铁路救援起复常用吊索具.docx
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铁路救援起复常用吊索具
铁路救援起复常用吊索具
在吊复法作业中，有两类常用吊索：
一是用于捆绑、搬运和提升被吊物体的吊索，如钢丝绳、链条、尼龙绳、合成纤维吊带等；二是与起重机配套的、用于起升机构工作的吊索，如卷筒吊索。
主要介绍前一类吊索。
一、钢丝绳
钢丝绳又称钢索，它由高强度碳素钢丝捻制而成。
具有断面相等、强度高、耐磨损、自重轻、成本低等优点，是起重吊装工作及吊复法作业中最常用的吊索之一。
（一）钢丝绳分类与结构形式
钢丝绳是由几股钢丝子绳与一根植物纤维绳芯捻成的。
而每一股钢丝子绳又是由许多根直径为0．3～3mm的钢丝组成的。
吊复法作业中最常用的是由每股19根、37根、61根钢丝子绳组成的吊索。
一般而言，每股的钢丝丝数越多，钢丝绳的柔软性越好。
1．钢丝绳分类
钢丝绳的种类很多，根据它们的结构形式大致可分为：
普通式、复合式、闭合式三种。
复合式钢丝绳是由不等径钢丝分6股或多股与一根或多根有机或无机芯捻制而成的。
它的结构紧凑，强度高，耐磨性好，但制造困难，造价高，一般用于起重速度快的机械上。
闭合式钢丝绳是由外层异形钢丝，内包一束等径钢丝，采用特殊方法捻制而成的。
它的结构紧密，强度高，耐磨损，表面光滑，但柔性不好，不易弯曲。
这种钢丝绳一般用于缆索式起重机。
普通式钢丝绳是由等径钢丝6股与一根含油有机芯捻制而成的。
虽然它的性能不及复合式钢丝绳，但是因其自重较轻、价格低廉，故广泛用于起重吊装工作及吊复法作业中。
2．钢丝绳型号的表示法
按照国家标准GB1102的规定，普通圆股钢丝绳型号的表示法如下：
如公称抗拉强度1667MPa（170kZ／mm2）、I号甲组镀锌钢丝制成的6股37丝、直径43mm、右同向捻钢丝绳的标记为，“钢丝绳6×37-43-170-I-甲-镀-右同”。
按GB1102规定的标记法，钢丝绳三字后面有7项，在订购钢丝绳时，如有要求，应将各项标出；如无特殊要求，则应将第一项（编织法）、第二项（钢丝绳公称直径）和第六项（镀锌表面或光面）标出。
3．钢丝绳捻制方法
在复合式和普通式钢丝绳的种类中，按其捻制方法可分为同向捻、交互捻和混合捻三种。
同向捻钢丝绳是其每股内的钢丝捻向与钢丝绳绳股的捻向相同，即钢丝绳的股与丝捻向相同。
特点是柔性大、磨损小。
交互捻钢丝绳是其每股内的钢丝捻向与钢丝绳绳股的捻向相反，即钢丝绳的股与丝捻向相反。
混合捻钢丝绳是其每股内的钢丝捻向与钢丝绳绳股的捻向混合，即钢丝绳相邻的两股或相邻的两层捻向相反。
同向捻钢丝绳的特点是柔性大、磨损小，但容易产生自旋、松弛、压扁和搭结。
交互捻钢丝绳克服了同向捻的缺点，仍具有同向捻的优点。
混合捻钢丝绳不仅具有以上两种钢丝绳的优点，而且机械性能比前两者好，但制造困难，价格较高。
故交互捻钢丝绳广泛用于起重吊装工作及吊复法作业中。
（二）钢丝绳的破坏形式
在救援吊复作业中，稍有疏忽就会使钢丝绳损坏。
因此，应根据钢丝绳的破坏现象，分析原因，找出导致破坏的主要因素，以提高钢丝绳的使用寿命，保证作业安全。
在吊复法作业中，钢丝绳在工作时要进出滑轮或卷筒作弯绕，或者在吊钩和被吊物体上作弯绕。
钢丝绳除受拉应力外，还要受接触应力和弯曲应力。
尤其是后两者的脉动特性，易引起金属疲劳，导致破坏。
理论和实践证明，这种多次弯曲造成的弯曲疲劳是钢丝绳的主要破坏形式。
破坏机理是，钢丝绳多次弯曲后，其表面钢丝发生弯曲疲劳和磨损，表面层的钢丝逐渐折断；折断的钢丝数量越多，其他未断钢丝的拉力就越大，疲劳与磨损越剧烈，使断丝速度加快。
当断丝发展到一定程度，削减了钢丝绳的安全系数时，钢丝绳便破坏报废。
从破坏形式来分析，钢丝绳在吊复法作业中的受力是十分复杂的，是拉应力、弯曲应力和各单根钢丝与钢丝股之间摩擦力相组合相关联的一种合成应力。
因此在实践中，钢丝绳的应力计算是采用分析法近似求得的。
（三）钢丝绳的计算
钢丝绳的计算包括滑轮与钢丝绳直径比例参数，钢丝绳的安全系数，抗拉强度和吊索的计算。
1．滑轮与钢丝绳直径比例参数
钢丝绳通过滑轮或卷筒时，外部的钢丝受到摩擦，因而造成钢丝绳总强度的降低。
钢丝绳的寿命随它的弯曲次数而变化，且与D最大／d或D最小／t有关（D最大为滑轮或卷筒的最大直径；D最小为滑轮或卷筒的最小直径；d为钢丝绳直径；t为钢丝直径）。
在相同的比率时，钢丝绳的使用寿命与它的弯曲次数成反比。
因此钢丝绳使用时不能过度弯曲且弯曲半径不能过小。
滑轮与钢丝绳直径比例参数见表3—2—2。
钢丝绳缠绕滑轮或滚筒时的最小直径按下式计算：
D≥e1e2d（3—2—1）
式中D——滑轮或卷筒直径（m）；
e1——起重机工况系数：
手动和轻型工作机构为16，中型工作机构为18，重型工作机构为20；
e2——根据钢丝绳结构决定的系数：
交互捻为1．0，同向捻为0．9；
d——钢丝绳直径（mm）。
在起重吊装工作中一般采用D≥（16～20）d。
与普通起重机械工作特性的不同点在于，因吊复法作业属于工程抢险性质，每年使用的起重机和吊索具工作次数有限，每次的工作时间不长，并且满载工作的次数不多。
此外，因工程抢险时救援设备、器材大多需要靠人力搬运，为了降低设备自重，对吊复法作业使用的起重机械一般采用较小的D值，对吊索具一般采用D≥5d。
比如利用承吊销和43rnm的钢丝绳起吊机车，承吊销与钢丝绳的接触处设计成200mm的直径即可。
表3-2-2滑轮与钢丝绳直径比例参数
机械种类
使用情况
滑轮与钢丝绳直径比
桅杆式、汽车式、履带式起重机及一般起重机
手动
D≥16d
机动
轻型
中型
重型
D≥16d
D≥18d
D≥20d
其他形式的起重机
手动
D≥18d
机动
轻型
中型
重型
D≥20d
D≥25d
D≥30d
1t以下手动卷扬机
D≥12d
带抓斗的起重机
一类轻型
二类重型
D≥20d
D≥30d
2．钢丝绳的安全系数
合理正确地选择安全系数是选择和计算钢丝绳的重要前提。
选择原则是，首先要保证安全可靠，然后要考虑节约和降低成本。
根据前面的分析，钢丝绳的受力情况十分复杂，其破坏是由冲击载荷和因反复出现拉伸、弯曲引起的疲劳造成的。
因此安全系数与牵引性质、操作方法、滑轮（卷筒）直径D与钢丝绳直径d的比值以及机构工作的繁忙程度有关。
如果工作繁忙，滑轮直径较小，则应取较大的安全系数；反之取较小值。
钢丝绳安全系数K的国家标准如表3—2—3所示。
表3-2-3钢丝绳安全系数
机械种类
使用情况
钢丝绳安全系数
桅杆式、汽车式、履带式起重机及一般起重机
手动
4．5
机动
轻型
中型
重型
5
5．5
6
1t以下手动卷扬机
4
缆索式起重机
承担重量的钢丝绳
3．5
各种用途的钢丝绳
支承动臂
起重机自身安装用
缆风绳
吊挂和捆绑用
运输热金属、易燃物、爆炸物
4
2．5
3．5
6
6
3．起重机机构的工作类型
起重机机构的工作类型是表示起重机械工作的繁忙程度和工作条件的参数，是起重机械工作特性的重要标志。
根据国家标准，对机械驱动的起重机构，按照机构载荷率和工作时间率，划分成轻型、中型、重型和特重型四个级别，详见表3—2—4、表3—2—5。
机构载荷率表明起重机受载的轻重程度，它与两个因素有关，即与所起升的载荷与额定载荷之比、各个起升载荷只的作用次数与总的工作循环次数之比有关。
机构载荷率和工作时间率是表征机构载荷的特性和机构工作时间利用程度的工作特征。
因为起重机械具有重复而短暂的工作特征，各工作机构在工作时作周期性的运动，所以一个机构在一个工作周期内，有工作阶段和休息阶段，并且在工作阶段里，又分有载行程和无载行程，
载行程又分满载和不满载。
这样，机构在时间上被利用的程度和无载荷波动的特征，决定了机构有不同的工作类型。
表3—2—4起重机机构类型的划分
类型
小
中
大
工作时间少、停歇时间少
t总＜500h／a
不规则间断工作
t总＜500～2000h／a
接近连续，循环工作
t总＞2000h／a
A型
B型
C型
轻级
轻级
中级
轻级
中级
重级
中级
重级
特重级
表3—2—5起重机工作类型的划分
工作类型
机构平均利用率
小时接合次数
相对接合时间率JC（％）
周界平均温度（℃）
K年
K日
K设备
人力驱动
机械驱动
轻型
0．25
一班制0．33
0．5
30以下
15
25
中型
0．5
两班制0．67
1．0
0．75～0．5
30～60
15
25
40
25
重型
0．75
两班制0．67
1．0
1．0～0．75
60以上
25
40
25
特重型
1．0
三班制1．0
1．0
60以上
60
40
值得指出的是，从机构平均利用率看，吊复法作业涉及的机具装备的工作类型介于轻型和中型之间，属中等偏低类型。
因此可以按安全系数范围的下限取值。
4．钢丝绳的破断拉力和许用拉力的计算
（1）钢丝绳的破断拉力
钢丝绳的破断拉力是关系到安全作业的重要数据，采购钢丝绳时必须向制造厂或经销商索取这个资料。
一般整根钢丝绳的实际破断拉力与组成钢丝绳的各根钢丝的破断拉力之和并不相等，相差的数值就是捻制丝的削弱值，具体数值随钢丝绳的构而定。
制造厂提供的数据一般为钢丝破断拉力总和户，它与折减系数声的乘积才是钢丝绳的最小破断拉力。
钢丝绳的破断拉力由下式决定：
P′=P×Φ（3—2—2）
式中P′——钢丝绳最小破断拉力（N）；
P——钢丝破断拉力总和（N）；
Φ——折减系数，对普通6×19+1钢丝绳，Φ=0．85，对6×37+1钢丝绳，Φ=0．82。
（2）钢丝绳的许用拉力
在起重吊装和吊复法作业中，为安全可靠起见，在选择钢丝绳时要考虑安全系数。
钢丝绳的许用拉力按下式计算：
S=P′／X（3—2—3）
式中S——钢丝绳的许用拉力（N）；
P′——钢丝绳最小破断拉力（N）；
K——安全系数，见表3—2—3。
有时在救援现场因查表不方便，可用下式估算钢丝绳的破断拉力：
P′=50d2（3—2—4）
式中P′——钢丝绳最小破断拉力（N）；
d——钢丝绳的直径（mm）。
常用普通6×19+1、6×37+1钢丝绳的技术指标如表3—2—6。
（四）钢丝绳几种使用形式的受力变化
吊复法作业时，钢丝绳的使用形式很多。
钢丝绳的受力与使用形式有关，举例如下。
表3-2-6常用钢丝绳技术指标
绳6×19
股（1+1+2）
绳纤维芯
主要用途：
各种起重、提升和牵引设备
直径（mm）
钢丝总断面积（mm2）
参考重量
（㎏／100m）
钢丝绳公称抗拉强度（N／mm2）
钢丝绳
钢丝
1400
1550
1700
1850
2000
钢丝破断拉力总和P（N）≥
6．2
7．7
9．3
11．0
12．5
14．0
15．5
17．0
18．5
20．0
21．5
23．0
24．5
26．0
28．0
0．4
0．5
0．6
0．7
0．8
0．9
1．0
1．1
1．2
1．3
1．4
1．5
1．6
1．7
1．8
14．32
22．37
32．22
43．85
57．27
72．49
89．49
108．28
128．87
151．24
175．40
201．35
229．09
258．63
289．95
13．53
21．14
30．45
41．44
54．12
68．50
84．57
102．3
121．8
142．9
165．8
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