韓中成 謝宛朋 肖利濤 吳作價

青島海西重機有限責(zé)任公司技術(shù)中心 青島 266530

0 引言

鋼絲繩作為起重機的重要組成部分，需具有較高的破斷拉力和良好的阻旋轉(zhuǎn)性能，主要考慮鋼絲繩的阻旋轉(zhuǎn)性能以避免吊裝過程中鋼絲繩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。起重機在吊裝風(fēng)電/石油煉化設(shè)備時作業(yè)高度達百米，當(dāng)鋼絲繩多倍率、輕負(fù)荷或空載時，阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩偶爾會出現(xiàn)扭絞的狀況，使鋼絲繩無法上下運行，現(xiàn)場操作工人往往需要通過擺正吊鉤滑車的方法臨時解決問題，或采用給鋼絲繩懈勁的方法進行調(diào)整[1]。阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩繩由若干根鋼絲螺旋捻制而成，鋼絲繩自身必然會存在著扭矩，且鋼絲繩在生產(chǎn)過程中捻制應(yīng)力不可能完全消除，雖然阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩自身產(chǎn)生的扭矩較小，但是阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩并非絕對意義上的不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。對于自然懸掛狀態(tài)下的鋼絲繩，由于鋼絲繩的自重，懸掛鋼絲繩上端承受的拉力比下端大，隨著懸掛鋼絲繩的高度增加而增加的應(yīng)力稱為高度應(yīng)力，因為鋼絲繩的扭矩在長度方向上必須是恒定的，上端和下端固定不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩兩端間會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)［2］。并且不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩價格較高，港口裝卸起重機多采用可旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。使用過程中，鋼絲繩在收放過程中繩末端受到扭轉(zhuǎn)力，長期往復(fù)作用如不能釋放將影響鋼絲繩使用壽命。通常行業(yè)內(nèi)采用鋼絲繩防轉(zhuǎn)套解決該問題，但安裝于鋼絲繩末端和吊具之間的傳統(tǒng)裝置，由于旋轉(zhuǎn)釋放速度過快，造成了旋轉(zhuǎn)力釋放后由于旋轉(zhuǎn)慣性力而產(chǎn)生進一步反向過渡旋轉(zhuǎn)，形成了逆繩股方向的拆解力，可造成鋼絲繩頻繁發(fā)生散股現(xiàn)象。鋼絲繩散股及繩芯外漏都屬于鋼絲繩報廢的一種形式，繼續(xù)使用將會造成極大的安全隱患[3]。過度旋轉(zhuǎn)釋放大大降低了鋼絲繩的使用壽命及力學(xué)性能，多發(fā)生鋼絲繩散股、斷絲等損壞現(xiàn)象。日常工程中，首先將鋼絲繩自由端打開(鋼絲繩自由端一般采用快速索節(jié)或楔形接頭連接)，根據(jù)現(xiàn)場鋼絲繩捻向及扭絞方向進行調(diào)整，以右捻鋼絲繩為例，右捻鋼絲繩出現(xiàn)S 形(左向)扭絞1.5 圈，應(yīng)沿著鋼絲繩捻向相反的方向(懈勁)放3 圈；右捻鋼絲繩出現(xiàn)Z 形(右向)扭絞1.5 圈，應(yīng)沿著鋼絲繩捻向相同的方向(加勁)上3 圈。而左捻鋼絲繩出現(xiàn)上述扭絞現(xiàn)象，調(diào)整方向正好相反。然后再將鋼絲繩重新安裝，輕負(fù)荷運行后，視改善情況再做進一步調(diào)整，而過度調(diào)整容易造成鋼絲繩的結(jié)構(gòu)變形。

綜合以上敘述，阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩在實際使用中亦不能避免工作中旋轉(zhuǎn)，且阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩實際生產(chǎn)使用、采購成本均較貴。普通的旋轉(zhuǎn)鋼絲繩更應(yīng)該考慮這一關(guān)鍵問題，合理地控制鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力的釋放及速度是目前亟待解決的問題。

為經(jīng)濟、合理地解決上述提及的問題，本文設(shè)計一種可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，該裝置安裝于工作鋼絲繩末端或中間部位，可以及時、穩(wěn)定地釋放繩子工作過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用力，簡單、易行、可靠，改善了鋼絲繩的工作時載荷狀態(tài)，提高了鋼絲繩的使用壽命和安全性。為起重機鋼絲繩的形式提供了新的選擇，可將價格較高的阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩更換為成本更低的普通鋼絲繩。

1 方案設(shè)計

如圖1 所示，新型起重機用可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，包括上腔罩殼、下腔罩殼和上下腔連接組件及阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)；上腔罩殼和下腔罩殼上下相對呈圓筒狀，上腔罩殼和下腔罩殼通過上下腔連接組件相連，上腔罩殼和下腔罩殼用于連接鋼絲繩端；阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝于上腔罩殼內(nèi)且位于上、下腔連接組件與上腔罩殼之間，用于調(diào)整鋼絲繩扭力釋放時的旋轉(zhuǎn)速度。阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)阻尼器、上支座、下支座等組成；上下腔連接組件由限位底盤、支撐連接環(huán)、階梯連接軸等組成。

圖1 新型裝置示意圖

上下腔連接組件包括階梯連接軸和支撐連接環(huán)；支撐連接環(huán)嵌套在上腔罩殼內(nèi)且支撐連接環(huán)上端與上腔罩殼上內(nèi)壁抵接，支撐連接環(huán)周向側(cè)壁與上腔罩殼周向側(cè)壁通過定位銷相互固定，階梯連接軸嵌套支撐在支撐連接環(huán)內(nèi)；階梯連接軸從上往下的臺階段1、臺階段2、臺階段3、臺階段4 依次設(shè)置軸向受力軸承、徑向受力軸承1 和徑向受力軸承2；軸向受力軸承嵌套在階梯連接軸的臺階段1 上且緊貼支撐連接環(huán)周向內(nèi)壁；徑向受力軸承1 嵌套在階梯連接軸的臺階段2 上且緊貼軸向受力軸承；徑向受力軸承1 的外周也是軸向受力軸承的下端設(shè)置有緊貼上腔罩殼周向內(nèi)壁的軸承定位油路環(huán)；徑向受力軸承1 和軸承定位油路環(huán)支撐于支撐連接環(huán)下內(nèi)端壁上；徑向受力軸承2 嵌套在階梯連接軸的臺階段3上且緊貼支撐連接環(huán)的下外端壁，徑向受力軸承2 的外周設(shè)置定位環(huán)，徑向受力軸承2 和定位環(huán)的下端均與下腔罩殼上內(nèi)壁抵接；階梯連接軸的臺階段4 為螺紋端，與下腔罩殼周向內(nèi)壁螺紋嵌套連接。

阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)包括上下支座和設(shè)置在上下支座之間的旋轉(zhuǎn)阻尼器，上支座為左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)，左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)之間通過彈性連接件連接，左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)對應(yīng)彈性連接件的兩側(cè)對稱設(shè)置有與彈性連接件伸縮方向一致的腰形孔，左右2個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的外周中部配有與彈性連接件伸縮方向一致的一對呈對稱設(shè)置的阻尼調(diào)整螺桿，阻尼調(diào)整螺桿從上腔罩殼外周壁對稱穿入與上支座的左右2個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)旋入相抵接，上支座通過在腰形孔中配以螺釘與上腔罩殼的頂部內(nèi)壁固定，下支座相對上支座固定于階梯連接軸的臺階段1 的頂部，旋轉(zhuǎn)阻尼器位于上支座的左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的槽腔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)阻尼器與左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的槽腔的配合面為鋸齒結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)阻尼器與下支座的上端為軸向防轉(zhuǎn)孔軸連接。

下腔罩殼的周向外側(cè)壁上均勻設(shè)置多個扳手插入六角孔1，階梯連接軸的臺階段4 的底部中間設(shè)置有扳手插入六角孔2。階梯連接軸的臺階段4 的底部與下腔罩殼的底部相平，且臺階段4 的底部連接有限位底盤。

限位底盤的半徑大于階梯連接軸的臺階段4 的直徑，限位底盤通過螺釘與階梯連接軸的臺階段4 的底部連接且相抵接于下腔罩殼的底部。

支撐連接環(huán)和上腔罩殼上對應(yīng)軸承定位油路環(huán)的油道設(shè)置有連通油孔，連通油孔的外端與內(nèi)沉安裝在上腔罩殼外側(cè)壁中的油嘴連接。下支座的上端部呈D 形或矩形或菱形軸截面結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)阻尼器的中間安裝孔對應(yīng)呈D 形或矩形或菱形軸孔。彈性連接件為彈簧，上腔罩殼的上端設(shè)置有上繩端連接孔，下腔罩殼的下端設(shè)置有下繩端連接孔，上繩端連接孔和下繩端連接孔分別通過卸扣與繩端連接。

2 工作原理

本裝置通過阻尼調(diào)整螺桿從上腔罩殼外周壁對稱穿入與上支座的左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)旋入相抵接進而壓緊上支座的左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)，同時彈簧被壓緊從而使得上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器的摩擦力增大；反之，通過對稱旋出阻尼調(diào)整螺桿，彈簧頂開上支座的左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)從而使得上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器摩擦力減小。

上下腔連接組件中階梯連接軸下方小端與下腔罩殼相對螺紋連接固定在一起，并和下腔罩殼一起轉(zhuǎn)動；阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)中下支座與上下腔連接組件中階梯連接軸通過螺釘固定后與上下腔連接組件一起轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)阻尼器中間安裝孔為軸向防轉(zhuǎn)孔，配合安裝于下支座的中間防轉(zhuǎn)軸上，并與下支座一起轉(zhuǎn)動；經(jīng)過傳遞，旋轉(zhuǎn)阻尼器與下腔罩殼一起轉(zhuǎn)動，阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)中上支座與上腔罩殼通過螺釘連接并和上腔罩殼一起轉(zhuǎn)動；經(jīng)過以上傳遞，繩的轉(zhuǎn)動最終轉(zhuǎn)化到旋轉(zhuǎn)阻尼器與上支座之間的相對轉(zhuǎn)動；在此通過調(diào)節(jié)上支座的左右2個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)兩側(cè)的阻尼調(diào)整螺桿并配以彈簧，可以實現(xiàn)上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的壓緊力，從而控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力，而上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力的大小可以控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的相對旋轉(zhuǎn)速度。

3 使用方法

如圖2a 所示，使用繩具（如卸扣、套環(huán)等）在繩中段連接可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，其中裝置上下兩端的繩可以互相反向旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)阻尼調(diào)整螺桿相對上支座的左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的旋入旋出量配合彈簧被壓緊或放松從而控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力，而上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力的大小可以控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的相對旋轉(zhuǎn)速度，釋放工作過程中繩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。

圖2 裝置安裝于鋼絲繩的使用方式

如圖2b 所示，使用繩具（如卸扣、套環(huán)等）在繩端部（即繩下端）連接可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，其中裝置上端的繩可以順（逆）時針旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)阻尼調(diào)整螺桿相對上支座的左右2 個盲底半圓槽狀結(jié)構(gòu)的旋入旋出量配合彈簧被壓緊或放松，從而控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的摩擦力，而上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間摩擦力的大小可以控制上支座與旋轉(zhuǎn)阻尼器之間的相對旋轉(zhuǎn)速度，釋放工作過程中繩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。

4 性能特點

依靠旋轉(zhuǎn)阻尼實現(xiàn)繩扭轉(zhuǎn)力及時、穩(wěn)定的釋放，既釋放了繩扭轉(zhuǎn)力又不會因釋放速度過快而反轉(zhuǎn)進而使繩破股。

該阻尼式繩類防轉(zhuǎn)裝置安裝于繩中部或一端，執(zhí)行動作無需其他外力，簡單、易行、可靠、安全；可安裝在工作中無阻擋的繩中間位置或繩的端點，只需將該可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置使用卸扣、套環(huán)等繩具與繩連接，解決了一般繩類附屬裝置安裝不便等弊端，解決了可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置安裝位置的局限性，提高了安全性；自重輕、成本低；結(jié)構(gòu)受力合理，采用雙向軸承轉(zhuǎn)動，提高了本裝置承受載荷的能力和扭轉(zhuǎn)力釋放的靈活性；各部件受力明確，強度滿足使用工況要求，在滿足安全性的前提下實現(xiàn)了繩扭轉(zhuǎn)力及時、穩(wěn)定釋放功能，提高了轉(zhuǎn)動釋放的可靠性、安全性。

5 使用效果

1）由于鋼絲繩型號、使用長度及工況不同，使用中根據(jù)釋放裝置的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整阻尼，使得每個工作循環(huán)中裝置最終為緩慢旋轉(zhuǎn)釋放且不反轉(zhuǎn)為最佳，現(xiàn)實起重機工作中，可以根據(jù)設(shè)備載荷、工作速度等自身特性調(diào)整；

2）因裝置兩端都設(shè)置有連接裝置，可與卸扣、重型套環(huán)等零件組裝，本裝置可位于鋼絲繩端或連接與鋼絲繩中段，操作工人在調(diào)整阻尼時比較方便，只需要落下繩端或者中段，人員旋入和旋出阻尼調(diào)整螺桿即可；

3）因旋轉(zhuǎn)方向添加了阻尼，裝置內(nèi)核心部件軸承、阻尼器均在較合理速度范圍內(nèi)工作，大大提高了裝置的使用壽命；

4）與傳統(tǒng)的防轉(zhuǎn)套相比，該裝置成本未有太大提高，最大程度節(jié)約了成本，對制造廠和起重機使用者均較為經(jīng)濟地解決了實際問題，老舊起重機可添加該裝置改善鋼絲繩工作環(huán)境，特別是對于港口裝卸用起重機，新鋼絲繩不再受必須采用阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的限制。

6 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了一種新型起重機用可變阻尼的鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力釋放裝置，可直接安裝于工作繩上，及時、穩(wěn)定地釋放繩在工作過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用力，簡單、易行、可靠。解決了繩在工作過程中扭轉(zhuǎn)作用力無法釋放或釋放速度過快造成反轉(zhuǎn)破股等弊端，解決了鋼絲繩工作狀況差的問題，提高了繩的使用壽命和使用的安全性。

本裝置適用于頻繁裝卸使用的鋼絲繩，既降低了起重機使用者鋼絲繩采購成本（若選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩成本較高），又保證了使用性能，延長使用時間，提高了起重機的整體操作性能和鋼絲繩的安全性、可靠性。