一种移动式港口起重机绞车松绳压绳器

杨佳卫 朱彤彤

南通润邦重机有限公司

1 引言

目前，移动式港口起重机在大吨位机型和配备机械抓斗的情况下，起升机构为双绞车配置(见图1)。双绞车分为开闭绳绞车和支持绳绞车，两绞车引出4根钢丝绳，可以直接连接吊钩，集装箱吊具与吊钩通过销轴相连，也可以4根钢丝绳直接连接到抓斗[1]。

图1 缠绕系统

开闭绳绞车的作用是在机械抓斗工况下来控制抓斗的开闭，在开闭绳绞车上采用新型松绳压绳器。此松绳压绳器由下压绳托辊、气弹簧、上压绳托辊、光电限位、机械限位及各连杆结构组成(见图2)。上压绳托辊、下压绳托辊共用铰接点，通过气弹簧绕铰接点相互作用，受力后下压绳托辊需要始终保持压住卷筒下端钢丝绳，起到压绳作用；上压绳托辊随着卷筒钢丝绳出绳的受力大小的变化，绕共用铰接点转动，当钢丝绳出绳松弛时，压绳托辊会随着向前摆动，若触动光电限位，即出现松绳信号，系统会自动停止操作并只能做起升动作直至松绳信号消失。

1.上压绳托辊 2.连杆结构 3.机械限位 4.光电限位 5.气弹簧 6.下压绳托辊

2 松绳压绳器的工作原理

松绳压绳器受力的状态见图3，主要受钢丝绳的拉力、托辊自身的重力和气弹簧力，托辊轴承及销轴铜套的转动摩擦阻力忽略不计。上压绳托辊受钢丝绳力F4，通过铰接点作用在气弹簧上，气弹簧再通过下铰接点将下压绳托辊紧紧压在卷筒上。压绳处尺寸B的数值要小于等于钢丝绳直径的一半，具体视钢丝绳绳槽尺寸来决定。尺寸L3是气弹簧此时压缩后的长度，设计时在连杆位置确定后，通过计算钢丝绳的受力得到气弹簧的受力和行程。气弹簧通过销轴连接上下铰点，此时气弹簧的受力F2方向与气弹簧的方向一致，L1为气弹簧的力相对于上铰点的力臂。上压绳托辊在托辊上端钢丝绳和下端钢丝绳的作用下产生合力F1，通过作图得到L2为F1作用在上压绳托辊的力臂。

图3 压绳器受力分析图

根据力臂平衡公式得到算式为：

F2L1+GL4=F1L2

(1)

式中，F2为气弹簧的力；L1为气弹簧力的力臂；L2为钢丝绳作用压绳托辊力的力臂；F1为钢丝绳作用在压绳托辊的合力,F1=2F4cosβ；G为转动压绳托辊及支架的重力；L4为转动压绳托辊及支架重力的力臂。

3 松绳压绳器设计计算

移动式港口起重机在2个工况下会出现钢丝绳松弛，从而引起钢丝绳乱绳，因此可通过计算求得最小钢丝绳受力，并依此设计出合适的松绳压绳器。

3.1 机械抓斗工况

移动式港口起重机在操作抓斗开闭斗动作、抓斗开斗或闭斗起升下降动作时，受开闭斗的钢丝绳倍率的影响，开闭绞车的钢丝绳受力会随动作出现变化。某公司1台设备配备50 t抓斗，自重17.8 t,开闭绳倍率为4，抓斗在空载时进行一系列动作，通过程序监测起升绞车的拉板传感器数据(见表1)，得出开闭绳钢丝绳受力[2]。目前可以分析在四绳机械抓斗工况中，开闭斗钢丝绳的最小受力与抓斗开闭斗的倍率、抓斗重心位置及四绳相对应重心的几何关系都相关。

表1 抓斗工况下钢丝绳受力计算表

3.2 趴臂工况

移动式港口起重机趴臂时，先在一定的臂架幅度下将吊钩置于工装搁凳，再缓缓将臂架头部搁置在地面之上。因吊钩放置地面后位置不能改变，臂架趴至地面时钢丝绳会越来越紧，最终受力绷直，会有将吊钩拖走的风险，因此在趴臂时先将钢丝绳松弛。松弛后的钢丝绳可根据起重机设计手册中钢丝绳的下挠曲线作图并计算得出最大下挠值和钢丝绳受力。

在趴臂状态下与正常工作状态对比，趴臂状态下钢丝绳长度为181.32 m，正常工作状态钢丝绳长度为173.95 m，因此趴臂时钢丝绳需要多松弛7.37 m(见图4)。操作绞车按照上述长度松弛卷筒,下放钢丝绳,最终达到趴臂状态，计算此时的钢丝绳受力[3]：

图4 趴臂状态下与正常工作状态对比图

S=qgl2/8/cos2β/fmax

(2)

式中，S为钢丝绳的拉力；q为钢丝绳每米长的自重；g为重力加速度；l为钢丝绳跨距；β为钢钢丝绳支座连线的坡度；fmax为钢丝绳在拉力S作用下的最大垂度。经计算，S=1 982.6 N

比较上述工况下钢丝绳的受力，得到最小钢丝绳受力，同时根据塔身头部滑轮、绞车房出绳口及压绳器连杆的大小位置，确定上部压绳托辊的位置，代入式(1)计算出气弹簧的受力和行程，并在调试时确定光电限位及机械限位的位置，最终完成压绳器的设计和安装。

4 结语

通过对移动式港口起重机松绳压绳器的工作原理、受力及使用工况进行研究分析，确定其设计计算方案，并在实际项目上进行应用，压绳器上下托辊压绳灵活且安全，并能有效地防止乱绳现象的出现。此新型松绳压绳器相比于传统的压绳器，集压绳和松绳检测功能为一体，可作为港口移动式起重机起升绞车的标准配置进行推广。