袁文亮 李先陽

摘 要：鋼絲繩是起重機上的重要裝置，在起吊重物時，主要采用鋼絲繩來承受載荷。但在起重機作業(yè)過程中，隨著起重機大小車的啟動和停止，鋼絲繩受到自身、吊鉤或重物慣性載荷作用，會產(chǎn)生一定的擺幅，過大的擺幅不僅會導(dǎo)致鋼絲繩與其他部件干涉，也會影響起重機的安全工作。本文先分析了起重機鋼絲繩的特點，在此基礎(chǔ)上，重點對其有效干涉策略進行了研究，一共參考。

關(guān)鍵詞：起重機；鋼絲繩；擺幅；干涉對策

1 起重機鋼絲繩及擺幅概述

1.1 起重機鋼絲繩

鋼絲繩的優(yōu)勢比較顯著，不僅具有高強度、高韌性，而且自重比較輕、伸展性良好，在起重機運行過程中，能夠保持良好的平穩(wěn)性能，同時，在高速運動時，還具有低噪聲、高吸震性、良好的轉(zhuǎn)向性等優(yōu)點，并且驟然斷裂情況也較少[2]。基于以上優(yōu)點，鋼絲繩在起重機械、電梯、索道、纜車、礦用提升機、石油鉆井等機械領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)成為最常用的撓性構(gòu)件[3]。鋼絲繩將電機的圓周運動轉(zhuǎn)換為起吊重物的直線運動，由于起重機用鋼絲繩自身結(jié)構(gòu)、實際工況、運動過程及受力狀況非常復(fù)雜，在多種因素的共同作用下，會導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)各種問題，如擺動甚至失效等。

1.2 鋼絲繩擺幅

鋼絲繩為不能伸長而可完全彎曲的線，鋼絲繩自重在起升機構(gòu)中可以忽略不計，鋼絲繩懸掛點狀重物，擺動時可做無摩擦的自由振動。因此，可以認(rèn)為鋼絲繩纏繞系統(tǒng)接近單擺模型，可以看作為單擺。現(xiàn)在很多起重機電控制造商已經(jīng)采用單擺原理設(shè)計了起重機防搖擺程序，達到了很好的效果，更進一步說明，單擺模型與鋼絲繩纏繞系統(tǒng)模型的一致性。單擺即由一無質(zhì)量的不能伸長但可完全彎曲的線懸掛點質(zhì)量狀組成的理想擺，可做無摩擦的自由振動，由不可伸長的細柔繩一端懸于重力場內(nèi)一定點，另一端固結(jié)一個重力小球，就構(gòu)成單擺。若小球只限于鉛直平面內(nèi)的擺動，則為平面單擺，若小球擺動不限于鉛直平面，則為球面單擺。重機運行機構(gòu)的運動過程為靜止-加速-勻速-減速-停止，這個過程中加速和減速改變了物體的慣性狀態(tài)，它是由電機的驅(qū)動作用來完成的。

2 起重機鋼絲繩擺幅有效干涉策略

起重機啟動時間與啟動平均加速度計算方法如下：

1）起重機在滿載、上坡、迎風(fēng)運行啟動時的啟動時間計算。起重機在滿載、上坡、迎風(fēng)運行啟動時的啟動時間按式（1）計算：

式中：n為電動機額定轉(zhuǎn)速，r/min；k為其他傳動件的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機軸上的影響系數(shù)，k=1.05-1.20；J1為電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，kg/m2；J2為電動機軸上制動輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量，kg/m2；m為電動機臺數(shù)；J&apos；3為做平移運動的全部質(zhì)量的慣量折算到電動機軸

上的轉(zhuǎn)動慣量， ，其中，m為起重機的總起升質(zhì)

量，kg；mi為起重機或小車的質(zhì)量，kg；D為車輪踏面直徑，m；i為由電動機軸到車輪的機構(gòu)總傳動比）；η為運行機構(gòu)總傳動效率；Mdq為電動機平均啟動轉(zhuǎn)矩 ，其中，λAS為電動機平均啟動

轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，其值見表1；Mn為電動機的額定轉(zhuǎn)矩，N·m）；Mdj為滿載、上坡、迎風(fēng)時作用于電動機軸上的穩(wěn)態(tài)運行阻力矩， 其

中，Pj為穩(wěn)態(tài)運行阻力，N）。

2）啟動平均加速度的計算。啟動平均加速度按式（2）計算。

3）將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）、式（2）可以計算出啟動平均加速度，根據(jù)力的平衡原理，可以計算出在水平運行加速度下，鋼絲繩的擺角以及鋼絲繩在不同位置的擺幅。

（3）

4）能量既不會憑空產(chǎn)生也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體上，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。吊鉤由靜止?fàn)顟B(tài)加速后若不再加速，其穩(wěn)定運行速度產(chǎn)生的擺角幾何關(guān)系如下：

第一，根據(jù)此定律我們可以將單擺的動能轉(zhuǎn)化為勢能，可以由下述公式體現(xiàn)：

單擺的動能：1/2mv2

單擺的勢能：mph

依據(jù)機械能守恒定律，可以確定mph=1/2mvZ，約去質(zhì)量m，公式為 。

第二，依據(jù)正多邊形的園內(nèi)切、外接時，其幾何尺寸可以確定擺幅尺寸與擺角的關(guān)系如下：

通過以上力的平衡和幾何關(guān)系公式推導(dǎo)，以上理論推導(dǎo)和計算方法是正確的，適用于吊鉤擺幅計算。

3 結(jié)語

綜上所述，起重機吊鉤在啟制動時的偏擺角度與吊鉤所在的位置無關(guān)，與起升高度無關(guān)，只與加速度有關(guān)，隨著加速度的增大而增大；隨著鋼絲繩長度的增加，在固定加速度的情況下，吊鉤或重物的擺幅會越來越大。因此，在計算鋼絲繩的干涉情況時，要繪制出鋼絲繩的偏擺角度進行干涉檢查。采用以上方法和公式進行鋼絲繩干涉檢查，可以解決鋼絲繩干涉問題，為設(shè)計人員解決此類問題帶來快速便捷的辦法，減少設(shè)計失誤和錯誤，避免后期發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量問題。

參考文獻

[1]于海洋，韓曉敏.關(guān)于起重機鋼絲繩擺幅與干涉的研究[J].山西科技，2019，34（01）：52-55.

[2]米成宏.塔式起重機起升鋼絲繩選型與使用[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2018（12）：53-54.

[3]鄧初芬.一起普通塔式起重機鋼絲繩斷裂事故原因分析[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2018（04）：24-25.