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塔式起重機小車式變幅機構(gòu)斷繩及起重機折斷原因分析

2013-04-29 15:55:02李升起
科協(xié)論壇·下半月 2013年6期

李升起

摘 要:針對塔式起重機小車變幅機構(gòu)中牽引鋼絲繩破壞的原因進行分析,并提出提高其安全性的合理建議,對防止塔式起重機發(fā)生重大事故提供有價值的參考意見。

關(guān)鍵詞:小車變幅機構(gòu) 牽引鋼絲繩 懸鏈方程式

中圖分類號:TH213.3 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)006-037-02

在塔式起重機小車變幅機構(gòu)中,牽引鋼絲繩拉斷起重臂架折斷事故時有發(fā)生并由此引起倒塔重大事故。起重小車上雖設(shè)有斷繩保護裝置。但這種方法不能主動有效的防止拉力過大。

1 塔式起重機小車變幅的工作原理

塔式起重機小車變幅機構(gòu),主要部分組成如圖1所示。

1.變幅機構(gòu)卷筒;2.起重臂中部導(dǎo)向滑輪;3.起重臂端部導(dǎo)向滑輪;4.變幅小車;5.起重臂根部導(dǎo)向滑輪;6.牽引鋼絲繩。

圖1 塔式起重機小車變幅機構(gòu)及組成

其特點是牽引鋼絲繩兩端由兩個方向繞入變幅機構(gòu)卷筒,當(dāng)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)時,牽引繩一端繞入卷筒,而另一端則由卷筒放出使變幅移動而實現(xiàn)變幅。

2 塔式起重機小車式變幅機構(gòu)的阻力分析繞

小車式變幅機構(gòu)阻力計算公式是:

在此只進行阻力估算,選取 的最大直徑并忽略滑輪的效率影響, =0.028(車輪直徑<200mm,滑動軸承)以QDZ315型塔式起重機為例:

最大起升載荷Q=29400N

最小自重載荷G=706N

運行阻力估算

Fm =(Q+G)·

=(29400+706)·0.028N

=843N

變幅牽引鋼絲繩規(guī)格為6X19-6.2-1700-Ⅰ-光-右絞

查得其破斷拉力不小于24300N,是運行阻力的28.8倍,因此正常工作時不可能引起斷繩故障。

QTZ315型塔式起重機小車變幅的驅(qū)動功率是2.2KW。此驅(qū)動功率所能產(chǎn)生的最大拉力是否能引起拉斷鋼絲繩的事故呢?

由電動機推算變幅繩的最大拉力

考慮到電機堵轉(zhuǎn)時的最大力矩系數(shù),選取3

Pmax=3P=3·990N=2970N

仍遠遠小于鋼絲繩的破斷拉力,因此在正常工作狀態(tài)下,斷繩事故不應(yīng)發(fā)生。由此可見,小車變幅繩斷繩原因不是小車阻力產(chǎn)生的而是由其他方面原因變幅甘肅省卷繞系統(tǒng)非正常工作引起的。

3 斷繩原因分析

3.1 變幅鋼絲繩初拉力P

根據(jù)塔式起重機的設(shè)計規(guī)范要求牽引鋼絲繩的自由垂度為垂度為。為起重臂兩端滑輪的距離,初拉力P可以通過下式計算,取其一半為(示力體)

圖2 計算簡圖

設(shè)鋼絲繩的自重每米為Q(N)

由∑MB=0

得H.fmax=q..

H=

仍以QTZ315型塔式起重機為例,牽引繩每米質(zhì)量為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

由此可知鋼絲繩的初拉力不太大,鋼絲繩拉斷的原因可能是一種意外情況。

3.2 小車式變幅機構(gòu)工作時可能發(fā)生的意外情況

(1)小車變幅時鋼絲繩可能會繃緊。

小車式變幅機構(gòu)正常工作時,卷筒轉(zhuǎn)動,一端繞上卷筒的鋼絲繩長度等于另一端釋放出的鋼絲繩長度,這時不會引起斷繩事故。如果鋼絲繩卷繞發(fā)生亂槽重疊時,會使卷繞直徑變大。

圖3 計算簡圖

圖3中:P0-釋放端鋼絲繩拉力;

P1-繞入端鋼絲繩拉力;

D1-繞入端亂槽后卷繞直徑;

D2-放出端卷繞直徑;

M動-卷筒驅(qū)動力矩。

由于D1 〉D2,故鋼絲繩繞入長度大于釋放長度,鋼絲繩將越來越被繃緊,拉力也將越來越大。

(2)牽引鋼絲繩繃緊對驅(qū)動力矩有否影響,如圖3所示,列出的力矩平衡方程式

Fm-小車運行阻力,見前算式,代入上式整理得

M動=·D1

由此可見,卷筒的驅(qū)動力矩基本與鋼絲繩的繃緊拉力無關(guān)。

3.3 斷繩發(fā)生的可能性分析

根據(jù)懸鏈方程式,首先計算下垂的鋼絲繩長度,仍以QTZ315型塔式起重機為例

懸鏈方程式

圖4 計算簡圖

懸鏈全長

當(dāng)鋼絲繩發(fā)生亂槽重疊后,卷繞半徑可能增加d (鋼絲繩直徑)卷筒每轉(zhuǎn)一周懸鏈長將縮小2 d,d=6.2mm。計及上面鋼絲繩的撓度可再適當(dāng)放大而此時

fmax=0 H=→∞

也就是說,只要亂槽現(xiàn)象發(fā)生卷筒轉(zhuǎn)動二周多鋼絲繩將被拉斷。

3.4 斷繩引起的后果

(1)會使起重力矩突然增大,引起倒塔事故。

當(dāng)斷繩發(fā)生在內(nèi)側(cè)時,小車會在鋼絲繩的彈性拉力下溜向臂架前端,使起升力矩超負荷而引發(fā)倒塔事故,因此小車上設(shè)有斷繩保護裝置,斷繩瞬間鎖住小車位置。

(2)起重臂架折斷事故。

根據(jù)有關(guān)資料,臂架受力分析時,并未考慮牽引鋼絲繩被拉斷時的最大載荷,故牽引繩亂槽重疊后會引起折臂事故的發(fā)生。

4 改進建議

為了防止牽引繩因亂槽疊加而被折斷,建議在臂架前端或后端的改向滑輪處增加拉力限制器,當(dāng)拉力增大到一定值時會切斷電路,只能使電動機反轉(zhuǎn),使亂繩槽釋放。

參考文獻:

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