吊籃用OC型索具螺旋扣的安全性能分析

田常錄，謝家學(xué)

（1.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.無錫雄宇集團(tuán)吊藍(lán)機(jī)械制造有限公司，江蘇 無錫 214125）

1 前言

索具螺旋扣是一種可以通過調(diào)節(jié)螺絲桿來調(diào)節(jié)松緊或緊固物品的工具。螺旋扣的使用范圍很廣泛，從家庭到各種大小的工程、工廠、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都能應(yīng)用到。船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T 3818-2013《索具螺旋扣》規(guī)定了螺旋扣的類型、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法等，其主要類型包括UU、OU、CC、CU、OO、CO 等。螺旋扣不僅在船舶等行業(yè)使用，CO 型螺旋扣也在吊籃行業(yè)被廣泛采用。CO 型在CB/T 3818-2013《索具螺旋扣》中稱為開式索具螺旋扣，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了開式索具螺旋扣的形式，如圖1 所示。

圖1 CO型開式索具螺旋扣

螺旋扣在使用過程中應(yīng)充分了解使用受力情況和作業(yè)環(huán)境，要充分考慮影響螺旋扣工作的安全因素。由于OC 型螺旋扣在吊籃行業(yè)的應(yīng)用，其使用過程中的安全可靠性受到了本行業(yè)有關(guān)部門的重視。本文試從理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)兩個(gè)方面，對吊籃用OC 型螺旋扣的安全性能進(jìn)行探討和分析。

2 ZLP630型標(biāo)準(zhǔn)吊籃結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

吊籃用OC 型螺旋扣在使用過程中的主要安全性因素是攀拉鋼絲繩是否會(huì)脫鉤，這個(gè)問題涉及攀拉鋼絲繩工作時(shí)的變形量是否合適，攀繩的預(yù)緊力大小是否合適、攀繩在工作中是否會(huì)發(fā)生松弛的現(xiàn)象等。為此，本文首先分析吊籃攀拉鋼絲繩工作時(shí)的變形量，以及在載荷有變化或動(dòng)力沖擊時(shí)攀繩變形量的幅值，考查其值是否超出OC 型螺旋扣的安全性許可范圍。

高處作業(yè)吊籃懸掛機(jī)構(gòu)如圖2 所示。圖中P為吊籃自重和載荷作用于單個(gè)懸架的拉力，A點(diǎn)為配重W的作用點(diǎn)，B點(diǎn)下部支撐于建筑物頂部的地面上。圖3 為懸掛機(jī)構(gòu)受力和變形示意圖。外力P的分配與鋼絲繩和前梁剛度相關(guān)，主梁ABC簡化為外伸梁，前支撐B點(diǎn)為鉸支撐，如圖3，其變形情況基本與實(shí)際情況符合。

圖2 吊籃懸掛機(jī)構(gòu)示意圖

圖3 懸掛機(jī)構(gòu)總體變形圖

空載P=0 時(shí)，吊頭處局部變形如圖4 所示。

圖4 吊頭局部變形圖（空載時(shí)）

此時(shí)鋼絲繩總張力等于預(yù)緊力，即T=To，預(yù)緊鋼絲繩初始伸長ΔLo和前梁向上彎曲撓度wo分別為

式中，E為彈性模量，A為鋼絲繩截面積，幾何尺寸見圖2。由圖4 可知變形協(xié)調(diào)方程為

δ鋼絲繩未預(yù)緊時(shí)短缺距離，即為鋼絲繩原長端點(diǎn)到前梁為未受力時(shí)端點(diǎn)C的距離。式（1)代入（2)得

滿載時(shí)，吊頭處局部變形如圖5 所示。

圖5 吊頭局部變形圖（滿載時(shí)）

鋼絲繩總伸長ΔL和前梁向下彎曲撓度w分別為

由圖5 可知變形協(xié)調(diào)方程

式（3）、式（4)代入式（5）簡化后得鋼絲繩最終張力T為

其中I為前梁截面慣性矩：

對于ZLP630型標(biāo)準(zhǔn)吊籃，自重和載荷作用于單個(gè)懸架的拉力P值為P=（0.6t+0.63t)/2=6150N，吊籃懸掛機(jī)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)參數(shù)如下。

分別取不同的預(yù)緊力To，把P和表1 中參數(shù)數(shù)據(jù)代入（6)可計(jì)算得鋼絲繩總張力T，其中前梁長度a分為三種情況，取a=1.5m，1.0m，0.7m分別計(jì)算。由（4)式計(jì)算前梁梁端撓度w值。計(jì)算結(jié)果見圖6。

圖6 不同前梁長度a下前梁端吊頭最大撓度w隨預(yù)緊力To的變化情況

由圖6 可以看出，安裝時(shí)若無預(yù)緊力則工作時(shí)吊頭下垂，即為圖中左端零刻度線上的值，而吊頭下垂（撓度w）的絕對值最大，此時(shí)攀拉鋼絲繩沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用。隨預(yù)緊力增加，前梁吊頭下垂w的絕對值減小，更為合理，此時(shí)攀拉鋼絲繩發(fā)揮了其承擔(dān)主要載荷的作用。

由圖6 可以看出，吊籃在工作過程中，如果是在靜載荷下，理論上吊頭上下位移很小，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態(tài)。由此，靜載荷情況下不存在脫鉤的可能性。

吊籃現(xiàn)場安裝時(shí)，首先需要預(yù)緊攀拉鋼絲繩，此時(shí)吊頭未懸掛載荷，即為空載P=0 的情況。攀拉鋼絲繩預(yù)緊完畢后，吊籃前梁處局部變形如圖4 所示，吊頭向上翹起。由于懸架裝配間隙帶來一定的誤差，吊頭實(shí)際向上翹值比理論值大，根據(jù)現(xiàn)場測試，一般在3～5cm 左右。也就是說，空載時(shí)，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態(tài)，距離前梁水平位置短缺3～5cm 左右。

吊籃正常工作時(shí)，前梁處于水平位置，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態(tài)。前梁受力向下彎曲時(shí)，攀拉鋼絲繩伸長量加大、一直處于拉緊狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生脫鉤情況；只有前梁向上彎曲，且吊頭向上翹超過預(yù)緊值（3～5cm），攀拉鋼絲繩才可能放松。由以上理論分析可知，吊籃正常工作中，吊頭上下位移很小，攀拉鋼絲繩一直處于拉緊伸長狀態(tài)。即使考慮動(dòng)力沖擊等載荷作用或其它原因?qū)е碌趸@受力過大，但懸掛鋼絲繩是柔性的，只能承擔(dān)拉力，所以只可能發(fā)生向下的超載，不存在脫鉤的可能性。如果發(fā)生向上的載荷，因?yàn)閼覓熹摻z繩是柔性的，鋼絲繩不可能傳遞壓力，因而極限情況是吊頭懸掛載荷為零，即相當(dāng)于以上討論的空載情況，此時(shí)攀繩仍處于拉緊伸長狀態(tài)，也不存在脫鉤的可能性。

現(xiàn)場實(shí)際使用時(shí)，OC 型螺旋扣的掛鉤深度約有5cm，再疊加空載時(shí)吊頭上翹3cm（即預(yù)緊值），所以鋼絲繩完全放松脫鉤需要大約有8cm距離，即需要前梁吊頭上翹8cm 后，而吊籃在前梁吊頭處不會(huì)發(fā)生向上的外載荷，因而完全放松脫鉤的現(xiàn)象也不會(huì)發(fā)生。

3 結(jié)語

本文計(jì)算了吊籃工作時(shí)攀繩的變形幅值并討論了攀繩發(fā)生松弛的條件等，結(jié)合吊籃施工現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)論證了吊籃用OC 型螺旋扣的安全性。此外，從應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看，吊籃行業(yè)多數(shù)使用OC型螺旋扣，從未發(fā)生過脫鉤事故。在吊籃施工過程中，由于OO 型螺旋扣安裝和拆卸不便，相比OC 型明顯效率低、費(fèi)用高，這些問題在吊籃國標(biāo)修訂時(shí)也得到多數(shù)專家的認(rèn)可。因此，建議有關(guān)部門應(yīng)充分了解OC 型螺旋扣在吊籃施工現(xiàn)場的使用情況，支持施工單位按照生產(chǎn)廠家的要求使用。