吊具扭转原因分析与解决方案

王宏伟， 顾红泽

（太原重工股份有限公司技术中心， 山西 太原 030024）

吊具扭转原因分析与解决方案

王宏伟， 顾红泽

（太原重工股份有限公司技术中心， 山西 太原 030024）

通过对某地下水电站回转起升机构吊具扭转现象的原因进行理论分析，并提出改进意见和实施措施，为大扬程起升机构钢丝绳缠绕系统的设计提供参考。

钢丝绳缠绕 吊具扭转 打扭现象 抗旋转

水电站启闭机广泛用于各种水电工程中，通常采用钢丝绳滑轮组做吊具与闸门相连接，通过起升机构使卷筒卷、放钢丝绳从而带动闸门升降实现闸门的启闭，是防洪、抗旱、蓄水、发电等进水吐水闸的配套装备。随着水电站的日益开发，水电站启闭机的安全运行对发电工作的正常运行尤为重要，本文通过对某地下水电站门式启闭机回转起升机构吊具扭转现象的原因进行理论分析，并针对其设计缺陷提出改进意见和实施措施，为大扬程起升机构钢丝绳缠绕系统的设计提供参考。

1 设备概况

某地下电站坝顶3 500/1 000/100 kN门式启闭机是由某设计研究所2007年设计制造，1 000 kN起升机构用于3 500 kN门式启闭机回转机构上，工作级别为M4，起升高度为96 m（-84—12 m），采用型号为D32 ZABCFRC17FiX36-1870ZS的钢丝绳进行缠绕。

1 000 kN起升机构布置及钢丝绳缠绕结构如图1、图 2所示。

2 起升机构的现状

1 000 kN起升机构在运行使用一段时间后，出现钢丝绳打扭现象，导致无法正常工作。对此，用户将钢丝绳拆下充分释放钢丝绳内劲后重新穿上使用，打扭现象仍未消除。用户又将起升机构钢丝绳的缠绕方式改变为下页图3所示形式，钢丝绳打扭现状在更改缠绕方式后使用初期有所改善，但设备运行一段时间后出现如下现象：吊具空载在地面以上出现大约45°的旋转，钢丝绳之间出现摩擦，在吊具带重物进入地面以下（排污格栅入水）后吊具至少旋转一周。

图1 3 500/1 000/100 kN门式启闭机1 000 kN起升机构布置图

图2 3 500/1 000/100 kN门式启闭机1 000 kN起升机构缠绕图

3 起升机构的问题原因分析

3500/1000/100kN门式启闭机，起升高度为96m属大扬程起升机构，采用的钢丝绳为常规交互捻钢丝绳俗称旋转钢丝绳，由中间一股纤维或者钢芯，周围多根钢丝股组成。

图3 3 500/1 000/100 kN门式启闭机1000 kN起升机构现状钢丝绳缠绕图

以右旋钢丝绳为例，交互捻钢丝绳结构大致可以理解为：多根钢丝绕成股时的绕向为左旋，多股钢丝绕成绳的绕向为与其相反的右旋。也就是说交互捻钢丝绳由钢丝捻成股的捻制螺旋方向与由股捻成绳的方向相反。由于钢丝捻成股和由股捻成绳的方向相反，钢丝绳不易自行松散。

当钢丝绳承受拉力时，钢丝绳的多个股有沿着其绕成绳的旋转方向松脱的倾向，每一股的多根钢丝有沿着其绕成股的旋转方向松脱的倾向，这两种旋转倾向仅能相互抵消部分。一般来说钢丝绳沿着多股钢丝缠绕的方向旋转的倾向大一些。所以此类钢丝绳在单根使用时，都有沿着钢丝绳绕向旋转的现象。

钢丝绳提升重物时主要承受拉力，但要实现重物的上下运动和水平移动等，钢丝绳必须绕过滑轮和卷筒，此时钢丝绳将承受附加压应力和弯曲应力。在交捻绳中，钢丝和绳股的自旋方向相反，如果两者的旋转方向达不到平衡，钢丝绳在受载时会出现扭矩，钢丝绳存在扭转应力，再加上钢丝绳成型过程中还有制造的残余应力。

卷筒上的螺旋构造的绳槽使钢丝绳在缠绕过程中产生一个绕本身轴线旋转的内应力，而且该内应力随着起升高度的增加，应力也会越来越大。当起升高度较低时，因为钢丝绳不断地环绕和放松，这一应力得到周期性的释放，但起升高度过高时钢丝绳的旋转内力就会逐渐累积，当其到达一定高度时，钢丝绳就会出现自转现象。因为钢丝绳的上端缠绕定在卷筒上，该自转就会带动下方吊钩在空中打转。

根据以上分析可以判定原因如下：

1）设计缺陷。1 000 kN起升机构扬程较大，钢丝绳出现自转现象的概率较高。原设计采用单根钢丝绳缠绕系统，卷筒采用双联卷筒，使用过程中钢丝绳只能与卷筒的一半绳槽旋向匹配，无法平衡钢丝绳使用过程中的扭转现象反而会增加钢丝绳打扭趋势。

2）钢丝绳选型不合理。1 000 kN起升机构所选用的钢丝绳型号为32 ZABCFRC17FiX36-1870ZS，这种钢丝绳是旋转型钢丝绳，抗扭性差，使用一段时间后需要将钢丝绳从卷筒上拆卸下来，捋直进行“放劲”处理。

4 解决方案

根据分析提出以下两种解决方案。

4.1 方案1

将单根钢丝绳缠绕方式改为两根钢丝绳缠绕（见图4），同时采用抗旋转钢丝绳，彻底解决钢丝绳打扭现象。

此方案将原有的平衡滑轮改成平衡臂装置（见图5），改成平衡臂后钢丝绳缠绕系统发生改变，将一根钢丝绳缠绕改成两根钢丝绳缠绕，该缠绕系统具有如下优势：

图4 3 500/1 000/100 kN门式启闭机1000 kN起升机构两根钢丝绳缠绕图

图5 3 500/1 000/100 kN门式启闭机1 000 kN起升机构缠绕改善图

1）两根钢丝绳缠绕型式在其中一根钢丝绳断裂后吊具仍能悬挂空中不至于坠落，有效地避免了危险隐患，安全性强。

2）采用两根钢丝绳缠绕后，卷筒绳槽旋向与钢丝绳旋向合理搭配，可避免钢丝绳在卷筒上的跳槽现象。

3）两根钢丝绳在卷筒上缠绕时出绳方向与卷筒缠绕方向一致可卸掉钢丝绳的多数内劲，能有效防止钢丝绳打扭现象的出现。

4）采用两根抗旋转型钢丝绳进行缠绕，充分利用抗旋转型钢丝绳的特点：钢丝绳的密度系数大，因此比同直径同强度的钢丝绳破断拉力高；与普通圆股钢丝绳相比，多层股钢丝绳在使用时与卷筒、滑轮的接触面积大，耐疲劳性强；多层股钢丝绳由于结构的特殊性，自转性小，挂绳使用后几乎不旋转，有利于高扬程起吊；多层股钢丝绳俗称低旋转钢丝绳，制作时各相邻层股的捻向相反，大大抵消钢丝绳的内在应力。

平衡臂装置为太原重工股份有限公司成熟技术，多年来已经广泛使用在各大钢厂、水电站制造的门机、桥机、铸造吊等多种起重设备上，均未出现钢丝绳打扭现象。例如某工程50/32 t桥机，起升高度为85 m；32/16 t桥机，起升高度为82 m；某钢厂钢20 t桥机，起升高度为65 m；某水电站320 t门机，起升高度69 m，均采用此平衡臂装置，设备运行状况良好。

4.2 方案2

更改钢丝绳类型及缠绕方式，缓解钢丝绳打扭现象。

更换钢丝绳类型采用抗旋转型钢丝绳，根据太原重工股份有限公司在工程起重机上的使用经验推荐采用英国布顿钢丝绳，型号为：DYFORM34LR34X7-D32-1870的镀锌抗旋转钢丝绳；将钢丝绳缠绕改为顺缠型式，减小动、定滑轮组之间钢丝绳缠绕的倾斜角度，尽量保证直上直下降低水平分力,缠绕方式见图5。

增加吊具自身质量，使钢丝绳拉力远大于钢丝绳承受的水平分力，缓解钢丝绳打扭现象的发生，这种做法只能起到一定的辅助作用并不能有效防止钢丝绳打扭。在满足现有使用要求基础上，将1 000 kN吊具滑轮轴加长，在吊具每侧滑轮外侧加配重块，见图6。

图6 3 500/1 000/100 kN门式启闭机1000 kN起升吊具滑轮组改造图

该方案是在不改动原有结构情况下的补救措施，只能在一定程度上缓解钢丝绳打扭现象。

5 结语

当启闭机扬程较大时，钢丝绳出现自转现象的概率较高。采用双联卷筒加平衡臂装置的缠绕方式，可以有效平衡钢丝绳使用过程中的扭转现象及打扭趋势，宜作为大扬程启闭机起升机构的首选方案。

（编辑：苗运平）

Causal Analysis and Resolution for the Reversing of Lifting Device

Wang Hongwei,Gu Hongze
（Technology Center of Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030024）

Theoretical analysis for the lifting device rotation phenomenon of the rotating hoist of the hydropower station is conducted in this paper.Improvement and implementation measures are proposed based on the revealing design defects,providing consultative suggestions for the designing of wire rope winding system of high-lift hoist system.

wire rope winding,rotation of lifting device,torsion phenomenon,anti-rotation

TH211

A

1672-1152（2017）04-0091-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.34

2017-07-25

王宏伟（1979—），男，毕业于太原科技大学机械工程及自动化，现就职于太原重工股份有限公司技术中心起重所，从事起重机机械设计，工程师。