塔机起升机构绕绳问题的探讨

王一华 ，文燕荣 ，金 城，童宇香

（江麓机电集团有限公司，湖南 湘潭 411100）

塔机是工程建设中不可或缺的起重设备。随着工程项目对施工进度要求的加快，以及施工工艺的变化，塔机使用越来越频繁，利用率大为提高，这就对塔机各部件（元器件）特别是塔机起升机构的可靠性提出了更高要求。而起升机构钢丝绳绕绳的可靠性直接影响到塔机的安全、施工效率和使用成本，这是广大塔机用户越来越关心的问题。在塔机的故障中，起升机构的绕绳问题也是困扰行业已久的难题，各生产厂家也在积极探索中。江麓机电集团有限公司2018年做了一项专题研究，取得了一系列研究成果，解决了起升机构绕绳的乱绳、跃层、嵌绳等问题。

1 故障统计分析

研究塔机起升机构绕绳故障问题，提出解决方案与措施，可从调查与统计故障入手。对近1年来公司塔机起升机构绕绳在客户使用和相关试验中所发生的故障进行收集与统计，各种类型故障共计9例。为研究针对这些故障应采取的对策，通过分析，将这些故障按其性质分为设计原因、元器件质量不稳定、加工与工艺原因3大类。对于设计原因引起的故障，需通过改进设计来解决；对于元器件质量差而产生的故障，应通过更换质量好的元器件来解决；对于加工与工艺原因，则通过改进工艺方法、加强加工过程中的质量控制等方法加以解决。表1为对起升机构绕绳故障进行的统计与分析，根据不同情况采取的相应纠正措施。从统计情况来看，绕绳故障模式主要为堆积、单边和嵌绳。经过故障原因分析，得出造成这些故障的主要因素为钢丝绳偏角、卷筒结构设计、排绳轴与卷筒平行度等6种因素，以此提出了针对性的改进措施。

表1 起升机构绕绳故障的统计分析与改进措施

表2 起升机构绕绳的故障模式和影响分析FMEA表

2 案例分析

在进行故障分析、采取针对性改进措施方面，坚持分析——纠正——试验验证的方法。从实际的塔机起升机构钢丝绳乱绳的情况来看，乱绳没有很强的规律性，有某种型号塔机排绳不规则乱绳的；有某种型号塔机大多数台份排绳较好，偶尔出现一两例故障的；有轻载时正常，重载时嵌绳的，这说明影响排绳的因素较多。从排绳的效果来看，当起升机构绕绳出现如下情况时，即判断为绕绳出现故障（模式）：

（1）排绳出现堆积、单边情况；

（2）排绳出现嵌绳情况。

针对这些故障模式，对影响塔机起升机构绕绳效果的因素进行分析研究，包括：

（1）对绕绳系统、折线绳槽卷筒进行优化设计研究；

（2）对卷筒、绕绳系统加工工艺进行研究；

（3）试验验证。

根据市场调研和已有的故障处理方法，将不同的故障模式产生的原因可以归纳为6种主要的“故障因素”，如钢丝绳偏角、卷筒、排绳轴与卷筒平行度等因素产生的不同故障（见表1）。

对在使用和试验过程中起升机构绕绳的故障统计情况，对不同故障因素造成的故障模式进行分析，形成故障模式和影响分析FMEA表（见表2）。表2为表1故障因素“钢丝绳偏角”FMEA表，其他故障因素如卷筒、塔顶滑轮与卷筒对中等限于篇幅，参照表2进行分析，得出表1的“改进措施”，这里不再述赘。

从表1可看出，影响排绳效果的6大因素所产生的不同故障模式是相互交织、错综复杂的。为较好地解决排绳问题，验证改进措施的有效性，按2种情况来加以区别对待：一种是以往用户在使用过程中有效处理绕绳乱绳的方案（如钢丝绳偏角、卷筒、排绳轴与卷筒平行度等因素），这已从用户使用情况得到了验证，表明所采取的改进措施是行之有效的，绕绳故障也得到了解决；另外就是在公司厂内进行的塔机相关验证试验，也取得了较好的试验结果，达到了解决绕绳故障的目的。

3 试验验证

由于影响塔机起升机构绕绳的故障因素较多，如针对每一种故障因素产生的故障模式开展研究非常耗时，试验验证工作量也是非常巨大，为此，我们对已在用户使用过程中解决的故障因素如钢丝绳偏角、排绳轴与卷筒平行度、卷筒等，和已采取的相应纠正措施并得到验证的，不再进行试验验证，对其他因素如塔顶滑轮与卷筒对中等进行试验验证。图1－图4为排绳故障模式及其形成原因，图5－图7为采取改进措施后的排绳效果。

图1 单边、嵌绳、跃层（钢丝绳偏角4.05°：卷筒过长，起升机构距塔顶过绳轮水平方向距离过小）

图2 单边、跃层（排绳轴与卷筒平行度≥5mm）

从用户塔机起升绕绳故障解决方案的有效性和针对性的试验验证结果来看，表1的故障因素分析比较全面，改进措施富有成效，较好地解决了起升机构绕绳乱绳的问题。

4 结论

从以上研究结果表明，6大故障因素中，钢丝绳偏角、卷筒的结构设计、排绳轴与卷筒的平行度等是关键因素，需要从根本上解决，如钢丝绳偏角问题（0.5°≤入绳角≤1.5°），就需在钢结构设计上保证起升机构距塔顶滑轮有合适的距离和合适的卷筒长度；卷筒的结构设计，需根据不同的钢丝绳绳径变化，采用不同的lebus双折线绳槽节距（1.03 1.05d），卷筒的挡边在任何情况下都要保证垂直，即使在超多层和钢丝绳额定载荷下也如此，卷筒两边的楔条（也称爬台）设计要有利于钢丝绳的换层；设计有排绳装置或导向轮型式的起升机构，就必须保证排绳装置或导向轮与卷筒的平行度，并保证它们与平衡臂纵轴线的垂直度和塔顶滑轮与卷筒的对中（需要相应的工艺方法和工艺装置保证）；出厂绕绳时施加预紧力（2%的破断拉力或10%的额定载荷），这样有利于底下几层钢丝绳紧密排列，对6层以上超多层的绕绳好处颇多；钢丝绳的选择也尤为重要，要选绳径变化小、形状保持良好的优质钢丝绳，这点用户在更换钢丝绳时要特别留意。

图3 两边乱绳、嵌绳（卷筒挡边变形；节距1.06 1.07d；楔条结构型式不利钢丝绳换层）

图5 绕绳整齐（排绳轴与卷筒平行度≤2mm；超多层（8层）带载绕绳；采用绳径变化≤2%钢丝绳）

图4 单边、嵌绳（排绳轴与卷筒平行度≥5mm；超多层（8层）；钢丝绳绳径变化＞4%）

图6 绕绳整齐（入绳角1.2 °）

图7 绕绳整齐（节距1.04d新卷筒，甩开排绳装置）

目前，行业中普遍采用设置排绳装置或导向轮等方式来改善绕绳效果。在验证试验中，针对排绳装置的设置问题也进行了试验，在保证钢丝绳入绳角的情况下，取消排绳装置，绕绳更为紧密。因此，在钢丝绳入绳角得到保证、钢丝绳运行较平稳（如采用变频调速方式、操作时不越挡）的情况下，不必设置排绳装置或导向轮。如果结构上无法解决钢丝绳入绳角的问题，钢丝绳运行也不平稳（如采用三速电机等挡级速差较大、钢丝绳入卷筒时跳荡较为严重的机构，或操作时频繁越挡），可设置排绳装置或导向轮来解决入绳角和钢丝绳跳荡的问题。

从我们解决用户塔机绕绳问题和厂内试验验证情况来看，明确了6大故障因素，采取了相应的改进措施后，绕绳问题迎刃而解。