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高处作业吊篮提升机卡绳问题分析与优化

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-01-20 10:00
    目前,高处作业吊篮在我国得到了广泛的应用,然而在吊篮的使用过程中还存在着许多有待改进的技术问题,其中高处作业吊篮提升机的卡绳问题一直困扰着吊篮设计、制造、使用等企业。
    高处作业吊篮提升机均采用摩擦传动的提升系统实现对吊篮平台的提升,依靠传动摩擦轮与柔性钢丝绳之间的摩擦力实现。在动力传递过程中,柔性钢丝绳通过其表面的摩擦力拉动负载,即钢丝绳与绳轮构成摩擦副。摩擦轮与钢丝绳传递力的大小主要与钢丝绳在绳轮上的包角有关,为了增加包角,目前市场上主要有两种绕绳形式的提升机结构。
    一种为“α”型绕绳结构,如图1a所示,该绕绳方式结构复杂,动力传递性好,钢丝绳在提升机内穿过时,只向一个方向弯曲,承受单向脉动载荷,不易疲劳损坏,有效延长了钢丝绳的寿命,但是钢丝绳在绳轮上的包角较小,摩擦提升力只能通过其他方式进行提高。另一种绕绳方式是S型绕绳,如图lb所示,该方式大大提高了钢丝绳在绳轮表面的包角,绕绳过程改变了钢丝绳的接触面,钢丝绳受到交变疲劳载荷,容易出现疲劳损坏,这种绕绳方式的钢丝绳在绳轮上的包角较大,增加了摩擦力,适合于大提升力机型采用。
图1  两种提升机结构原理图
    图1  两种提升机结构原理图

    目前市场上提升机以“α”型绕绳机构搭配绳槽为“V”型的走绳机构较为多见,为此针对这一型提升机的卡绳原因及其解决办法展开研究。
    图2给出典型“仅”型提升机零部件装配图,图中影响提升机摩擦传动,可能导致提升机卡绳的主要部件有进出绳管、分绳器、绳轮及挡圈等,这些部件与钢丝绳直接接触,在随后一节将逐一对各部件进行具体分析。
图2典型“α”型提升机零部件装配图
    图2典型“α”型提升机零部件装配图
1影响吊篮提升机卡绳的因素
    高处作业吊篮提升机是通过钢丝绳与摩擦绳轮间形成的摩擦力实现吊篮提升的,由于钢丝绳是由绳丝捻制成股,再经绳股捻制成绳所获得,这样的结构导致吊篮提升机在使用过程中常会发生钢丝绳卡在提升机内部的情况,通俗称为提升机“卡绳”,提升机只要使用的是绳丝制成的钢丝绳,那么发生卡绳的情况是难免的,但可以通过优化提升机结构、规范人员操作、定期更换合格的钢丝绳、及时清理钢丝绳表面的杂物等措施加以控制。下面仅对提升机结构方面导致提升机卡绳的原因进行分析。
1.1摩擦绳轮的绳槽结构及材料
    吊篮专用钢丝绳在提升机内绕轮槽一定的距离来获得摩擦力,施工现场的钢丝绳使用环境极其恶劣,表面容易产生破损、变形,这样的钢丝绳在通过绳槽、压绳机构、分绳器等部件时极容易发生卡绳,特别是与绳槽接触部件之间存在缝隙的位置。提升机摩擦绳轮的结构如图3所示,其内部有用于驱动的内齿圈,外部适当位置设置有与挡圈、分绳器、压绳轮配合的绳槽。为满足长时间与钢丝绳间的摩擦传动绳轮主要由铸铁材料经调制处理制造而成。
图3提升机的摩擦绳轮结构
    图3提升机的摩擦绳轮结构
1.2提升机分绳器结构及材料
    钢丝绳进入提升机绕绳轮一圈后需从出绳口处离开提升机,为了使钢丝绳能够按照设计的方式绕绳,提升机内设有用来将钢丝绳剥离绳槽的分绳器。目前提升机的分绳器主要采用锌合金和铸钢两种形式,其中铸钢的制造成本远远高于锌合金,铸钢材料的优点是耐磨性好,锌合金在使用一段时间后会出现过度磨损,使得钢丝绳偏离设计的绕绳轨迹,进一步引起钢丝绳在分绳过程乱绳,导致提升机卡绳。
    根据不同的设计思路有不同结构尺寸的分绳机构,如交叉绳道结构、分离式绳道结构等在实际使用中分绳器的结构尺寸需要配合提升机绳轮的绳槽位置及压绳机构的结构等条件进行优化处理,以便获得钢丝绳在提升机内传动的通畅性,图4给出了分绳器的三维结构。
图4分绳器的三维结构示意图
    图4分绳器的三维结构示意图
1.3钢丝绳导绳管直径及长度
    提升机在钢丝绳进入和离开的位置均设有一定长度的钢丝绳导绳管,用来引导钢丝绳在提升机内部传动,两段导绳管的直径和长度直接影响着钢丝绳在提升机内部的通行能力,以及对出现破损、污染、折弯、飞丝、断股等受损钢丝绳的适应能力。面对施工现场钢丝绳尺寸及质量参差不齐的情况,固定的钢丝绳导绳管长度及直径无法一一适应,故导致导绳管设计常常偏粗,较粗的导绳管无法稳定准确地引导钢丝绳的走向,导致钢丝绳进入提升机仍存在晃动,加剧了钢丝绳与绳轮、导绳管的摩擦,间接地加剧了卡绳的风险。
    图5所示为提升机内部由绳轮、压绳机构、分绳器及钢丝绳导管构成的钢丝绳传递通道三维实体图。
图5钢丝绳传递通道三维实体图
    图5钢丝绳传递通道三维实体图
1.4挡圈的结构形式与加工精度
    提升机内设有挡圈,用来和绳轮绳槽构成钢丝绳绕绳的封闭通道,一方面减少变形严重的钢丝绳在提升机发生载荷突,避免变绳股滑出绳槽,另一方面限制钢丝绳在提升机内的绕行轨迹,保证钢丝绳与绳轮间的有效摩擦,进而提高对破损、污染、折弯、飞丝、断股钢丝绳的适应能力,降低提升机卡绳几率。但由于加工精度不足的影响,常常无法消除挡圈与绳轮槽之间的间隙,容易使钢丝绳绳股陷入缝隙,最终导致高处作业吊篮提升机发生卡绳故障。
2实验研究
    高处作业吊篮提升机最早的制造企业,如小天鹅、申锡、天通,特别是申锡公司在完善自身技术,走出国门的同时对提升机的设计、制造和使用等方面都做了大量的研究工作,可以说使提升机核心技术有了长足的发展。研究工作针对上述影响提升机卡绳的4个方面,设计了测试试验方法如下。
    1)改变提升机摩擦绳轮的绳槽深度,对条件恶劣的钢丝绳进行测试,观察钢丝绳在绳槽内的通过性。
    2)对两种不同材料的分绳器进行磨损性实验,观察锌合金和铸钢两种不同材料的分绳器在同样工作时间内的磨损量,并观察了对普通钢丝绳通畅性的影响。
    3)适当调节导绳管的直径和长度,测试钢丝绳的通过性,并进行对应的分析。
    4)对提升机内钢丝绳通道的缝隙进行观察式测量,找到可能出现卡绳的位置。
    由于篇幅有限这里不对实验研究及数据进行过多的叙述。通过实验研究可以得出如下结论。
    1)增大提升机摩擦绳轮的绳槽深度可以提高破损或变形的钢丝绳在提升机内的通过率,从而降低提升机出现卡绳的几率。
    2)优化分绳器上易磨损部位的形状尺寸的设计,增强材质的耐磨性能,减少钢丝绳在分绳器上的有害摩擦,进而减少因磨损产生碎屑污染钢丝绳与绳轮的良好摩擦环境的现象,不仅降低了钢丝绳卡绳的几率,减少了多余功耗,还提高了钢丝绳的使用寿命。
    3)适当加长导绳管的长度,规范钢丝绳选用的公称直径,合理设计导绳管孔径,可有效减少钢丝绳在提升机内的晃动,进而减少钢丝绳与绳轮、导绳管的有害摩擦,延长钢丝绳寿命,进而加长提升机无故障时间。
    4)改进挡圈尺寸设计与加工工艺,使其与绳轮无缝贴合,降低钢丝绳因断股导致的绳丝外露卡人缝隙的可能。另一方面,可以改进挡圈的截面形状,使其中部凸起陷入绳槽,限制钢丝绳在绳槽内的径向滑动,降低绳丝伸出绳槽的可能。
    经上述改进,钢丝绳在提升机内的绕行更加顺畅,有效减少了卡绳的风险,延长了钢丝绳寿命。另外,实验发现,改进后的提升机短时过载的频率得到有效降低,提升机运行更加平稳。
3结论
    通过改进提升机的结构可以提高破损钢丝绳在提升机内的通畅性,但不能完全杜绝钢丝绳卡绳情况的出现。改进的同时会使提升机的使用状态发生改变,如果使用不当极容易导致安全事故的发生。可能会产生的不利影响有如下几个方面。
    1)如果将导绳管长度变长、孔径变细,则对较粗公称直径的钢丝绳适用性能降低,需严格控制钢丝绳的选用,对施工单位的钢丝绳选购提出了更严格的限制。如果孔径变大,则提高了对受损钢丝绳的容忍度,增大对提升机内部元器件的磨损程度,并极容易导致磨损部位出现卡绳情况。
    2)部分改进措施可能会导致噪声增大,这是由于改进后的提升机对钢丝绳在提升机内有过多的限制,增加了钢丝绳与提升机的接触面积加快了钢丝绳表面的磨损,可能会导致提升机声音的加大,同时增加提升机电机的额外负荷。
    3)为降低钢丝绳在提升机内出现跑绳、卡绳几率,所采用的加深绳轮绳槽深度以及其他措施过度限制提升机内钢丝绳,将导致钢丝绳的摩擦增加,进而缩短钢丝绳的使用寿命。
    4)可能因扭曲、折弯、变形等受损钢丝绳容易通过了优化后的提升机,而导致施工中吊篮断绳几率的增加,造成不必要的坠落性安全事故。
    综上所述,在改进提升机设计过程中对于提升机卡绳的优化需要综合考虑各种有利与不利因素,在确保吊篮提升机安全性的前提下,发展高效、节能、坚固、环保的新一代提升机技术。

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