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《缆索起重机技术条件》SL375-2007的编制说明
发表时间:2011-10-31   |  来源于:  |  编辑:  |  点击数:2742 
《缆索起重机技术条件》SL375-2007的编制说明
 
【关键词】:缆索起重机  技术条件  水电工程  水利行业 标准编制
    1、前言
    2004年12月,受水利部产品质量标准研究所委托,由夹江水工机械厂负责编写水利行业标准《缆索起重机技术条件》。由于缆索起重机是专用起重设备,相应的参考资料较少,F.E.M《欧洲起重机械设计规范》(1998年修订版)中的起重机械组别划分举例及各单个机构整体组别划分举例也未将缆索起重机列入。前期主要求收集一些缆索起重机书籍、期刊文章及图纸资料,2005年7月才开始编写工作,2005年12月完成初稿。经夹江水工机械厂有关技术人员讨论后,2006年5月底完初稿讨论版。为所编制的《缆索起重机技术条件》更加符合实际情况、便于操作,2006年6月至7月,夹江水工机械厂及水利部产品质量标准研究所派专人到国内缆机已投入运行工地进行考察调研,并与相关业主单位、监理单位、安装单位及使用单位的代表就《缆索起重机技术条件》初稿讨论版进行了充分的讨论,征求了大量宝贵意见,根据考察调研所征求的意见,又对初稿讨论版进行了修订,2006年8月完成送审稿,2006年12月送审稿通过审查,2007年8月出版。
    2、缆索起重机分类
    缆索起重机分为“固定式缆索起重机、平移式缆索起重机、摆塔式缆索起重机和辐射式缆索起重机”四个大类,这样的划分是为了能与国际标准化组织起重机技术委员会(ISO/TC96)已公布的许多基础性的相关标准中对起重机的基本分类取得一致,以利于更好地采用或转化国际标准。在美国国家标准ASMEB30.19-2000将缆索起重机分为“1、固定式缆索起重机;2、摆塔式缆索起重机;3、平移式缆索起重机;4、辐射式缆索起重机。”在国家质量监督检验检疫总局编制的特种设备安全技术规范《缆索起重机安全技术监察规程》(草案)中也将缆索起重机分为这四大类。其中摆塔式缆索起重机在许多书中也称为摇摆式缆索起重机,为与国际标准接轨及按多数人习惯,确定为摆塔式缆索起重机。
    3、定义
    根据《起重机械名词术语—缆索起重机》GB6974.14-86的规定,同时兼顾目前设计、制造、安装及使用单位的通俗称法,对缆索起重机区别于其它起重机的名词进行了定义,也参考了美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000;DIN西德工业标准《起重运输机械》;周玉申--《缆索起重机设计》;段良策—《简易架空缆索吊》;周继祖—《缆索吊车》;巴拉特、普拉文斯基—《缆索起重机》等书籍及相关缆机的文章中的定义。
    (1)缆索起重机cable cranes
    GB6974.14-86中规定为:“承载索两端分别固定在两支架顶部的缆索型起重机”。周玉申《缆索起重机设计》中定义为:“以悬挂于两支点之间的钢索作为承载结构,利用载重小车在其上往返移动进行货物起重和归装作业的一种起重机械”。DIN15001-1973中定义:“运行小车通常用钢丝绳牵引,在一根或多根钢丝绳(承载索)上运行的起重机”。在美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的定义:“Cableway: a device used for hoisting, lowering, and transporting loads within a prescribed path, longitudinally and laterally. The load block (upper) travels on a rope catenary system having span ends that are supported on fixed or movable towers (masts) or other elevated supports. 缆索起重机:在一个指定的轨道上横向或纵向地提升、降落及运送载荷所使用的一种机械。载重小车是在两端由固定的塔架或可移动的塔架或其他支撑结构的悬索系统上运行的”。在美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给缆索起重机的英文为“Cableways”。严自勉《国产重型缆索起重机的发展与现状》中定义为:“一种以柔性钢索作为大跨度架空支承架构件,供载重小车在索上运行,兼有垂直和水平运输功能的特种起重机械(简称缆机)”。
    (2)承载索(主索)carrying cable(track rope)
    GB6974.14-86中规定为:“支承起重小车用的钢丝绳”。周玉申《缆索起重机设计》:“承载索是缆索起重机的主要部分,是运行小车的运行轨道,承受运行小车自重载荷及附加于运行小车荷重的全部重力的作用。” 周继祖《缆索吊车》:“承载索用来承受全部载荷并通过索鞍传给塔架,同时它又是搬运小车的运行轨道,故又称轨索”。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为“Track cable: the rope(s), spanning between the towers, that supports the trolley, load blocks, slack carriers, and load. 承载索:在两塔架之间的跨度上支撑载重小车、吊钩、承马和载荷的绳索。”“联接在主副塔(或主副车)的构件上,并用于支撑载重小车运行的钢丝绳。”这样定义较为准确。
    (3)起升索hoisting rope
    GB6974.14-86中规定为:“用于起吊载荷的钢丝绳”。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为“Operating ropes: wire ropes attached to a hoist for the purpose of pulling of lifting. 工作绳:缠绕在卷筒上用于拖拉或提升的钢丝绳。”
    (4)牵引索hauling rope(transversing rope)
    GB6974.14-86中规定为:“带动起重小车在承载索上往返运行的钢丝绳”。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为“Inhaul-outhaul (rope): the rope system that pulls the trolley and load toward the head tower (inhaul), or pulls the trolley and load away from the head tower (outhaul).牵引索(绳索):向主塔拉载重小车和载荷(拉近),或者拉载重小车和载荷(拉远)远离主塔的绳索系统。”
    (5)摆塔索luffing rope
    三峡缆机所给出摆塔索英文为“luffing rope”。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中未给出摆塔索的定义。只给出“Luffing:the tilting of the cableway towers to achieve movement of the load block transverse to the center line of the cableway. 摆动:缆索起重机塔架的横向倾斜移动以完成缆索起重机中心线的吊钩横向运动。”及“Luffing hoist: the hoist drum and rope reeving system used for luffing a cableway tower. 摆塔机构:用于缆索起重机塔架摆动的卷筒和绳索系统。”
   ( 6)辅助索auxiliary rope
GB6974.14-86中规定为:“用以悬挂电源线,控制线及照明线等的钢丝绳”。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为“Messenger line: an auxiliary rope suspended between the towers of the cableway to intermittently support electric power cables or other cables. The messenger line is normally at the very top of the towers, above and clear of the button line.过江电缆: 一个悬挂在缆索起重机两塔架之间的支撑电缆或其他附加缆的绳索。 正常情况下过江电缆是在塔架的最上方和空旷的绳索。”
    (7)支索器(承马)rope carrier
    GB6974.14-86中规定为:“支承在承载索上,用以承托起重索和牵引索,防止它们在空载时出现垂度过大或发生绞乱现象的装置。”
    ①、固定支索器(固定式承马)fixed carrier
GB6974.14-86中规定为:“固定安装在承载索上的支索器,用以承托起升索和牵引索,有可打开和不打开的。”
    ②、牵引式支索器(牵引式承马)traction carrier
GB6974.14-86中没有规定。定义为“可沿承载索运行,并由支索器牵引绳牵引的支索器。”
    ③、自行式支索器(自行式承马)mobile rope carrier
GB6974.14-86中规定为:“由牵引索通过摩擦作用,使之沿承载索移动的支索器。它能按一定的时间间隔在支架处自动与索引索接合或脱开。” 美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为:“Slack carrier: a device that travels on the track cable to support the operating ropes when they are slack. 承马(承索器):一个能在承载索上移动并在工作索松弛时支撑工作索的装置。”
    ④、节子式支索器(节子式承码)nodes rope carrier
按《缆索起重机设计》中定义给出:“由长短分索装置、携带装置与运行小车组成一体的强制分配式支索器。”
    (8)载重小车(跑车)carrying car
    GB6974.14-86中规定为:“安装在承载索上,在牵引索及起升索的作用下,沿承载索往返运行和起吊物品的一套装置。”美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为:“Trolley: a carriage traveling on the track cable from which the load blocks are supported. The trolley is pulled along the track cable by the inhaul-outhaul rope. 载重小车: 在支撑吊钩的承载索上运行的小车,小车能沿着主索被牵引索牵引。”
    (9)承载索最大垂度Max. sag
    当缆索起重机在跨中起吊额定载荷时,承载索中心点到承载索两端铰点联线中点的距离。
    (10)垂跨比(垂度系数)sag coefficient
    承载索最大垂度与跨距的比值。常用百分数表示。
    (11)塔高tower height
    严自勉《大中型水利水电工程用缆索起重机的选用和布置问题》中定义为:“承载索铰点至塔架前轨轨面的高差(对于辐射式缆机的固定塔为承载索铰点至塔架基础面的高差)。”
    (12)主塔(主车)machine tower (head tower)
    GB6974.14-86中规定为:“设有机房及操作室的塔式支架。” 美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为:“Head tower(mast): a vertical support structure, guyed or counterweighted for stability, whose purpose is to support the track cable and operating ropes. The head tower is tower located closest to the load hoist and inhaul-outhaul hoist.  主塔架(塔头):垂直竖立的结构件,用钢丝绳拉住或加配重来保持其稳定性,其目的是悬挂承重索和工作索。主塔指的是最靠近起升卷筒和牵引卷筒的塔架。”
    (13)副塔(副车)tail tower (tail mast)
    GB6974.14-86中规定为:“设置有配重或与拉索相联,以保持承载索一定张力的格构式支架。”美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中所给的英文为:“Tail tower (mast): a vertical support structure, guyed or counterweighted for stability, the purpose of which is to support the track cable and operating ropes. The tail tower is the tower located furthest from the load hoist and inhaul-outhaul hoist. 副塔(桅杆): 垂直的支撑结构,带有为稳定所用的支索或配重, 目的是要支撑承载索和工作绳索。副塔是位于起升机构和牵引机构较远的塔架。
    4、零部件技术要求
    (1)钢丝绳
    承载索及后拉索宜用单根密封式钢丝绳。严自勉《国产重型缆索起重机的发展与现状》一文中要求承载索必须用密闭索(即密封索),而水电工地也曾经用上海建筑机械厂及大连起重机厂生产的双索或四索缆索起重机。80年代中后期的国内所用的进口及国产缆索起重机均为单索缆机,没有一台多索缆机。目前在桥梁施工中用多索缆机,其起重量较大,牵引速度较低,与水电施工中用缆索起重机有很大不同,故在此规定承载索及后拉索宜用单根密封式钢丝绳。起升、牵引、摆塔及张紧钢丝绳优先采用线接触纤维芯钢丝绳或具有聚酰胺(聚乙烯或聚丙烯)中间层的钢丝绳,其它钢丝绳应按规范选取。目前有采用面接触钢丝绳的缆机,如景洪缆机采用面接触进口Turboplast起升绳,曾出现长距离表层断丝,其断丝后表层丝并不挠起,不易被发现。国内跨度(1300M)最大的向家坝缆机牵引钢丝绳出现频繁报废,最短的使用寿命只有12天,也使用了面接触Φ32mm钢丝绳。
    目前国内各种设计规范及要求中对缆索起重机的钢丝绳偏角还没有要求及规定,美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中没有提到偏角问题。《塔式起重机设计规范》GB/T13752-92中规定“钢丝绳绕进或绕出滑轮绳槽时偏斜的最大角度(即钢丝绳中心线和与滑轮轴垂直的平面之间的角度)应不大于4°。”由于钢丝绳的磨损与滑轮的最大偏斜角和钢丝绳线速度有关,当线速度高时,其与滑轮的最大偏斜角应小,而当线速度低时,其与滑轮的最大偏斜角应大些,这样规定较合理。“钢丝绳绕入或绕出卷筒时,钢丝绳偏离螺旋两侧的角度不大于0.5°”的这样规定原因是由于水电施工用缆索起重机的起升速度较大,倍率为四的起升绳线速度已经达到13.33m/s(空钩额定升降速度已达200 m/min),钢丝绳绕入或绕出卷筒的偏角大于0.5º后,卷筒对起升绳的磨损加剧。在严自勉《国产重型缆索起重机的发展与现状》一文中要求:“(6)工作绳通过滑轮时的偏角,力求控制在0.5°以内,起升绞车和牵引绞车的设计也符合这个原则;(7)工作绳绕在滑轮上的包角,宜大些或小些,而不可在10º~50º之间”。在严自勉《起重钢丝绳通过滑轮的偏角和包角问题》一文中说明“包角在6º至60º尤其在10º至50º之间疲劳寿命会明显减少”。严自勉:偏角增大1°,其寿命减少10%。根据M.舍费尔等《起重运输机械设计基础》(第六版)机械工业出版社1991年翻译版先容,包角对钢丝绳疲劳寿命的影响曲线中,包角在10º至50º之间钢丝绳疲劳寿命最低。为提高国产缆索起重机起升绳及牵引绳只有三个月至六个月的使用寿命,有必要对钢丝绳包角提出要求。
    (2)索头浇铸
    对浇铸索头的操作人员提出资质要求,并应持有省级以上的操作证的操作人员并按规程在监理的监督下才能对索头进行浇铸。这是因为浇铸索头是一项非常重要的工作,达不到要求后,只有报废主索前端,重新浇铸,主索长度变化后,有可能整根主索报废,也可能主索调整不到设计的垂度值,使塔架及主索的受力等改变较大,特别是对于采用液压张紧的缆机主索上,其调整范围不大,而造成主索报废。
    索头浇铸材料应为纯锌(99.99%)、锌合金(ZAMAK Z610)及塑脂。国产缆索起重机(龙滩、构皮滩、景洪及拉西瓦等工程)目前基本上均采用纯锌(99.99%)材料来浇筑索头,隔河岩、三峡及小湾工程进口德国缆索起重机采用的是ZAMAK Z610,两种材料都能达到设计要求。夹江厂曾用纯锌浇铸的索头做过拉力试验,试验表明用纯锌浇铸的索头抗拉强度已达到了承载索的最小破断拉力。巨力企业的索具采用的是进口树脂材料浇铸。
    (3)滑轮
    因避雷需要,目前缆索起重机上都设有避雷装置,进口及国产缆机均在牵引机构上设置了一个钢滑轮,龙滩缆机在副塔还设置了一个铜滑轮,以消除雷影片响,其余所有滑轮用MC尼龙滑轮,主要目的是最大限度地保护起升和牵引钢丝绳。但对于简易缆机及低速缆机,也可使用钢制滑轮。根据郭奕珊周国强《绳轮材料对钢丝绳使用寿命的影响》先容:根据试验结果表明“当载荷为钢丝绳断裂强度的11%、24%和34%时,MC尼龙绳轮上的钢丝绳寿命分别是钢制绳轮上的11倍、5倍和3倍。”按徐秉业黄炎《弹塑力学及其应用》计算:“采用钢制绳轮时,钢丝绳磨损量为塑料绳轮的466倍”。根据理论计算及试验数据,故要求使用MC尼龙材料或低弹性模量的材质的滑轮,以提高起升及牵引绳的使用寿命。
    严自勉《国产重型缆索起重机的发展与现状》要求滑轮直径与钢丝绳直径之比应大于35,若使用钢制滑轮,其比值应更大。龙滩缆索起重机所有轮绳径比均大于40,二号机起升钢丝绳使用寿命已达到了22个月。德国三峡及小湾缆索起重机的轮绳径比均在43.75。F.E.M《欧洲起重机械设计规范》(1998年修订版)4.2.3.1中对滑轮及卷筒的“最小卷绕直径”的轮径与绳径之比在M8的工作级别(滑轮)是只有28。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中规定“起升机构上的滑轮直径应不低于钢丝绳名义直径的18倍,除起升滑轮外,其余滑轮直径应不低于钢丝绳名义直径的16倍”。《水利水电工程施工安全防护设施技术规范》DL5162-2002中也规定:“10.5.4滑轮的名义直径与钢丝绳名义直径之比不得小于40。”据了解美国近几年来一直未生产缆索起重机,在缆索起重机方面不如德国发达,参照德国缆机参数及钢丝绳最大线速度大于600m/min时确定为40;当钢丝绳线速度不同时确定了不同的滑轮的名义直径与钢丝绳名义直径之比。
    德国缆机规定:尼龙滑轮槽底磨损深度达70mm(三峡及小湾缆机)时应进行更换,我国缆机没有对滑轮磨损报废具体规定,参照德国缆机规定滑轮槽底磨损深度达两倍的钢丝绳直径时应进行更换。
    缆索起重机的吊钩滑轮及钢绳包角≤90º的导向滑轮上应该设置防钢丝绳跳槽装置,符合《起重机械安全规程》2.5.3“滑轮应有防止钢丝绳跳出轮槽的装置”要求。
    (4)起升卷筒
    卷筒与减速器低速轴连接宜采用卷筒联轴器,以补偿安装时减速机轴线与卷筒轴线产生的偏差。国产卷筒联轴器最大允许偏差角度为3º。龙滩缆机的卷筒联轴器使用情况较好。小湾及锦屏工程进口德国缆机均采用卷筒联轴器联接;以前国产缆机均采用齿盘联接(隔河岩);岩滩美国缆机采用的是双电机带开式齿轮传动形式,无联轴器。采用卷筒联轴器的优点是传动平稳,无噪音,并能补偿安装时卷筒与减速机轴心不重合的影响。
    目前二倍率的起升机构卷筒最大转速约为50转/分左右,四倍率的起升机构卷筒最大转速为75转/分左右,均应做静平衡试验,若起升速度提高,转速增加,可根据情况决定是否做动平衡试验。由于缆机卷筒高速旋转,卷筒装置的静不平衡及动不平衡产生的惯性力作用,使卷筒轴处产生附加动压力和振动,对缆机运行及卷筒轴承座轴承寿命有一定影响。
    (5)制动器
    美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中对制动器安全系规定为1.5。“(1)作用在卷筒上的制动力矩应不低于卷筒上每层钢丝绳产生的最大额定转矩的150%。Each drum shall be equipped with braking power having a torque rating not less than 150% of the maximum rated live load pull at each rope layer on the drum.”根据F.E.M-1998《欧洲起重机械设计规范》“7.5.3.2制动系统要按起升荷载的1.6倍进行设计,应能刹住动态试验荷重而无有害的断续效应和不能允许的过热。”的规定,故在缆索起重机起升卷筒上设置的安全制动器安全系数为1.6较合适,以保证起升机构出故障时能将下降的重物刹住,而SL375-2007中5.6.5.2“安全制动器安全系数应不小于1.25”规定偏低。规定安全制动器应安装在卷筒上的目的是防止传动装置发生故障时能有效地将下降的重物刹住。
    目前我国工作制动器上基本都具有摩擦片磨损自动补偿、两卡头自动对中以及松闸状态显示等功能;安全制动器也具松闸状态显示及摩擦片磨损自动检测功能。这些功能在今后的缆机设计及制造上均宜具有。
    (6)载重小车
    小车车轮应采用尼龙材料,以减少对主索的磨损。根据蒋春祥《缆索起重机主索断丝问题初探》先容:“引起主索钢丝绳疲劳破坏也就是影响主索寿命的是弯曲应力和疲劳应力。”“从减少接触应力角度上来说,增大车轮直径、减小车轮踏面硬度或采用工程塑料制作车轮都是很可取的,尤其是后者。有资料表明塑料车轮和主索的接触应力较钢车轮大大减小,钢索寿命提高100%~200%。”严自勉《国产重型缆索起重机的发展与现状》中先容:“应当指出:这个阶段最后生产的万家寨缆机,通过总结前阶段的经验教训;借鉴陆续进口的外国缆机;和汲取有关施工单位积累的经验,在技术上做出了大幅度的改进,对国产重型缆机的发展有着承前启后的意义,例如:采取更恰当的承载索计算方法,有利于避免承载索断丝;不让起升绳通过导向滑轮时发生反向弯曲;改用尼龙制造的滑轮和小车轮;改用可变程序控制器(PLC)以改善控制系统以及采用可移动的机外司机室等。”根据郭奕珊周国强《绳轮材料对钢丝绳使用寿命的影响》一文先容:“在安全系数为9时,使用MC尼龙滑轮的钢丝绳寿命是使用钢质滑轮的11倍;在安全系数为4.1时,使用MC尼龙滑轮的钢丝绳寿命是使用钢质滑轮的5倍;在安全系数为3时,使用MC尼龙滑轮的钢丝绳寿命是使用钢质滑轮的3倍;”因此采用尼龙材质的滑轮能够延长钢丝绳寿命。
    (7)支索器(承马)
    根据承马的固结方式可分为移动式和固定式,移动式分为牵引式、链式、节子式和自行式,固定式分为张开式和不张开式等结构。牵引式是在小车两侧相对应位置上安装成对承马,由一根承马钢丝绳牵引而移动,小车的一侧有几个承马就有几根承马索。承马索是由设在塔架上并与牵引索导向滑轮连成一体的宝塔形滑轮借助摩擦作用而驱动的。由于宝塔形的摩擦轮直径的大小不同,因而牵引式承马的速度也不同,保持各承马与小车成一定的速比移动,随着载重小车移动散开或靠拢,使载重小车同一侧的各承马的间距相等。牵引式承马重量轻、结构简单、工作可靠、维护保养工作相对简单、且与起重小车之间无冲击。若要减小起升绳垂度而多布置承马,不但要设置若干根承马索,使得绳索卷绕系统复杂化,且绳索太多,易造成绳索间的相互缠绕,而且会加大牵引绳的摩损,由于宝塔轮驱动承马的拉力靠牵引绳的摩擦力产生,因而一般每侧布置承马不超过4个,故缆机的跨度不宜超过650m,否则当载重小车靠近某侧的支架时其另一侧各承马的间距过大,起升绳的垂度大,起升绳对承马的托轮的压力也大,使承马托轮、起升绳及索引绳寿命降低。链式和节子式目前已不使用。自行式承马有两种型式,一种是直接由牵引索带动承马上的摩擦轮,经一套链传动机构使其顶部的承马行走轮在承载索上运行。不同位置上的承马其传动机构的速比不同,因而承马在承载索上移动的速度也不同。载重小车离一侧的塔架越远,则在这一侧的各承马的间距越大,而另一侧的各承马的间距越小,载重小车行至某侧塔架平台时,该侧的各承马刚好也运行至塔架平台并集中在一起,另一侧承马则处于间距最大的位置。若承马因打滑不能运行至正确位置,则载重小车靠进承马时,载重小车上的撞块会使链传动松弛,承马便可集中在载重小车的一侧。这种承马常用于运行速度很高的载重小车,但其自重大(广西岩滩水电站工程所用的美国META企业生产的缆机,承载索直径88.55mm,单个自行式承马重量为363kg),增加了索道系统的重量;需经常更换摩擦轮等易损件;有时会打滑而需要调整承马的位置,特别是位于牵引索松边侧的承马;当载重小车靠近某侧的塔架时,其另一侧各承马的间距过大,使工作索的垂度增大,增加了承马上的工作索托轮的磨损;另外,由于承马是通过牵引索驱动,因而增加了牵引索的磨损。另一种自行式承马是由一根专门设置的承马索驱动,因而减少了承马打滑的现象,且降低了牵引索的磨损,但须增加一根绳索和绳索的调整工作。固定式承马分为固定不张开式承马和固定张开式承马两种。固定不张开式承马是固定于承载索上,因载重小车的上部、中部和下部都装有绕起升索的导向滑轮,起升索由中部左侧导向滑轮的下槽水平引入,并绕向上部右侧的导向滑轮,最后绕过中部右侧导向滑轮后引出,使载重小车可自由通过承马。固定不张开式承马的优点是结构简单、自重轻,工作可靠、维护保养的工作少。但只能用在双索或四索缆机上,且与之配套的起重小车上的导向滑轮数量多(5个)、重量大、稳定性差;另外,由于起升索在载重小车上的缠绕次数多,增加了起升索的磨损和导向滑轮的磨损。目前新设计制造的缆机一般不采用双索或四索,因此,固定不张开式承马已经逐渐被淘汰。固定张开式承马是通过索夹固定安装在承载索上,每个承马上有两个索夹,索夹由两个对称块组成,夹在承载索上,其夹持高度约为4/3承载索半径,因而载重小车的车轮不会与索夹相碰,载重小车通过承马过程为:当载重小车靠近承马时,小车上的导绳槽将起升索抬高(牵引索靠自身的拉力通常是脱开导绳槽的)使它们脱离承马上的托轮;载重小车一侧的喇叭口开马轨挤压承马上的动压轮,通过动压轮压缩承马臂闭合弹簧,使两个承马拐臂平稳张开,载重小车可穿过承马,载重小车的另一侧的开马轨也为对称布置的喇叭口,当载重小车离开承马时,在托轮臂闭合弹簧压力的作用下,两个托轮臂可平稳闭合;载重小车上的导绳槽离开承马一段距离后抬高的起升索位置降低,落在承马上的托轮上,载重小车通过承马。固定张开式承马在承载索上一般按每50m一个承马的间距布置。其优点是:可以布置较多的承马,因而可减小工作索的垂度,减少承马对工作索的磨损;各承马的位置固定,间距均衡,不存在承马打滑位置变化的问题;与牵引式承马相比,不需要承马牵引绳索,减少了空中绳索的数量;自重较轻;对起升索及牵引索的磨损最小。但固定张开式承马日常检查及润滑保养工作要求很严格,且维护保养工作量较大。各种承马均有各自优点,就目前世界上使用固定张开式承马的缆机最多,仅德国产的缆机已达180多台。载重小车速度最快的缆机使用的是美国高速缆机使用的自行式承马,其速度达10.83m/s。但在岩滩工程中使用的两台高平台美国高速缆机混凝土浇筑量还不如国产的低平台缆机多,平均月浇筑量只有1.36万方,最高月浇筑量3.82万方,平均单台也只有1.91万方。
    (8)吊钩装置
    吊钩装置上应标明其额定起重量是符合GB6067《起重机械安全规程》2.1.7的规定:“检验合格的吊钩,应在低应力区做出不易磨灭的标记,并签发合格证。标记内容至少包括:额定起重量;厂标或生产厂名;检验标志;生产编号。”美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中规定:“The lower load block shall be labeled with its rated load (rated capacity) and weight.吊钩装置上应标明其额定载荷和重量。”多台缆机时运行时,应用数字标明缆机号数是因为曾有某个工地,信号工看错吊钩,而指挥失误,并发生事故,故这样要求。
    吊钩装置应能满足在任意位置下降要求是因为缆机不同于其它起重设备,其吊钩有可能在某些位置不能自由下落,即当吊钩对起升绳的拉力小于起升绳在承马上的摩擦阻力时,其不能自由下落。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中规定:“The assembly shall be of sufficient weight to overhaul the load hook from the highest hook position located in any place within the span when the maximum number of reeved parts of load rope are in use. 吊钩装置应有足够的重量,以保证吊钩悬挂在跨度范围内任意位置时能下降。”
    吊钩装置设置自锁装置是符合GB6067《起重机械安全规程》2.1.3的规定:“吊钩宜设有防止吊重意外脱钩的保险装置”。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中规定:“Open throat hooks shall be equipped with latches to bridge the throat opening, except when the latch application makes the use of hook impractical. 除非钩口闭锁装置影响吊钩的正常使用,开口吊钩上应设置钩口防脱钩装置。”
    (9)大车轨道
    在F.E.M《欧洲起重机械设计规范》(1998年修订版)第2.2.2.2条为:“由起升运动的加速(或减速)和沿轨道行走时由垂直冲击作用所引起的载荷---由于系数Ψ已经考虑了起吊工作载荷的短暂程度,这是一种最大的冲击加载,因此,由起升运动的加速(或减速)引起的载荷以及由起重机沿轨道(假定轨道铺设良好)行走所引起的垂直反作用力可以忽略不计(*)。”其备注(*)为:“这是假定轨道接头处于良好状态,起重机械轨道处不良的危害作用对结构和机构都是非常大的,有必要规定轨道接头必须保持良好状态。可以说说在振动载荷系数能顾全到由错误接头造成的损害,就高速起重机械来讲,最好的解决办法是对接焊轨道,以便在起重机械通过轨道接头产生的振动载荷能完全排除。”在 “8.2.3起重机轨道公差”的第6条中规定:“不必考虑轨道接头的不对中,推荐采用焊接的轨道接头。”所以德国缆机轨道都要求焊接。德国水口及小湾缆机在轨道布置上均要求接头焊接,其大车行走平稳,对整台设备没有冲击。以前国产缆机基本上没有采用轨道焊接技术,造成大车行走机构减速机损坏严重。从万家寨缆机开始,国产缆机的大车轨道要求焊接,虽然万家寨缆机轨道有断裂情况,但其行走机构的部件总体说来情况较好,基本没有出现减速机损坏的现象。
    5、主要机构技术要求
    (1)起升机构
    缆索起重机的起升机构应按照载荷的不同而取不同的速度,功率应满足重载起升要求,重载下降、空罐升降及空钩升降宜根据实际工况确定,最大程度发挥设备性能。
    (2) 牵引机构
    我国缆机及德国缆机的牵引机构均采用摩擦轮作为驱动装置,在上世纪,我国缆机牵引机构均采用多槽卷筒驱动,槽内无衬垫这样造牵引钢丝绳寿命只有三个至六月。德国缆机牵引磨擦滑轮为双槽带衬垫,虽然美国缆机(岩滩)也采用多槽摩擦轮,但其内也有衬垫,这样对牵引钢丝绳的磨损很小。牵引装置应设置为双绳槽带耐磨衬垫的卷筒装置的目的是减少对牵引绳的磨损以及减小牵引绳的弯曲次数。美国国家标准《缆索起重机》ASME B30.19-2000中规定:“The minimum number of wraps of rope required on the drum of inhaul-outhaul hoist shall be: a minimum of 6 wraps, to assure there is no slippage when an endless rope-type trolley arrangement is used;a minimum of 3 wraps shall apply when each end of the inhaul-outhaul  rope is applied to the drum.  牵引机构卷筒上钢丝绳缠绕的最少圈数:(1)采用无接头钢丝绳,为避免发生滑移,最少6圈;(2)如果牵引绳两端分别固定在卷筒上,最少3圈;”若要提高牵引速度,也可在卷筒上设置两根牵引绳(一根收绳、另一根放绳)。也可设置双卷筒的牵引机构。该机构包括两个卷筒,当一个卷筒缠绕钢丝绳时,另一个卷筒同时在放钢丝绳。岩滩的美国缆机使用的是双卷筒牵引机构,最高速度到10.58m/s。
    (3)大车运行机构
    对大车运行机构制动提出要求。龙滩缆机的大车行走机构采用交流变频调速装置,其运行相当平稳。目前进口及国产缆机均采用了变频调速,以减小起动制动对缆机的冲击。
    (4)主索张紧机构
    国产缆索起重机通常采用钢丝绳张紧形式,而进口德国缆机均采用液压张紧形式。钢丝绳张紧机构的优点是可在缆机安装时能将副塔侧拉板前端动滑轮组放出较远距离,与索头联接后可直接张紧,液压张紧机构须要先将索头用其它装置将索头拉到液压张紧装置的拉板上后才能进行张紧。采用液压张紧装置后,其拉板前端不会受主索的扭力而旋转,而采用钢丝绳张紧其拉板前端会因主索扭力而旋转。
    采用钢丝绳张紧机构时,要求设置防止卷筒突然逆转的安全装置是避免电机、联轴器或减速机等出现故障时,主索不至于突然脱落。
    (5)排绳机构
通常平移式缆机均设置排绳机构,而固定式及辐射式缆机不设。是否设置是根据钢丝绳绕入或绕出卷筒时钢丝绳偏离螺旋两侧的角度是否不大于0.5°。平移式缆机设排绳机构还因为绳走向到进入卷筒呈垂直关系。
    当采用链条式排绳机构时,安装断链保护及报警装置是不可缺少的安全装置。
    (6)索道系统
    主索钢丝的抗拉强度选择不宜大于1570N/mm2的原因是为减小主索在上料点附近区域发生疲劳断丝的概率。目前国内绝大部分的缆机主索均采用奥地利拖飞宝企业(英文Teufelberger Seil GmbH)产品,其密封钢丝绳最大抗拉强度为1570N/mm2,我国GB352《密封钢丝绳》中有1670N/mm2及1770N/mm2级别的钢丝绳,但实际上没有生产。(其它国家是否也有1670N/mm2及1770N/mm2级别密封钢丝绳目前还没有相关资料。)
    缆索起重机的跨度两端各S/10范围宜设为非正常工作区。在非正常工作区的起重量由生产厂家给出。水口工程德国缆机给出:从主塔主索铰点到15m处为非工作区,从15m处到100m处为0吨到20吨,所处位置不同允许起吊重量不同(15m以内主要因为有拉板装置)。通常水电工程中用缆索起重机在非正常工作区内很少有物品需要吊,因一般为山坡,但也有例外,如三峡工程的摆塔式缆索起重机,其塔架前基本为平地,也常需要吊运物品。
    缆索起重机主索的实际安装长度,应根据满载垂度、环境温度、两岸铰点高差、索头固定方式等因素确定。采购长度至少比安装长度长2m,每端1m。由于水电工程在采购缆机时,土建工程还没有施工,因此在最后截断主索前,应由业主提供最终的缆机跨度,由缆机生产厂家给出主索截断长度。龙滩缆机设计跨度为915m,最终安装时的缆机跨度为904.66m 。
    三峡缆机的跨中垂度77.1m(跨度为1416.12m)为跨度的5.44%跨度。小湾高平台缆机的设计跨中垂度66m±1m(跨度为1158.168m)为跨度的5.44%跨度,其垂度的允许偏差值为设计垂度的±1.52%,低平台缆机的设计跨中垂度55m±1m(跨度为1048.168m)为跨度的5.25%跨度,其垂度的允许偏差值为设计垂度的±1.82%,故确定垂度的允许偏差值为设计垂度的±1.5%。主索实际垂度值应符合设计规定要求。
    在万家寨缆机生产前的国产缆机起升索在小车导向滑轮上的缠绕方式均为逆向缠绕,构皮滩缆机设计时为逆向缠绕,后听从专家组建议改为同向缠绕,龙滩缆机为4倍率同向缠绕。
    (7)安全保护装置
    起升高度和吊钩极限位置信号首先应来源于在起升机构卷筒轴上的高度指示装置,此装置的编码器信号传给PLC来控制减速区及上下极限,同时此装置也应有吊钩上下极限应及减速区的机械信号(四对触点),该信号只参与吊钩上下极限及减速区的自动控制,此装置编码器信号应以高度方式在司机室内的操作台上显示,这样是两种不同的信号源来控制吊钩上下极限,以确保缆机安全运行。
    缆机的超载限制器通常布置在副塔拉板端部,其综合误差及控制与GB6067《起重机械安全规程》规定不同,GB6067规定:“超载限制器的综合误差,不应大于8%;当载荷达到额定起重量的90%时,应能发出提示报警信号;起重机械装设超载限制器后,应根据其性能和精度情况进行调整或标定,当起重量超过额定起重量时,能自动切断起升动力源,并发出禁止性报警信号。”由于缆机的起升及牵引加速度比其它起重设备的大,引起起升绳受力变化较大,故要求其综合误差应小,并当载荷大于额定起重量的105%时,才自动切断上升电源,否则在起升额定载荷时会因加速度的原因而停机。在实际的使用中,来自荷重的信号要求经过调试,应在正常的加速度下起吊额定载荷时不应自动断电源,而应在大于105%额定载荷的情况下才断电。当载荷达到额定起重量的95%时,要求发出提示性警报信号,因为按30t或20t缆机起吊9方罐或6方罐,其在吊钩上的载荷不会超过额定载荷的95%,以小湾缆机为例,当起吊9方混凝土时,在其吊钩上的载荷为额定载荷的93%,故在运行的过程中均不会报警,若要按90%额定载荷时,起吊就报警,这样一是司机也会感到烦躁,二是会影响缆机的效率。
    在排绳装置上应设置吊钩上下极限位置的限位开关,此限位是当卷筒上的高度指示装置故障后的最后一道安全限位开关,防止吊钩冲顶小车或防止卷筒钢丝绳全部放出,以确保吊钩升降的安全。
在小车牵引机构上设置的小车位置和小车极限位置保护装置的作用与起升机构的相同。德国缆机和国产缆机都是采用靠摩擦方式牵引载重小车的,而美国缆机采用的是双卷筒式的牵引机构,这种机构不存在牵引绳打滑的现象,故要求采用摩擦方式的牵引机构还应设置小车位置校正装置。
    承载索上的载重小车运行极限位置限位开关是防止载重小车冲撞主副塔(车)的第三道也是最后一道保护装置。
    由于缆索起重机司机室可能距地面很高,也可能距塔架很远,不可能观察到大车轨道情况,虽然GB6067《起重机械安全规程》只对流动式起重机向倒退方向运行时,应发出报警音响信号,但对缆索起重机也应该设置大车运行时的声光报警装置,以确保安全运行。要求缆机在运行时(特别是副车或副塔)有人监视的目的是观察各部件工作是否正常,以防意外事故发生。
    卷筒装置上应设置防起升绳复卷的安全装置。小湾和锦屏的德国缆机卷筒装置上均设有起升绳复卷的安全装置,而且目前国产缆机基本都设有防起升绳复卷的安全装置,其作用是防止在排绳装置出现故障后,或在其它情况下钢丝绳没有缠入到卷筒绳槽中而发生意外。
    在缆索起重机的主机房、电气房、司机室及操作站点(包括便携式操作装置)设置由PLC内控制的能断开总电源的急停开关的目的是防止意外发生。采用PLC控制并不损坏机构设备,其断电是按事先编好的程序运行。若当PLC出现故障,PLC内控制的能断开总电源的急停开关不起作用时,可直接按切断总电源的事故开关,这样虽然对设备自身有损坏,但不会出现设备失控的现象。
 
 
本文编辑:戴   科
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