩(liang)根(gen)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)受(shou)力(li)動(dong)態(tai)平(ping)衡(heng)性(xing)這(zhe)兩(liang)大(da)吊(diao)點(dian)整(zheng)改(gai)技(ji)術(shu)難(nan)點(dian)。
2）異型滑輪製造安裝方便、anquankekao，zhixutihuanyuandiaogouhualunzuzhongdepinghenghualun，buxuduixiaochejiajinxingewaidezhenggai，gukefangbiankuaijiemanzuzaiyongdiaoyunrongrongqizhongjixiedezhenggaigongzuo，zaiquebaofuheanquanjishuyaoqiudetiaojianxia，dafududijiangdilezhenggaifeiyong，jianshaoleqiyechengben。genjuyitaiedingqizhongliangwei50 t 吊運熔融起重機的整改費用測算，如更換整個小車費用約為35 萬，如增加鋼絲繩纏繞圈數（高度允許）+ 加裝小車架平衡梁+ 更換吊鉤滑輪組約為15 萬，而加裝異型滑輪裝置隻需2 萬左右。
3）對部分噸位的新製造吊運熔融起重機提供了設計優化手段，如原設計為3、5 倍率的起升鋼絲繩纏繞方式，可不必改為4 和6 倍率，從而減少鋼絲繩和卷筒的長度，有利小車架及整機的布局。
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