起重机钢丝绳摆幅及有效干涉策略研究

袁文亮 李先阳

摘 要：钢丝绳是起重机上的重要装置，在起吊重物时，主要采用钢丝绳来承受载荷。但在起重机作业过程中，随着起重机大小车的启动和停止，钢丝绳受到自身、吊钩或重物惯性载荷作用，会产生一定的摆幅，过大的摆幅不仅会导致钢丝绳与其他部件干涉，也会影响起重机的安全工作。本文先分析了起重机钢丝绳的特点，在此基础上，重点对其有效干涉策略进行了研究，一共参考。

关键词：起重机；钢丝绳；摆幅；干涉对策

1 起重机钢丝绳及摆幅概述

1.1 起重机钢丝绳

钢丝绳的优势比较显著，不仅具有高强度、高韧性，而且自重比较轻、伸展性良好，在起重机运行过程中，能够保持良好的平稳性能，同时，在高速运动时，还具有低噪声、高吸震性、良好的转向性等优点，并且骤然断裂情况也较少[2]。基于以上优点，钢丝绳在起重机械、电梯、索道、缆车、矿用提升机、石油钻井等机械领域应用非常广泛，已经成为最常用的挠性构件[3]。钢丝绳将电机的圆周运动转换为起吊重物的直线运动，由于起重机用钢丝绳自身结构、实际工况、运动过程及受力状况非常复杂，在多种因素的共同作用下，会导致钢丝绳出现各种问题，如摆动甚至失效等。

1.2 钢丝绳摆幅

钢丝绳为不能伸长而可完全弯曲的线，钢丝绳自重在起升机构中可以忽略不计，钢丝绳悬挂点状重物，摆动时可做无摩擦的自由振动。因此，可以认为钢丝绳缠绕系统接近单摆模型，可以看作为单摆。现在很多起重机电控制造商已经采用单摆原理设计了起重机防摇摆程序，达到了很好的效果，更进一步说明，单摆模型与钢丝绳缠绕系统模型的一致性。单摆即由一无质量的不能伸长但可完全弯曲的线悬挂点质量状组成的理想摆，可做无摩擦的自由振动，由不可伸长的细柔绳一端悬于重力场内一定点，另一端固结一个重力小球，就构成单摆。若小球只限于铅直平面内的摆动，则为平面单摆，若小球摆动不限于铅直平面，则为球面单摆。重机运行机构的运动过程为静止-加速-匀速-减速-停止，这个过程中加速和减速改变了物体的惯性状态，它是由电机的驱动作用来完成的。

2 起重机钢丝绳摆幅有效干涉策略

起重机启动时间与启动平均加速度计算方法如下：

1）起重机在满载、上坡、迎风运行启动时的启动时间计算。起重机在满载、上坡、迎风运行启动时的启动时间按式（1）计算：

式中：n為电动机额定转速，r/min；k为其他传动件的转动惯量折算到电动机轴上的影响系数，k=1.05-1.20；J1为电动机转子的转动惯量，kg/m2；J2为电动机轴上制动轮和联轴器的转动惯量，kg/m2；m为电动机台数；J&apos；3为做平移运动的全部质量的惯量折算到电动机轴

上的转动惯量， ，其中，m为起重机的总起升质

量，kg；mi为起重机或小车的质量，kg；D为车轮踏面直径，m；i为由电动机轴到车轮的机构总传动比）；η为运行机构总传动效率；Mdq为电动机平均启动转矩 ，其中，λAS为电动机平均启动

转矩倍数，其值见表1；Mn为电动机的额定转矩，N·m）；Mdj为满载、上坡、迎风时作用于电动机轴上的稳态运行阻力矩， 其

中，Pj为稳态运行阻力，N）。

2）启动平均加速度的计算。启动平均加速度按式（2）计算。

3）将相关数据代入式（1）、式（2）可以计算出启动平均加速度，根据力的平衡原理，可以计算出在水平运行加速度下，钢丝绳的摆角以及钢丝绳在不同位置的摆幅。

（3）

4）能量既不会凭空产生也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体上，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。吊钩由静止状态加速后若不再加速，其稳定运行速度产生的摆角几何关系如下：

第一，根据此定律我们可以将单摆的动能转化为势能，可以由下述公式体现：

单摆的动能：1/2mv2

单摆的势能：mph

依据机械能守恒定律，可以确定mph=1/2mvZ，约去质量m，公式为 。

第二，依据正多边形的园内切、外接时，其几何尺寸可以确定摆幅尺寸与摆角的关系如下：

通过以上力的平衡和几何关系公式推导，以上理论推导和计算方法是正确的，适用于吊钩摆幅计算。

3 结语

综上所述，起重机吊钩在启制动时的偏摆角度与吊钩所在的位置无关，与起升高度无关，只与加速度有关，随着加速度的增大而增大；随着钢丝绳长度的增加，在固定加速度的情况下，吊钩或重物的摆幅会越来越大。因此，在计算钢丝绳的干涉情况时，要绘制出钢丝绳的偏摆角度进行干涉检查。采用以上方法和公式进行钢丝绳干涉检查，可以解决钢丝绳干涉问题，为设计人员解决此类问题带来快速便捷的办法，减少设计失误和错误，避免后期发生产品质量问题。

参考文献

[1]于海洋，韩晓敏.关于起重机钢丝绳摆幅与干涉的研究[J].山西科技，2019，34（01）：52-55.

[2]米成宏.塔式起重机起升钢丝绳选型与使用[J].建设机械技术与管理，2018（12）：53-54.

[3]邓初芬.一起普通塔式起重机钢丝绳断裂事故原因分析[J].特种设备安全技术，2018（04）：24-25.