大型起重機受到降鉤問題的困擾

    在一般起重作業中，起重機要將卷筒上大部分鋼絲繩放出后才能將空載的吊鉤落到地面上。在之后的起重作業中，隨著載荷的提升，鋼絲繩在被張緊的情況下又繞回到卷筒上。

　起升機構帶載下降時卻是完全不同的情況。舉例來說，一臺起重機要更換一臺渦輪發電機的全部3個葉片。首先，起重機操縱員要將臂架升起到機艙的高度，掛上第一個葉片，并把它安全地降落到地面上來。下降的過程很平穩，因為鋼絲繩這時是緊緊地纏繞在卷筒上的。之后，卷筒升起吊鉤，掛上另外一個葉片。問題就發生在這里，專家們說。“這時，除了鋼絲繩和吊鉤的重量外，鋼絲繩是在沒有任何其他張力的情況下收卷起來的，在整整一卷筒松散鋼絲繩的情況下吊起第二個葉片。沒有張力或張力很小是災難發生的前奏，這樣會損毀鋼絲繩，把它壓扁。”

　鋼絲繩制造商Bridon負責起重機應用技術的經理David Hewitt解釋說。

　大多數鋼絲繩在張力的作用下會拉長一點，也就是說，鋼絲繩的直徑會縮小一些。這時在張力的作用下，鋼絲繩會切入下層纏繞的鋼絲繩之間。由于纏繞在卷筒上的鋼絲繩處于松散狀態，沒有力量頂住拉緊鋼絲繩的壓力。當有拉力的鋼絲繩切進來時，纏繞在外層的鋼絲繩會被損毀，這會使起升運動嘎然停止。

　由此造成的沖擊足以將起重機掀翻。為了確保不發生這種現象，應立即停止起重作業，更換卷筒上的全部鋼絲繩。鋼絲繩技術公司的設計師Roland Verreet說，切入鋼絲繩的力量甚至能把卷筒兩端的法蘭盤頂掉。

　Hewitt認為，這種起升機構帶載下降的工況與起重機設計的基本原理相悖。“內層鋼絲繩在沒有或只有很小的張力時纏繞得很松散，而作業時外層鋼絲繩一開始就受到很大的張力。這種情況與移動式起重機的設計工況正好相反。老式起重機上的卷筒直徑很大，只纏繞一層鋼絲繩，所以繩與繩之間并不接觸。在過去的30年中，起重機的使用方式發生了很大的變化，對小直徑卷筒鋼絲繩的壽命要求越來越長。”換句話說，使用現代起重機作業時，不先把載荷提升起來而直接下放有可能非常危險。
 
　海洋起重機上采用的解決方法

　Hewitt繼續說道：“履帶起重機的用戶是在安裝風力發電機時發現這個問題的。實際上，海上起重作業一直就有這個問題，而它是向海床上降落載荷。”

　海洋起重機要在卷筒上纏繞多達2.5 km長的鋼絲繩。“在進行深海起重作業時，要在常規的卷筒上纏繞大量的鋼絲繩，每層有許多圈，并且要纏繞許多層。在這種情況下要想把鋼絲繩纏繞得非常規整非常困難，”荷蘭海洋駁船起重機制造商Huisman-Itrec機械設計部門的技術經理Eric Romeijn說。“如果發生亂繩，耽誤時間不說，造成鋼絲繩損壞的風險非常大。”

　與其他駁船制造商一樣，Huisman-Itrec安裝了一種與眾不同不同的卷筒來解決這一問題。工程起重機的起升機構只有一個運動部件，即卷筒。而海洋起重機的起升機構有兩個運動部件：一個大的蓄繩卷筒和一個摩擦卷筒（也稱雙鼓卷揚機）。在下降作業時，從卷筒上出來的鋼絲繩要繞過摩擦卷筒內一系列的滑輪，每一個滑輪都由一個單獨的馬達驅動。鋼絲繩通過這些滑輪時拉力越來越大，到達載荷端時，達到了滿載拉力。下降作業時，一般鋼絲繩的拉力都比較小。當將鋼絲繩收回到卷筒上時，摩擦卷筒內的滑輪在相反的方向上相互作用，保持鋼絲繩所需的最小張力。

　鋼絲繩技術公司的Verreet和Bridon公司的Hewitt都認為，工程起重機可以從海洋起重機卷筒的設計中吸取經驗，減少鋼絲繩的損壞。Hewitt說，雙鼓卷揚機是解決問題的“唯一方案”。Verreet說摩擦卷筒放繩時比一般的卷筒要平順得多，后者在放到卡住的繩子時會發生抖動現象。

    從另一個方面說， 摩擦卷筒確實增加了使鋼絲繩的彎曲次數，這些彎曲確實會減少繩子的壽命。鋼絲繩制造商Teufelberger研究開發部的負責人RobertTraxl說，據他的經驗，雙鼓卷筒對鋼絲繩造成的疲勞損壞比起鋼絲繩在卷筒上被壓扁所造成的損壞要輕得多。但他又介紹說，Teufelberger公司為牽引人工造雪機爬坡使用的卷揚機提供鋼絲繩，既有普通卷筒用，也有摩擦卷筒用，都由Teufelberger提供。經過長期使用的比較，鋼絲繩的壽命沒有什么不同。

　Hewitt和Verreet都不同意這一觀點。他們爭辯說，即使有彎曲磨損，摩擦卷筒上使用的鋼絲繩壽命也會長一些。Verreet說：“許多人認為，在多層卷筒上過一次只有一次彎曲，而鋼絲繩通過一個雙鼓卷筒會彎曲10次。但多層卷筒上的一次彎曲對鋼絲繩造成的損害比對通過雙鼓卷筒的滿載鋼絲繩造成的損害要輕得多。”

　無論如何，就連Traxl也承認雙鼓卷筒也許是工程起重機一些特殊應用的唯一解決方案。“也許像拆卸風力發電機這樣的場合，普通卷筒已經無能為力了。那么能完成這一工作的也只有摩擦卷筒了。”

　岸上起重機上采用的解決方法

　據Verreet介紹，履帶起重機廠商正在研究采用雙鼓卷筒的設計方案。“每一家公司都在考慮這一設計。我知道一家起重機制造商已經雇了一些畢業生開展雙鼓卷筒的設計工作。”

　工作雖然已經開展起來，但制造商們似乎并不愿意向《今日起重機》雜志透露它們各自的技術方案。特雷克斯-德馬格桁架臂起重機的產品主管Rüdiger Zollondz說，鋼絲繩的張緊和帶載下降問題不是公司的當務之急，對公司是否為起重機開展了雙鼓卷筒開發工作這一問題不置可否。馬尼托瓦克根本就不回答這個問題。神鋼說，它的產品出廠前對鋼絲繩進行了預緊，并且會在現場幫助用戶張緊鋼絲繩。

　利勃海爾好像沒有走摩擦卷筒這一技術路線，而是開發了另外一種張緊鋼絲繩的方法。利勃海爾埃英根工廠的設計工程師Hans-Dieter Willim說，公司不準備在全地面起重機上安裝雙鼓卷筒，其部分原因是考慮到鋼絲繩的磨損問題。“為了降低鋼絲繩的磨損，我們不得不用兩個由數個獨立驅動滑輪組成的卷筒，每一個滑輪都要根據鋼絲繩的增長量采取不同的速度驅動，而增長量則根據鋼絲繩的拉力不同而不同。這太復雜了，并且價格昂貴，需要很大的安裝空間。”

　利勃海爾在2004年和2005年注冊了兩個專利，在鋼絲繩纏繞到卷筒前對其進行制動，增加鋼絲繩所需要的張力。第一個系統將鋼絲繩繞在一對輥子上，下降作業時輥子隨動，起升時則對鋼絲繩進行制動。由液壓油缸或彈簧產生的制動力可以通過一組絲杠調節。這一裝置安裝在伸縮臂的臂端。第二個系統與第一個系統相似，只不過鋼絲繩是纏繞在一組滑輪上，安裝在全地面起重機的桁架臂頂端。

　然而，據Willim介紹，利勃海爾并沒有將這兩個方案商業化，因為公司目前正在開發第三個方案，不想在方案未經試驗和注冊專利前就將其公布。

　也許目前這一問題并不那么突出，或許10年以后制造商們才會在起重機上標配雙鼓卷筒。然而隨著風力發電機的安裝越來越多，發電機的規格越來越大、重量越來越重，這一問題看來是繞不過去了