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新产品#新技术折线绳槽卷筒国家电力公司郑州机械设计研究所胡水根河南省轻工业学校利歌摘要:通过比较两种折线绳槽的不同特点,得出在大型多层卷绕的卷扬装置中,折线绳槽可以代替传统的排绳机构,且单折线绳槽卷筒比双折线绳槽卷筒更适合多层卷绕,特别是对三层以上的多层卷绕。
叙词:卷筒折线绳槽特点阶梯挡环Abstract:This paper compares the features of two types of d rums with broken line grooves.It is concluded that,for large winching equipmen t,the broken line groove can subs titute rope guider;and the drum with single broken line groove is more sui t-able for multilay wi nding than the drum wi th double broken line groove,especially for three lays or more winding.Key words:Drum Broken li ne goove Feature Step end ring随着卷扬装置的大型化,大型卷筒的应用越来越多,一种能使钢丝绳卷绕整齐排列的折线绳槽卷筒应用越来越广。
1折线绳槽卷筒的应用及特点111折线绳槽卷筒的应用折线绳槽卷筒最早见于国外利巴斯公司专有的利巴斯装置中,其中利巴斯卷筒就是双折线绳槽卷筒,80年代引入我国,主要在矿山卷扬机和水工起重机械上应用。
特别是近年来随着我国高坝建筑的发展,对数十米到上百米的高扬程大型启闭机的需求,折线绳槽卷筒的应用越来越多,例如在龙羊峡水库5000kN坝顶门式启闭机回转吊上的应用,安康水电站卷扬式启闭机中的应用,太原重型机械图5滑索的速度)距离计算曲线3滑索缓冲计算在滑索速度初步计算后,则需要进行缓冲器的设计计算。
折线绳槽工作原理及优势
目前，我国单绳缠绕式矿井提升机使用的塑衬一般是斜绳槽。
相对于有旋向的绳槽，从国外引进的折线绳槽在导绳方面有一定的优势。
折线绳槽在卷筒的每一周范围内均由直线绳槽和斜线绳槽组成，且每一圈的直线绳槽和斜线绳槽位置完全相同。
钢丝绳在进行多层缠绕时，通过斜线绳槽来固定上层钢丝绳与下层钢丝绳交叉过渡点的位置，使上层钢丝绳的交叉在斜线段完成。
在直线绳槽段，上层钢丝绳完全落入两根下层钢丝绳形成的凹槽内，绳间形成线接触，使上下层钢丝绳之间的接触稳定。
在返绳时，配合卷筒两端带有返回凸缘的阶梯挡环，引导钢丝绳顺利爬升并返回，避免钢丝绳由于相互切入挤压而造成的乱绳，使钢丝绳排列整齐并且及平稳地过渡到上一层，实现多层缠绕。
折线绳槽解决了钢丝绳在缠绕过程中乱绳、咬绳重大难题。
折线绳槽使钢丝绳的卷绕平滑、各层之间的负荷均匀分布，此技术大大延长了钢丝绳的使用寿命，可延长钢丝绳寿命500%以上，减少钢丝绳损坏，提高了设备运行的安全性，并且减少了机械设备因换绳的停机问题。
折线绳槽卷筒钢丝绳是任何提升设备最重要的工作原件之一，必须正确无误地卷绕在卷筒上，才能顺利地进行工作。
带有绳槽的卷筒有助于将钢丝绳整齐地卷绕，避免乱绳。
钢丝绳的卷绕、要尽量平滑，只有这样才能发挥钢丝绳的性能、延长使用寿命。
钢丝绳卷绕在卷筒上的理想形式是一定要开始于卷筒的一端，每当卷筒旋转一圈时，新卷绕的钢丝绳恰好落在下面一层钢丝绳的绳股之间。
当钢丝绳卷绕到卷筒另一段或法兰时，钢丝绳开始卷绕第二层，然后再整齐地卷绕到它最先开始的法兰处。
当卷筒上有几层钢丝绳时，上层钢丝绳有可能挤压下层钢丝绳。
若上层绳股成一定角度，问题尤为严重。
卷筒上若有为钢丝绳导向的绳槽，将有助于卷绕顺利进行，绞车卷筒基本上有两种绳槽形式，一是螺旋式的，一是折线式的。
螺旋绳槽就像一条螺旋线，螺旋绳槽有助于引导钢丝绳整齐地卷绕在卷筒上，避免钢丝绳的损坏。
然而，这种几何形状绳槽的问题是，当钢丝绳到达卷筒一端时，虽然第一层能够整齐地卷绕在整个卷筒上，但不能引导第二层钢丝绳沿着卷筒整齐地绕回，相反，第二层钢丝绳自然地按一定角度压在下面一层钢丝绳上。
解决这一问题的办法是在端部法兰上增加一个凸台。
即使这样，螺旋绳槽也不适用于两层以上钢丝绳的卷绕放式。
双折线绳槽除了两处是折线外，绳槽与卷筒的法兰平行。
意味着第二层钢丝绳没有与第一层钢丝绳交叉，它大部分卧在下面一层钢丝绳所形成的绳槽中。
它把卷绕钢丝绳交叉的长度减少到卷筒圆周长度的20%左右，而剩下的80%则与内层钢丝绳一样平行于卷筒的法兰。
折线绳槽使各层之间的负荷均匀分布，实践证明大大延长了钢丝绳寿命。
事实上，试验表明可延长钢丝绳寿命500%以上。
减少钢丝绳的损坏就是提高安全性，并且减少了机械的停工时间。
折线绳槽卷筒的缺点在于，它比较复杂，所以比螺旋绳槽卷筒的价格贵一点。
然而，这额外的费用因节省钢丝绳而很快的得到补偿，因为钢丝绳较昂贵，并且更换新的钢丝绳也占用了生产时间。
折线绳槽卷筒也需要一定的作业条件。
河南禹门河水库工程启闭机折线绳槽卷筒挡环设计新方法（孙鲁安王国栋毛明令）河南禹门河水库工程启闭机折线绳槽卷筒挡环设计新方法（孙鲁安王国栋毛明令）［摘要］结合禹门河水库工程6台启闭机的设计实例，对钢丝绳在折线绳槽卷筒挡环上的爬升规律进行了分析研究，通过对折线绳槽卷筒挡环设计方法的探讨，提出一种挡环设计新方法，并在禹门河水库工程的6台启闭机上应用，取得了良好效果。
文中以1 250kN启闭机为例，给出了新方法设计挡环的主要步骤。
［关键词］启闭机折线绳槽卷筒挡环阶梯垫面禹门河水库 1 概述折线绳槽卷筒多层缠绕技术作为一种先进的绳索缠绕技术，随着在我国起重机械领域的应用日益增多，已为业界愈来愈多的人所熟知和接受，折线绳槽卷筒的设计在诸多关键技术方面也在不断发展和日趋成熟。
然而，与折线绳槽卷筒配套的挡环的阶梯垫面设计问题尚未得到比较满意地解决。
原因是折线绳槽卷筒挡环的阶梯垫面与钢丝绳的接触点在卷筒的径向、周向和轴向都有变化，其轨迹是一条复杂的空间曲线。
设计时，必须通过反复计算或作图求出一系列坐标点，然后将其连接起来才能显现到图纸上。
这常常令设计者感到不胜其烦，一些设计者将这种复杂的函数关系简单处理为线性关系，结果是，设计出的卷筒挡环的阶梯垫面往往低于理论值，起不到垫面对钢丝绳的垫托作用，无法避免钢丝绳与挡环之间的严重挤压和磨损，使挡环的阶梯垫面仅仅成为了一种摆设，影响了钢丝绳的使用寿命，导致启闭机的维护成本增加。
为寻求既设计简单、又比较符合钢丝绳实际爬升规律的挡环阶梯垫面的设计方法，笔者结合禹门河水库工程共6台采用折线绳槽卷筒的启闭机的设计实例，对钢丝绳在折线绳槽卷筒挡环上的缠绕爬升规律进行了分析研究，对折线绳槽卷筒的挡环设计方法进行了探讨，摸索出一种挡环设计新方法，使用起来比较简便。
经在禹门河水库工程的6台启闭机上采用和实际运行检验，效果良好。
文中以禹门河水库工程1 250kN启闭机为例，给出了新方法设计挡环的主要步骤，共同行们参考。
1折线绳槽卷绕技术的起源
目前在我国起重行业流行的“折线绳槽”一词，是指从国外引进的一种适合钢丝绳多层卷绕的绳槽形式。
由于这种绳槽在卷筒周向的大部分区段上保持与法兰端面平行，只在很小的区段上与法兰端面相交，
因此绳槽必然出现拐折现象，故而得名“折线绳槽”。
折线绳槽起源于美国，是由美国Lebus国际有限公司(Lebus International Inc.)的创始人
Frank.L.Lebus先生发明的，故国外一般称这种绳槽为“Lebus Grooves”，即Lebus绳槽。
早在1900年，Lebus先生就已涉足美国的油田工业界，并通过为迅速发展的德克萨斯州西部油田提供
钻探设备的专用工具和配件开始了他的创业史。
那时，Lebus先生开办的企业还只是一家铁器作坊。
后来，Lebus先生通过对石油钻探设备的观察，发现这些设备上的钢丝绳常常不能在卷筒上均匀缠绕，致使钢丝绳严重磨损并很快报废。
这引起了他的浓厚兴趣，于是，他开始了对钢丝绳缠绕方式及绳槽形式的研究，终于发明了折线绳槽，并使之成为一种专门的绳索卷绕技术。
2折线绳槽卷绕技术的发展阶段
折线绳槽技术的发展，按时间划分大体上可分为两个阶段，即1937～1949年为第一阶段，1950年以
后为第二阶段。
1937年，Lebus先生在美国德克萨斯州东北部的郎维尤城(Longview)创建了Lebus国际有限公司。
也就是在这一年，他发明了“Lebus绳槽”，并将世界上第一个带有“Lebus绳槽”的卷筒应用于油田的钻井设备，获得了成功。
在此之后，随着世界各国特别是欧美和日本等国陆地和海上石油开采工业以及其它
工业的快速发展，“Lebus绳槽”的应用也随之扩大。
特别在1945年以后，这一技术在不同领域的卷扬
机构上得到了大量应用。
不过，这时的“Lebus绳槽”在一圈内只有一个斜旋段(相对于法兰)，即在多层
缠时，上下层的钢丝绳在卷筒上仅有一个交叉过渡区。
与此同时，Lebus先生根据在不同领域实际使用的情况，对最初的绳槽形式也进行了不断的改进。
至1950年，他又发明了带有两个斜线段的“Lebus绳槽”槽形(见图1)和“Lebus绳槽偏角补偿器”，使这种
绳槽的卷绕性能更趋完善，而这种带有两个斜线段的绳槽槽形也一直保持至今。
从此，Lebus绳槽不
仅在石油钻井和采矿工业，而且在建筑施工、航空吊运、深海探测、起重工业等领域都得到更为广泛
的应用。
图1双折线绳槽(Lebus绳槽)展开示意图（略）
至20世纪60年代以来，美国Lebus国际有限公司相继在日本、英国、德国、澳大利亚、挪威、南非
和新加坡等国建立了下属的子公司或代理销售、服务公司。
Lebus技术已享誉整个世界。
目前，Lebus
国际有限公司正在第三代继任人、现任首席执行官Charls Lebus(1978年继任)的带领下，继续着它的成功的故事和辉煌，这是在20世纪初还是个铁匠师傅的老Lebus先生始料不及的。
3国外折线绳槽的应用现状
3.1绳槽槽形与卷筒法兰
如上所述，折线绳槽的槽形有两种形式，一种是单折线绳槽，一种是双折线绳槽。
前者为最初的绳槽
形式，后者为改进的绳槽形式，目前应用较多的是后一种形式。
双折线绳槽的斜绳槽和直绳槽交替出现，这样在卷筒表面上就出现了两个斜绳槽区和两个直绳槽区。
所谓斜绳槽，是指与卷筒母线斜交的
绳槽，直绳槽是指与卷筒母线直交或与法兰平行的绳槽。
斜绳槽约占圆周长的20%，直绳槽约占80%。
折线绳槽已被Lebus公司注册为一种产品。
它既可以直接在卷筒上加工成型，也可以制成带有这种绳
槽的套，并且做成分体式的。
安装时包裹在光面卷筒上，通过螺栓或焊接与卷筒连接成一体。
目前，
国外以这种方式使用折线绳槽的卷筒居多。
绳槽套的材料可为碳钢、不锈钢、合金钢、铝或玻璃纤维等。
卷筒的法兰多为平板型，结构简单，便于加工制造。
不论缠多少层，只需在卷筒的第一层加垫块，这
样，每一层钢丝绳的圈数都相等。
3.2缠绕层数、速度、钢丝绳直径、卷筒直径及容绳量
Lebus公司声称采用折线绳槽的钢丝绳直径可以从1mm到100mm，层数可以到50层，卷筒直径最大可以到5m，而钢丝绳的线速度则无限制。
以下是根据现有资料整理的一些应用实例。
(1)钢丝绳直径
最大为94mm，用在日本[响声丸]号船的500t起重机上，卷筒的名义直径为2094mm，卷筒法兰间距为1953mm，共缠绕7层；其次是日本现代造船使用的[ODECO]型起重机，钢丝绳直径最大为
88.9mm，卷筒的名义直径为1511mm，卷筒法兰间距为2096mm，共缠绕11层；还有三菱重工业
株式会社下关造船所使用的[ODECO]和[SEDECO]起重机，钢丝绳直径分别为82.6mm和76.2mm。
前
者卷筒直径1363mm，法兰间距1487mm，共卷绕14层；后者卷筒直径1422mm，法兰间距1
152mm，共卷绕16层。
(2)钢丝绳层数
最多为49层，用在日本[百凤丸]号海洋研究船的3号起重机上。
钢丝绳直径6mm，卷筒直径450mm，法兰间距698mm；其次为英国的WDA.10.40型深海探测绞车，缠绕钢丝绳48层，线速度为172m/min，
但钢丝绳较细，直径只有6.45mm。
(3)线速度
折线卷筒的最大线速度为190m/min，用于南非海军使用的水文勘察绞车，该绞车卷筒的容绳量达10 000m，但钢丝绳直径只有4mm；其次为英国的深海重型单卷筒钻探绞车，最后一层钢丝绳线速度为180m/min，折线绳槽卷筒容纳9096m长的镀锌变截面钢丝绳，缠绕36层，钢丝绳直径从13mm变到11mm。
还有英国的WDA.10.40型深海探测绞车，最后一层钢丝绳的线速度为172m/min。
(4)卷筒直径、容绳量
卷筒的容绳量最大为10000m，用在南非海军水文勘察绞车上。
另外，日本某设备的电缆卷取装置也达到了10000m的容绳量，且电缆直径44mm，卷筒的名义直径4525mm，法兰间距4500mm，
是已知的折线卷筒中卷筒尺寸最大的。
3.3在水电工程上的应用
Lebus公司的折线绳槽卷绕技术虽然在诸多领域广泛应用，但在欧美诸国水工启闭机械领域内尚难觅
其例。
这同这些国家的水工布置特点和机械工程师在水工闸门启闭机的选型上大多宁可选用液压启闭
机的选型指导思想有关。
所以，在西方的水电站建设中很少见有采用大吨位高扬程卷扬启闭机的工程实例。
在日本，则能找到一些应用实例，见表1（略）。
根据表1（略）可以看出，在日本的水工起重机械上，折线绳槽卷筒的钢丝绳最粗为60mm，卷筒直径最大到2400mm，卷绕的层数最多达到了10层，而卷筒的长度普遍较短。
4Lebus公司对折线绳槽使用条件的限制
Lebus公司对折线绳槽的使用条件做出了如下规定：
(1)卷筒的法兰必须在任何条件下都保持与卷筒壁垂直，即使在有荷载作用时也一样；
(2)为避免钢丝绳出现“跳槽”或“越轨”现象，钢丝绳必须保持足够的拉力，以使钢丝绳能始终紧贴绳槽
表面。
当不满足此条件时，应加设钢丝绳压辊。
在这方面，Lebus公司的一些分公司规定了具体数值，但稍有差异：Lebus德国分公司规定钢丝绳上的拉力应不小于钢丝绳破断荷载的2%(或工作荷载的10%)，而日本分公司则规定应不小于钢丝绳破断
荷载的1.7%。
(3)绳索偏角最好保持在0.25°～1.25°内，最大不超过1.5°，如不能满足此条件，则必须使用Lebus钢丝
绳偏角补偿器(Fleet angle compensator)来进行纠正。
关于绳索的最小偏角，Lebus公司的一些分公司之间稍有差异，如：美国和日本规定为不小于0.25°，
而德国规定为不小于0.5°。
(4)从卷筒上放出的钢丝绳绕向定滑轮时，定滑轮的中心必须与卷筒法兰间的宽度对中。
(5)绳索必须保持它的不松散性和圆的形状，即使在最大荷载下也一样。
Lebus公司认为，当满足以上条件时，使用折线绳槽卷筒可安全地进行多层卷绕而不会出现任何问题。
5结束语
有关国外折线绳槽卷绕技术的报道在国内并不多见，笔者也是在修编《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41-93)的过程中搜集了一些这方面的资料，且多为外文资料。
因资料有限，文中所列与折线绳槽卷绕技术有关的一些“最大”参数用例，有可能在现今已不一定是真正的最大，但总体上还是能反映出
国外对这一技术的应用水平，供参考。
与国外折线绳槽卷绕技术的应用水平相比，不论是在应用的钢
丝绳的直径上，还是在卷绕的层数上，国内起重行业还存在一定的差距。
来源：《黄河规划设计》
2005年第2期。
