桥式抓斗卸船机钢丝绳旋转机理及预防措施_精品文档.pdf
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第48卷第3期2011年6月总第200期港工技术PortEngineeringTechnologyVo148No3Jun201lTotal200桥式抓斗卸船机钢丝绳旋转机理及预防措施赵红朋（无锡工力工程机械厂，江苏无锡214131）摘要：
桥式抓斗卸船机的工作环境比较差，钢丝绳常因外力冲击引起磨损，而钢丝绳的旋转是危及钢丝绳使用寿命的主要原因。
根据针对桥式抓斗卸船机在起升、开闭和牵引小车运动过程中钢丝绳受力情况和旋转机理的分析，提出预防钢丝绳发生旋转的措施和方法。
关键词：
桥式抓斗卸船机；钢丝绳；旋转；机理中图分类号：
33-I215文献标志码：
B文章编号：
10049592（2011）03001604WireRopeRotatingMechanismandPreventiveMeasureofGrabUnloadingBridgeZhaoHongpeng（WuxiGongiiEngineeringMachineryFactory，WuxiJiangsu214131，China）Abstract：
GrabunloadingbridgeisappliedwhereworkingsituationissevereWireropesareoftenwornbyexternalimpactingforce，andwireroperotationisregardedasmainfactorthatendangersitsservicelifeByanalyzingwireropestressconditionandrotatingmechanismofgrabunloadingbridgeintheprocessoflifting，opening，closingandtrailerwagontravelling，somemethodsandmeasuresareputforwardtoavoidwireroperotationKeywords：
grabunloadingbridge；wirerope；rotation；mechanism随着国民经济的发展港口码头的建设突飞猛进而桥式抓斗卸船机凭借着装卸效率高、机械性能稳定和操控灵活等优势，越来越多地得到物流、电力、水泥和冶金等行业的青睐。
桥式抓斗卸船机上主要的钢丝绳系统包括俯仰、起升、开闭和牵引小车等。
钢丝绳工作环境恶劣，常受外力冲击、磨损和腐蚀而钢丝绳旋转是危及钢丝绳寿命的重要原因之一。
本研究着重探讨起升、开闭和牵引小车钢丝绳发生旋转的机理以及预防钢丝绳旋转的方法和措施。
1钢丝绳旋转机理的分析桥式抓斗卸船机的起升、开闭和牵引小车钢丝绳系统。
由钢丝绳、卷筒、导向滑轮、抓斗滑轮等构件组成桥式抓斗卸船机常见的钢丝绳系统布置，见图1。
收稿日期：
2010-0823修回日期：
2011-0310作者简介：
赵红朋（1983一），男，助理工程师，主要从事起重、港口机械的设计、制造和安装方面的研究工作。
a】下置式钢丝绳系统h1上置式钢丝绳系统图1桥式抓斗卸船机常见的钢丝绳系统布置11钢丝绳的生产制造缺陷桥式抓斗卸船机所用的钢丝绳为多层股多次捻制的钢丝绳，其内、外层钢丝绳的捻向相反，又被称为微旋转、不旋转或抗旋转钢丝绳。
但因受设备、生产技术和钢丝绳本身特点的影响生产钢丝绳的难度相对较大，可能存在钢丝绳早期失效的隐患，最终第3期赵红朋：
桥式抓斗卸船机钢丝绳旋转机理及预防措施17导致钢丝绳工作时发生旋转、扭结等现象。
111内、外绳股分层及外层绳股松动的影响因在钢丝绳生产过程中的预变形过大使钢丝绳外层绳股形成的螺旋线长度或曲率半径超过固有螺旋线长度或曲率半径【n当钢丝绳受到静态和动态荷载时，内、外层绳股的曲率半径就会变小，外层绳股的螺旋线长度减小加之钢丝绳本身变形量过大因而使钢丝绳部分外层绳股无法伸直，外观上就会出现钢丝绳内、外层脱节松动的现象。
同时由于钢丝绳的旋转力矩减弱在抓斗满载起升时钢丝绳极易发生旋转、扭结等现象。
112绳股股数差别引起的旋转由多层绳股组成的钢丝绳不产生旋转的条件是各层绳股的刚度系数之和为零】1，即A=0，式中A为钢丝绳的刚度系数：
A为第i层绳股的刚度系数。
桥式抓斗卸船机所用的大多为内、外层绳股捻向相反的不旋转钢芯钢丝绳各层刚度系数之和为零相当于各层绳股的扭转力矩之和为零以我厂现在使用的双层绳股钢丝绳为例，=R2sincoSoo22-】BlR】sin1COS8】2=0，式中n】、分别为各层绳股的股数；日hB分别为各层绳股中单股的横截面积；R、R：
分别为各层绳股的捻制圆半径；Ot，、Or2分别为各层绳股在绳中的捻角在现实生产中多层绳股钢丝绳很难达到内、外层钢丝绳扭力的互相抵消主要原因是在同等条件下，内、外绳股的股数相差较多，内层钢丝绳扭矩往往小于外层绳股的扭矩从而使钢丝绳受力旋转。
导致起吊时抓斗不平稳，严重时钢丝绳会出现暴芯、笼形畸变等现象21。
不旋转钢丝绳截面，见图2；钢丝绳的暴芯和笼形畸变现象见图3。
黪黪a）b）c）图2不旋转钢丝绳截面图3钢丝绳的暴芯和笼形畸变现象11-3钢丝绳绳股捻距不均捻距是钢丝绳设计、生产和选用的重要参数，钢丝绳绳股的捻距不均可能造成钢丝绳各股的受力不均由于捻距小的绳股伸长量较大。
则受力较小或不受力：
捻距大的绳股伸长量较小而受力较大，易使钢丝绳发生旋转31。
12冲击载荷的作用121抓斗突然停止时的冲击钢丝绳、抓斗和卷筒可简化为弹簧物块系统，设钢丝绳横截面积为A材料的弹性模量为E，抓斗即物块的质量为m，重力加速度为。
当抓斗匀速下降距离为时突然停止。
则钢丝绳的刚度K=EA，若突然停止时t=O，此时的抓斗位置为初始位置，以重物的垂直位移进行广义积分则振动方程为a+kx=O；x=Bsin（ot+O）；tO=（K，m）。
根据初始条件可得X（o）-O；0=0；B=vto，即钢丝绳所受张力=mg+mBto2sin（t），此时刻钢丝绳所受到的最大张力Fr_=m（g+Bta2）。
从式中可以看出，钢丝绳在该工况下，所受的的附加冲击载荷为Bto2=vmL（EA）】。
起重机重物系统示意见图4。
图4起升重物系统示葸122抓斗起升瞬间的冲击抓斗与钢丝绳的连接可简化为吊重系统在研究起吊重物对钢丝绳的动力冲击问题时可根据机械动力学模型由弹性振动理论得出纵向振动控制方程为：
=c如z，其边界条件是：
It（0，t）=0；m（Z，t）cgt=mg-EA（Z，t）lcx。
经过计算推得n起吊重物对钢丝绳的冲击力=，EAA眦=1（ACOSAft+BsinA,ct）COSA，由上式可以看出，钢丝绳也受到附加载荷的作用随着钢丝绳所受冲击载荷的增加钢丝绳的旋转力矩随之增大当钢丝绳受到了较大的冲击载荷、外部扭矩大于钢丝绳自身扭矩时，钢丝绳就会发生旋转，甚至发生散股变形。
起重机吊重系统的示意见图5。
18港工技术第48卷图5起重机吊重系统的示意123起升高度的影响根据121节公式=mL（EA）1可以看出，当抓斗突然停止时。
附加冲击载荷与起升高度成正向比例关系随着的增大。
附加长机冲击载荷也随着加大。
所以。
抓斗提升高度越大，钢丝绳扭转的程度也就越大13钢丝绳使用前未完全释放旋转内力新钢丝绳展开后没有释放钢丝绳内在的旋转力就直接安装到卸船机起升系统的开闭卷筒上会造成钢丝绳内在旋转力的集聚嗍。
当抓斗起升、降落时。
由于钢丝绳内在旋转力的作用，钢丝绳很容易发生旋转、扭结的现象。
14滑轮和卷筒的作用在桥式抓斗卸船机的起升、开闭和牵引小车钢丝绳缠绕系统里，滑轮与钢丝绳的直径比、卷筒与钢丝绳的直径比以及钢丝绳中心线与卷筒、滑轮轴线的夹角都与钢丝绳的旋转有着密切的关系。
以滑轮为例FCOS口；Fsin口，式中，为钢丝绳最大拉力；B为钢丝绳卷入滑轮的有效拉力；为钢丝绳对滑轮产生的有害挤压力；为钢丝绳中心线与滑轮轴线的夹角。
当n过大时，就会对滑轮产生较大的摩擦力不仅使钢丝绳容易脱槽而产生挤压磨损，同时钢丝绳会围绕其轴线发生扭转5这主要是由于钢丝绳以偏转角进入滑轮或者卷筒时，首先与绳槽的侧边缘接触，然后向下滚动。
滑到绳槽的底部，这期间钢丝绳会围绕其轴线发生扭转其偏角越大钢丝绳扭转的程度就越严重，所以，在钢丝绳与抓斗连接部位会积聚有旋转力矩出现钢丝绳打转的现象。
15钢丝绳梨形头内部结构不合理梨形头是钢丝绳之间连接的纽带在2段钢丝绳绳头连接时钢丝绳头部制成蜂窝状每根钢丝绳被弯成倒钩，然后灌浇液态锌合金。
一般冷却至第2d梨形头就可以使用如果钢丝绳在锌合金内凝固不充分或钢丝绳蜂窝头制作不合格在以后的起吊作业中，钢丝绳头会在梨形头内旋转、串动不仅会造成钢丝绳的旋转晃动还会危及卸船机的工作安全16起升、开闭钢丝绳受力的差别在起重机工作循环中起升绳与开闭绳的拉力变化。
见图6。
Gf，一、|sr斗。
-l降短时间挪料图6起重机工作循环中起升绳与开闭绳的拉力变化如图6所示，在起重机抓斗颚板闭合起升和下力不均衡，抓斗就可能产生偏转，最终导致钢丝绳旋落时段，起升钢丝绳的受力略大于开闭钢丝绳，就造转。
设置平衡架和平衡梁能很好地解决该问题，有效成起升、开闭钢丝绳受力不均，桥式抓斗卸船机的4地均衡起升、开闭钢丝绳的内部受力，阻止钢丝绳的卷筒减速器为机械差动式结构每个卷筒连接1根旋转。
带平衡架的抓斗头部，见图7。
钢丝绳如果起升绳或支持绳之间受力不太均匀，也综上所述，可以从钢丝绳的生产、使用和维护等会使钢丝绳发生旋转方面分析桥式抓斗卸船机钢丝绳旋转机理，但造成17抓斗结构的因素
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