新型天车钢丝绳更换方法的设计与应用

陆湧浩

（天津天铁冶金集团石灰石矿,河北涉县056404）

1 引言

天车钢丝绳是天车起升系统中的主要承载件，在天车吊装作业运行中，钢丝外层由于磨损和疲劳而逐渐产生断丝。当断丝达到一定程度，会引起整根钢丝绳断裂，给生产带来损失，因此，当断丝数达到一定数值时应及时更换新钢丝绳。天铁集团炼钢厂天车的工作条件差、起重量大、运行率高，在持续工作的状态下润滑效果得不到保证，造成钢丝绳的使用寿命降低，加速了钢丝绳的更换频率。正常更换一次天车钢丝绳需要8人配合，用时4～5 h才能完成钢丝绳更换工作，严重影响生产的正常运行。为了提高钢丝绳更换速度，经过对天车构造及控制系统进行研究分析后，探索出快速更换天车钢丝绳的新方法。通过实际操作验证，只需6人在1 h便可完成钢丝绳更换工作，降低维修人员的劳动强度，提高了工作效率。

2 原更换钢丝绳方法

天铁集团炼钢厂加料跨使用的是3#32 t/5 t型天车，钢丝绳长度为168 m。原更换方法如下：松开各个钢丝绳卡子，将旧钢丝绳扔至地面。再按原顺序穿入新钢丝绳，压紧钢丝绳卡子，全过程为全部人工操作。

（1）更换钢丝绳前需先把新钢丝绳从24 mm钢丝绳盘上开卷，钢丝绳开卷时，应将钢丝绳盘架空开卷，以防止钢丝绳在开卷过程中产生扭结，导致强度降低或损坏，见图1。

钢丝绳存放于固定的钢丝绳库区，库区由于条件所限只有50 m2，而且由于库区在转炉附近，沙石、铁屑等杂物较多。在钢丝绳开卷时先将钢丝绳盘放到托架上，由人工拉拽开卷，单次拉拽只能放出50 m左右的钢丝绳，这样一来需要往返数次才能开卷至168 m；且钢丝绳在拉拽过程中直接与地面接触，在开卷结束后对钢丝绳进行截断。截断钢丝绳应采用钢锯、錾子或气割等方法。为防止钢丝绳松散，在切断前先在截断处的两边用铁丝固定好，切断后再将绳头用气焊封焊，然后再把新钢丝绳盘成绳盘放到钢丝绳更换工作现场地面。

图1 钢丝绳开卷方法

天车正常工作时，因开卷时钢丝绳所沾染的沙石和铁屑等在钢丝绳与卷筒、钢丝绳与滑轮之间被相互挤压摩擦，在挤压摩擦作用下沙石和铁屑等就像砂轮一样对钢丝绳及滑轮、卷筒造成磨损，严重影响钢丝绳以及滑轮和卷筒的使用寿命。

（2）天车沿下降方向操作天车将主卷扬32 t钩头放至地面，确认天车断电后，维修人员将卷筒两侧固定钢丝绳的压板松开，将旧钢丝绳两个绳头从卷筒上卸下后抛至地面，旧钢丝绳按照NO轮→ML轮→JK轮→AB轮→CD轮→EF轮→GH轮的顺序拉出后盘好。

（3）天车工作面维修人员把麻绳由AB轮A侧抛下，地面维修人员将40 m新钢丝绳从CD轮D侧穿入，C侧穿出；然后地面维修人员将C侧穿出的钢丝绳绳头用A侧抛下的麻绳绑好，天车工作面维修人员拉至天车工作面后，把新钢丝绳的绳头从AB轮B侧抛下。地面维修人员将从B侧抛下的新钢丝绳绳头从JK轮J侧穿入，K侧穿出。

（4）天车工作面维修人员将麻绳从ML轮L侧抛下，地面维修人员将K侧穿出的新钢丝绳绳头用L侧抛下的麻绳绑好，天车工作面维修人员将钢丝绳拉上40 m后由ML轮M侧抛下。地面维修人员把M侧抛下的新钢丝绳从NO轮N侧穿入，O侧拉出20+2×（π×R）≈24 m。这时天车工作面维修人员把麻绳从卷筒的空隙抛下，地面维修人员用从卷筒空隙抛下的麻绳把O侧拉出的24 m新钢丝绳绑好后再由天车面维修人员拉至卷筒P侧固定钢丝绳。

此时工作量刚完成一半，耗时已达2 h。天车维修人员拉拽新钢丝绳时，地面维修人员需默契配合天车工作面将新绳盘开盘，以利天车工作面拉拽，并防止新钢丝绳在开盘过程中产生扭结。另一侧工序同上所述，但须将盘好的新钢丝绳卷放开将新钢丝绳另一头找出，以供穿入后续滑轮。此时由于维修人员体力关系耗时需达2.5 h，共计耗时达4.5 h。

3 新型更换钢丝绳方法

3.1 新型更换钢丝绳方法

在不考虑滑轮效率因素的情况下，打开两端固定钢丝绳的压板，松开两端绳头。将一端绳头（W侧）放下与新绳焊接，卷筒上留n圈安全圈，另一端绳头由工人拉搭至栏杆QR下。按图示转动方向转动卷筒，Y侧钢丝绳就会沿卷筒转动切线方向送出过栏杆送至地面，与W侧旧绳相连的新钢丝绳随之被W侧旧绳带上绕入卷筒，实现新旧钢丝绳更换，见图2。

图2 钢丝绳更换具体实施过程

3.2 方案的实施

（1）机械力代替人力：由卷筒驱动装置驱动卷筒旋转，借助卷筒缠绕力代替人力，实现送旧绳、引新绳。

（2）安全圈数的确定：换绳时旧绳一端抛下接新绳。另一端由工人拉引至栏杆，此时钢丝绳应在抛下绳重力G产生的转矩MG和工人拉力产生的转矩MF及绳与卷筒摩擦产生的转矩Mf作用下处于平衡状态，即MF+Mf=MG。如果抛下端重力产生的转矩大，则两端不平衡，由此抛下端会拉拽另一端引起溜绳，容易将拉紧另一端绳头工人的手带进卷筒与钢丝绳之间发生挤伤事故。所以应加大摩擦转矩MF，即留足够的安全圈以减少人力的需要，避免人拽不住而造成人身和设备事故。

安全圈数确定以钢丝绳固定处压力计算公式为依据。钢丝绳固定处压板固定钢丝绳所需压力S计算公式：

式中：S为钢丝绳固定处压板固定钢丝绳所需压力；Smax为钢丝绳最大拉力（此处为钢丝绳自重）；e为自然对数的底数（e=2.7）；μ为钢丝绳与卷筒表面间的摩擦系数（取μ=0.16）；α为安全圈在卷筒上的包角（安全圈数为1圈时=2π）。

将钢丝绳压板松开，由工人拉紧绳端，由人力代替钢丝绳压板的压紧力，钢丝绳也可处于平衡状态，所以钢丝绳固定处压板固定钢丝绳所需压力S即为所需的工人拉力F。

计算该天车一侧在钢丝绳绕在卷筒上1圈时的钢丝绳固定处的拉力F，即打开固定钢丝绳的压板，工人需付出拉力F拽住该绳端，才能使钢丝绳处于平衡，从而不至于脱绳。

由于钢丝绳上涂有润滑油，2.7 kg对于工人施力来说略显“费力”。在实际工作中为，发现欲采用新的更换钢丝绳方法，钢丝绳在卷筒上留4圈安全圈最为安全可靠，计算结果见下式：

计算结果显示：当卷筒上卷绕4圈钢丝绳时打开压板，工人只需付出力F＞0.16 kg，即可使W侧钢丝绳不至于下滑，见图3。

3.3 钢丝绳更换具体实施过程

（1）采用新方法进行钢丝绳更换时，将天车副勾吊起新钢丝绳盘，由于绳盘悬空、副钩可自由旋转，新钢丝绳不与地面直接接触，避免沾染沙石、铁屑等，并且可避免钢丝绳在更换过程中产生扭结。

（2）天车沿下降方向转动卷筒，将主卷扬32 t钩头放至地面，直至旧钢丝绳在卷筒上两侧各剩4圈，松开卷筒P侧压板将P侧旧绳头抛下，将P侧抛下的旧钢丝绳头焊点与新钢丝绳头采用新工艺焊接在一起，图3中标明了焊点处。

图3 新型更换钢丝绳方法

（3）将卷筒I侧压板打开，用改锥先在距P侧旧绳头300 mm处穿刺一孔后引一根铁丝穿入，把铁丝绑在栏杆上，沿上升方向转动卷筒，确定转动无误后，绞断铁丝。随着卷筒向上升方向转动，同时引导I侧旧绳头向栏杆QR方向运动，I侧旧绳头绕过栏杆QR向地面下降，待旧绳下降5 m左右，旧钢丝绳自重作用下旧绳就会沿垂线下降到地面。

（4）因副钩钩头可作360°旋转，在旧绳拉动作用下，绳盘自由旋转，新绳随之被放出，如发现绳盘转动太快时可将绳盘快速放置到地面减速。新绳被旧绳带入动滑轮组的NO轮后依次经ML轮→JK轮→AB轮→CD轮→EF轮→GH轮到达H侧。这个过程中，由于卷筒I侧绳槽为右旋，在卷筒按上升方向转动时钢丝绳会沿IP方向自I点运动至小车中间隔板位置，也就是卷筒中间，小车架中间的隔板会使卷筒上的钢丝绳乱槽，所以要整理后再继续工作，处理方法如下：

①先把旧绳W边由卷筒中间拉至卷筒I侧，注意不可太靠近卷筒I侧，防止钢丝绳脱出卷筒，造成人员和设备事故，以卷筒中点至I侧方向长度的为宜。

②指挥天车以下降方向转动卷筒，由于卷筒的螺旋槽为右旋，所以第二圈绳就会向卷筒I侧靠拢，当Y边也靠近来后，即可恢复换绳工作。

（5）待新钢丝绳的绳在卷筒上缠绕2圈（安全圈）后，用钢丝绳液压剪将旧钢丝绳与新钢丝绳剪开，保留焊点，以备下次更换时穿铁丝用。然后固定卷筒I侧钢丝绳，完成P侧缠绕2圈后固定钢丝绳总计耗时1 h。

4 采用新型更换钢丝绳方法后使用效果

4.1 使用效果

（1）采用以旧带新法，比原方法减少7次人力拉动，共计长度140 m，节省了大量的人力，在很大程度上降低了劳动强度。

（2）采用以旧带新法后可节省时间3.5 h，大大提高了企业的经济效益。

（3）由于省略了开卷，使钢丝绳不再与地面接触，避免了附着沙石、铁屑等杂物，从而有效地延长了钢丝绳的使用寿命。

4.2 具备特点

综上所述，新式钢丝绳更换方法的最大特点是：（1）以旧带新，新旧相连，省时省力，安全可靠。

（2）可以用于大吨位天车安装时钢丝绳的安装，因大吨位天车钢丝绳直径一般较粗，仅靠人力是不可能完成作业，维修人员可用原方法安装一根细钢丝绳，然后按上述改进方法把直径较粗的钢丝绳安装完毕。

（3）可用于特殊情况下钩头更换，如果在更换钩头时，还需要更换钢丝绳，那么就可以先把旧钩头各滑轮中的钢丝绳割断，然后按原有次序穿入新钩头，再把旧绳断口焊好，按改进方法把新旧钢丝绳焊接在一起，就可能省时省力地更换钩头与钢丝绳了。

5 结束语

通过采用新型更换钢丝绳的方法，降低了维修人员的劳动强度，减少了更换时间，有效延长了钢丝绳的使用寿命，为企业创造了可观的经济效益。

[1]黄靖远，龚剑霞，贾延林.机械设计学[M].北京：机械工业出版社，2002.

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