塔式起重机小车式变幅机构断绳及起重机折断原因分析

李升起

摘 要：针对塔式起重机小车变幅机构中牵引钢丝绳破坏的原因进行分析，并提出提高其安全性的合理建议，对防止塔式起重机发生重大事故提供有价值的参考意见。

关键词：小车变幅机构 牵引钢丝绳 悬链方程式

中图分类号：TH213.3 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-037-02

在塔式起重机小车变幅机构中，牵引钢丝绳拉断起重臂架折断事故时有发生并由此引起倒塔重大事故。起重小车上虽设有断绳保护装置。但这种方法不能主动有效的防止拉力过大。

1 塔式起重机小车变幅的工作原理

塔式起重机小车变幅机构，主要部分组成如图1所示。

1.变幅机构卷筒；2.起重臂中部导向滑轮；3.起重臂端部导向滑轮；4.变幅小车；5.起重臂根部导向滑轮；6.牵引钢丝绳。

图1 塔式起重机小车变幅机构及组成

其特点是牵引钢丝绳两端由两个方向绕入变幅机构卷筒，当驱动机构驱动卷筒旋转时，牵引绳一端绕入卷筒，而另一端则由卷筒放出使变幅移动而实现变幅。

2 塔式起重机小车式变幅机构的阻力分析绕

小车式变幅机构阻力计算公式是：

在此只进行阻力估算，选取 的最大直径并忽略滑轮的效率影响， =0.028（车轮直径<200mm，滑动轴承）以QDZ315型塔式起重机为例：

最大起升载荷Q=29400N

最小自重载荷G=706N

运行阻力估算

Fm =（Q+G）·

=（29400+706）·0.028N

=843N

变幅牵引钢丝绳规格为6X19-6.2-1700-Ⅰ-光-右绞

查得其破断拉力不小于24300N，是运行阻力的28.8倍，因此正常工作时不可能引起断绳故障。

QTZ315型塔式起重机小车变幅的驱动功率是2.2KW。此驱动功率所能产生的最大拉力是否能引起拉断钢丝绳的事故呢？

由电动机推算变幅绳的最大拉力

考虑到电机堵转时的最大力矩系数，选取3

Pmax=3P=3·990N=2970N

仍远远小于钢丝绳的破断拉力，因此在正常工作状态下，断绳事故不应发生。由此可见，小车变幅绳断绳原因不是小车阻力产生的而是由其他方面原因变幅甘肃省卷绕系统非正常工作引起的。

3 断绳原因分析

3.1 变幅钢丝绳初拉力P

根据塔式起重机的设计规范要求牵引钢丝绳的自由垂度为垂度为。为起重臂两端滑轮的距离，初拉力P可以通过下式计算，取其一半为（示力体）

图2 计算简图

设钢丝绳的自重每米为Q（N）

由∑MB=0

得H.fmax=q..

H=

仍以QTZ315型塔式起重机为例，牵引绳每米质量为13.35kg

算出Q=1.3N/m·l=36m 代入上式得H===292.5N

由∑Fx=0 得 H=p·cos

由∑Fy=0 得psin =q·=23.4N

由此可知钢丝绳的初拉力不太大，钢丝绳拉断的原因可能是一种意外情况。

3.2 小车式变幅机构工作时可能发生的意外情况

（1）小车变幅时钢丝绳可能会绷紧。

小车式变幅机构正常工作时，卷筒转动，一端绕上卷筒的钢丝绳长度等于另一端释放出的钢丝绳长度，这时不会引起断绳事故。如果钢丝绳卷绕发生乱槽重叠时，会使卷绕直径变大。

图3 计算简图

图3中：P0-释放端钢丝绳拉力；

P1-绕入端钢丝绳拉力；

D1-绕入端乱槽后卷绕直径；

D2-放出端卷绕直径；

M动-卷筒驱动力矩。

由于D1 〉D2，故钢丝绳绕入长度大于释放长度，钢丝绳将越来越被绷紧，拉力也将越来越大。

（2）牵引钢丝绳绷紧对驱动力矩有否影响，如图3所示，列出的力矩平衡方程式

Fm-小车运行阻力，见前算式，代入上式整理得

M动=·D1

由此可见，卷筒的驱动力矩基本与钢丝绳的绷紧拉力无关。

3.3 断绳发生的可能性分析

根据悬链方程式，首先计算下垂的钢丝绳长度，仍以QTZ315型塔式起重机为例

悬链方程式

图4 计算简图

悬链全长

当钢丝绳发生乱槽重叠后，卷绕半径可能增加d （钢丝绳直径）卷筒每转一周悬链长将缩小2 d，d=6.2mm。计及上面钢丝绳的挠度可再适当放大而此时

fmax=0 H=→∞

也就是说，只要乱槽现象发生卷筒转动二周多钢丝绳将被拉断。

3.4 断绳引起的后果

（1）会使起重力矩突然增大，引起倒塔事故。

当断绳发生在内侧时，小车会在钢丝绳的弹性拉力下溜向臂架前端，使起升力矩超负荷而引发倒塔事故，因此小车上设有断绳保护装置，断绳瞬间锁住小车位置。

（2）起重臂架折断事故。

根据有关资料，臂架受力分析时，并未考虑牵引钢丝绳被拉断时的最大载荷，故牵引绳乱槽重叠后会引起折臂事故的发生。

4 改进建议

为了防止牵引绳因乱槽叠加而被折断，建议在臂架前端或后端的改向滑轮处增加拉力限制器，当拉力增大到一定值时会切断电路，只能使电动机反转，使乱绳槽释放。

参考文献：

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[2] 邓文英.金属工艺学[M].北京：高等教育出版社，2002.

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