纜索起重機
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纜索起重機(Cable Crane)
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纜索起重機是指掛有取物裝置的起重小車沿著架空的承載索運行的一類工程起重機。同其他起重機械相比，它具有跨度大、速度快、效率高、總體結構簡單、造價低廉、施工周期短等突出優點，並且不受氣候和地形條件的限制，在特定的條件下能發揮其他起重機械和起重技術所不能發揮的作用。因而它被廣泛應用於採礦工業、森林工業、工業原料場、碼頭、渡口以及橋梁、水電建築工程的起重和施工作業中。
在採礦工業中的露天礦場，應用纜索起重機進行起重和搬運作業，可以減少許多運輸線路，併合理地利用空間位置，擴大了作業範圍，簡化了工藝組織，且拆卸方便，因此與其他起重設備相比，具有較好的經濟性。
在森林工業集材作業中，應用纜索起重機，因其結構簡單，架設、拆卸方便，既能提高生產率，降低成本，又可保護地表，有利於水土保持及水源涵養，由此剋服了其他起重運輸設備在高山陡坡、深溝峽谷等複雜地形難以發揮優勢的弱點，可見它是高山林區比較合理的集材工具。在森林工業中，纜索起重機稱為集材架空索道，可根據不同的地形和條件構成100多種索系，在應用中具有極為獨特的優勢。
在儲木場、木材廠、人造板廠、造紙廠等生產現場，可用纜索起重機進行原材料的起重、歸裝作業，在有的原料儲場、廢材及垃圾作業場中，採用纜索起重機進行堆高作業，生產率可達150m^3／h以上，堆高度可達到100m以上，長度可根據需要達到幾千米以上，在碼頭和渡口中可應用纜索起重機進行貨物出河、推河、裝卸、儲存作業以及特種貨物和交通車輛的過渡，在造船工業中，應用纜索起重機來製造和安裝施工。
在建築工程中利用纜索起重機進行施工，安裝大型構件、大型設備，既提高了作業生產率和安裝質量，又縮短了施工周期；在橋梁工程施工中用纜索起重機取代施工支架，可提高安裝施工的質量和效率，降低了成本，也簡化了工藝組織，因而得到了極為普遍的應用。
在水利建設中應用纜索起重機建造水壩水庫、船塢、自來水廠、運河水閘、堤道等，利用纜索起重機進行河道整治、疏浚和挖掘也是比較普遍採用的方式。
當今，纜索起重機幾乎應用於所有工業建設和工程領域，它的作用和服務面是任何一種起重運輸機械都無法相比的。
纜索起重機的分類[1]
標準中對纜索起重機的分類比較簡單，而實際上纜索起重機的種類比較複雜，這裡從如下幾個方面進行分類。
(1)按支架方式
可分為：簡易支架式、鋼塔支架式和無支架式3種。
①簡易支架式纜索起重機
以原木或以原木製成的塔架為支架，支架高度多在20m以內，提升高度為15m以內，以工廠和森林工業中應用最多，有時工程建設也有採用，該種結構的纜索起重機占的比重比較大，如圖(a)所示。
②鋼塔支架式纜索起重機
以桅桿鋼結構或塔架鋼結構為支架，支架高度多在50m以內，通常以桅桿鋼結構為主，在工程建設中應用最多，工業生產應用較少，如圖(b)、圖(c)所示。
③無支架式纜索起重機
依據地形特征架設，索兩端分別固接於兩岸的適當位置，該種方式在礦山工業和森林工業應用比較多，如圖(d)所示。
(2)按其服務功能
可分為：裝卸式和歸集儲運式兩種。
①裝卸式纜索起重機
主要用於裝卸作業，相對來說起重量比較大、跨度比較小，該種結構往往以固定式出現，多為雙索或多索結構。
②歸集儲運式纜索起重機
以歸堆、集料、儲貨、短途運移為主要功能，相對來說起重量較小、跨度較大。該種結構還做成雙聯式、移動式等形式。
(3)按承載索跨的數目
可分為：單跨和多跨兩種。
①單跨纜索起重機
應用最廣，形式最多，並且有多種功能。
②多跨纜索起重機
應用較少，只在架設長距離橋梁和特殊地形的工業建設中應用，多跨纜索起重機功能比較單一，基本上與架空索道相類似。
(4)按其結構形式
可以分為：固定式和移動式兩大類。
①固定式纜索起重機
根據其服務特性又可分為固定式、三點式、附加弔臂式、支架擺動式、雙聯式和桁架梁式等幾種，如圖所示。
a．固定式
固定式纜索起重機根據其作業貨物的特性不同又可分為單索、雙索及多索式。雙索和多索具有作業的定位功能，運行比較平穩。固定式纜索起重機的主要弱點是只能在承載索下麵的狹窄地帶進行作業，為了改善服務範圍，通常可用人力將其吊鉤拉向橫向位置曳引貨物，但對於雙索和多索結構不宜採用此種操作方法。
b．三點式
三點式纜索起重機是為改變固定式結構作業上的弱點而提出來的，在結構上三組獨立起重機的承載索頭端彼此連接於中心接頭上，而承載索的尾端則用複式滑車拉緊，調節複式滑車的牽引索即可使中心接頭在較大的範圍內做相對於工作場地的移動。由於牽引不太靈活，沒有得到推廣。
c．附加弔臂式
附加弔臂式纜索起重機為了增大服務面積，在固定式纜索起重機的基礎上採用特殊的弔重系統——旋轉槽式輸送機，通過弔臂的旋轉使服務面積大大增寬。
d．支架擺動式
支架擺動式纜索起重機也是為了增寬服務面積而提出的，在固定式纜索起重機的基礎上略有改進，即支架可以徑向擺動，以此來改變其結構性能，增加服務面積，支架的擺動依靠牽索來控制，該種方案具有一定的應用價值。
e．雙聯式
雙聯式纜索起重機是為改變作業範圍而提出的另一種形式，60年代初期首先在我國儲木場中提出並很快得到推廣。該種形式的吊鉤可以在一定寬度和跨度內做空間運行，結構科學，作業方便，但不宜起吊大噸貨物和不宜用於大跨度的場合。
f．桁架梁式
桁架梁式纜索起重機是聯動式的又一種形式，以鋼桁架做橫梁可在一定的跨度和寬度內做空間運行，由於桁架自重大，不適宜於大噸位和大跨度的場合。
②移動式纜索起重機
根據其結構形式又可分為：平行移動式和徑向移動式（輻射式），平行移動式以之家移動式和橋梁移動式為主，徑向移動式以定心移動式和同心移動式為主，如圖所示。
a．支架移動式
支架移動式纜索起重機，兩支架同時沿著各自的運行軌道平行移動，以擴大其服務面積，各支架分別裝設驅動裝置，設計中需考慮同步運行。
b．橋架移動式
橋架移動式纜索起重機，如同裝卸橋或龍門起重機的橋架，當跨距小於100m時可以採用這種結構，該結構依靠桁架來承受纜索所引起的壓力，使桁架的下弦受到壓縮，並使其上弦受到拉伸，而桁架之自重則促使其上弦受到壓縮和下弦受到拉伸，這樣能抵消一部分水平負荷，從而使橋架結構的重量減少。
c．定心移動式
定心移動式纜索起重機亦可稱為徑向起重機，其工作範圍為一扇形面積或一圓形面積[如圖(h)、(i)所示]，當同時具有幾個徑向起重機時，它們的固定塔架做成公共的。用徑向起重機可以節省起重機的運行軌道，並可在全部面積中以比較短的區段將貨物弔運到固定塔架附近。
d．同心移動式
同心移動式纜索起重機亦是徑向起重機的一種，其工作運行至這樣的區段範圍如圖(i)所示，對於該種結構，驅動裝置的速度應該與軌道的曲率半徑成比例，以便承載索可以保持徑向位置。
當起重機軌道的支線形區段與曲線形區段相連接時，纜索起重機運行至這樣的區段可能會產生歪斜現象，必須在一個支架的驅動機構中考慮設置可變速的傳動裝置。
不同結構形式工作範圍示意圖如圖所示。其中圖(a)-(e)為固定式類纜索起重機；(f)-(j)為移動式纜索起重機。
(5)按承載索的張緊方式
可分為：承載索剛性地固結於支架或地錨之上、承載索拉力由擺動支架產生、重錘張緊式和承載索可收放式四種，如圖所示。
①承載索剛性固結式
承載索剛性固結於支架上或支架以外的地錨上，在裝配時獲得初張力，但隨著工作時間的增長，工作過程中承載索將被拉長，這時初張力可用螺旋拉緊裝置來調整。這種方式的纜索起重機，纜索張力隨小車位置、貨重和溫差的變化而變化，最大張力發生於跨中央。當滿載小車運行至支架處時，承載索張力會大大地減小，使承載索彎曲應力增大，磨損加劇，同時也使小車在支架附近處升角的增大，從而增大牽引索的張力。採用具有牽引索的桅桿支架，如圖(c)所示，牽引索的彈性變形可以減少纜索張力的變動。
②承載索由擺動塔架固結
具有擺動塔架的承載索依靠裝著對重的塔架重量來獲得張力，當運行小車沿著繩索移動時和貨重變動時，擺動塔架的傾斜度和小車作用於此塔架上的壓力將略有變動，承載索的張力也隨著變動。纜索最大張力發生於滿載小車位於擺動塔架的附近時，最小張力發生於滿載小車接近於跨度中央時。纜索張力的變動一般約為10％～15％，該種錨結系統的主要缺點是：當小車急劇制動或卸載時，承載索將在垂直方向內擺動，特別是當工作繁忙時，擺動現象更為敏感，這種現象將引起承載索和塔架內的動力載荷。主要優點是：節省軌道，張力變動不大，小車接近塔架時的升角極小等。圖(e)為具有懸臂的擺動塔架，當小車行出承載索而進入懸臂時，由於其自重而使相對於塔架轉軸的力矩大為增加，使纜索張力的變動增大，因而這種結構不宜提倡。
③重錘張緊式
這種張緊系統具有恆定的張力，基本上與小車的重量和小車在跨內的位置無關，由於撓性索在滑輪上的高速磨損和塔架結構的複雜性，這種結構應用得比較少，而且與擺動塔架一樣，承載索在垂直平面內有極大的擺動，如圖(f)所示。
④承載索可收方式
在這種方式中，承載索的一端藉助於收放滑輪組與塔架連接[如圖(g)所示]或直接固結於地面[如圖(h)所示]，滑輪組的收放可變更承載索的長度和撓度，達到升降貨物的目的，這種結構方式的重物可沿任意軌跡運動，多用於橋梁施工或河流的渡口。
纜索起重機的典型結構[1]
纜索起重機具有多種類型和結構。從國內外的應用情況來看，目前的纜索起重機可以歸納為四大結構，即：固定式結構、移動式結構、無支架結構和聯動式結構。這四大類結構也基本上代表了以上分類中的所有結構方案，有的雖然結構略有區別，但原理是相近的，下麵分述這四類典型結構。
(1)固定式纜索起重機
固定式結構的纜索起重機是最古老的一種結構形式，雖然其服務面較小，設備潛力得不到充分的發揮，但因其構造簡單，造價低廉，施工周期短，上馬快，各工業部門比較樂意採用，特別是對於野外作業的施工單位，作為臨時工具之用更具有比其他大型設備優越的性能，因此推廣面大，在纜索起重機的比重中占著大部分的分量。下圖是木支架雙索式纜索起重機結構圖，主要由門型木支架4、承載索2、運行小車7、鋼索導繞系統和絞盤機等組成。承載索2由門型支架頂端的索鞍支承，兩端固定在地面上，採用鋼索調緊裝置1調節承載索的張力大小和因非彈性伸長所引起的撓度。兩根起重索6的一端固結在支架的頂端，另一端經過運行小車上的轉向滑輪與起重滑車後，再繞進另一架桿頂端上的滑輪，經過下滑輪後，兩根起重索併入絞盤機卷筒上。牽引索5一端的兩分支分別與兩個運行小車相固結，另一端經過支架上下滑輪繞入絞盤機卷筒上。回空索8一端的兩分支分別與運行小車相連，一端繞過另一支架經過轉向滑車與配重滑輪組及配重9相連。
當捆掛貨物後啟動起升卷筒，貨物上升到一定位置後制動，啟動牽引卷筒，由牽引索5拉著運行小車7至所需要的位置後制動，鬆開起升卷筒，貨物下降到場堆或車廂內，卸載後再啟動，上升到適當位置制動，鬆開牽引卷筒靠自動回空系統將弔重系統拉到所需要的位置制動，起升鬆動由弔重系統的自重下落到所需的場地位置上，完成一次迴圈。
這種結構是最簡單的形式，支架高度在20m以內，跨度多在100～150m以內，起重量多為3～5t，在森林工業、儲木場、人造板廠等工廠和倉庫中應用最廣泛，一般作為長期生產設備用。有的工廠將木支架改為鋼管支架或鋼塔架，塔高一般為25m以內。
下圖為桅桿鋼支架纜索起重機結構圖。桅桿高度一般為30～50m，在工程建設中還可根據地形情況增大高度，當高度增大時，綳索也應考慮加層綳固。
下圖為鋼塔架纜索起重機結構圖。支架採用直立式塔架，承載索可收可放，依靠收放滑輪組8來調節。承載索可根據作業面的需要做平面調整，增大其服務面積，如圖14—29所示虛線為第一種狀態的情形，這種結構適合於橋梁建築工程。
(2)移動式纜索起重機
下圖是移動式纜索起重機的標準形式，主要由兩個移動塔架3、承載索6、運行小車5、鋼索導繞系統，絞盤機和塔架驅動裝置所組成。移動塔架3沿著平行布設的起重機軌道同步運行。這種結構主要在儲場和建築施工中應用得多，大型水電站亦採用。
(3)無支架纜索起重機
無支架纜索起重機不需設置專用的支架，根據地形特征架設，兩支點分別錨固於兩岸或兩山頂上，索端可用地錨錨固，也可用活立木固結，這種結構除支架不同外，其他結構與以上兩種結構類似，主要用於森林工業、採礦工業和野外工程建設等，一般結構形式如圖所示。
(4)聯動式纜索起重機
聯動式纜索起重機按分類應歸屬於固定式類，但因其弔重系統具有可空間運移、服務面廣的特征，其原理比較特殊，作用功能也有別於固定式結構，因此這裡單獨論述。聯動式結構目前有兩種方式，即雙聯式和桁架梁式。
圖為雙聯式纜索起重機結構圖，它由一臺3筒絞盤機、一組鋼索導繞系統、掛重系統、兩個運行小車、兩根承載索和4個支架組成。掛重系統可在一定的範圍內做空間運行。
①縱向移動制動橫向移動卷筒17和起升卷筒18，開動牽引回空卷筒16，正反繞入卷筒16的牽引索7和回空索2，一索進，一索出，達到掛重系統縱向移動的目的。
②橫向移動制動牽引回空卷筒16和起升卷筒18，開動橫移卷筒17，正反繞入卷筒17上的兩根起重橫移索6，一索進，一索出，使掛重系統做橫向移動。
③上下移動制動牽引回空卷筒16起升橫移卷筒17，開動起升卷筒18、移動滑輪組12，同時帶動起重橫移索6移動，使掛重系統實現上下運動。
圖為桁架梁式纜索起重機結構圖，它由一臺3筒絞盤機或3台單筒絞盤機、一個桁架橫梁、一組鋼索導繞系統、運行小車、掛重系統、3根承載索和6根支架組成。與雙聯式纜索起重機一樣，也可在一定的範圍內做空間運行，其原理如下。
①縱向移動縱向移動實際上是牽引和回空運行。制動橫移和起重卷筒，開動牽引卷筒，繞入卷筒的牽引索，經過一系列的導繞後與桁架兩點固結，拉著桁架橫梁以及掛重系統一道牽引運行，鬆開卷筒，回空索經過一系列的導繞後與桁架的兩端點相固結，在重錘的作用下自動回空。
②橫向移動制動牽引和起重卷筒，開動橫向移動卷筒，正反繞人橫移卷筒上的兩根起重橫移索，一索進，一索出，使掛重系統在桁架下的鋼索上橫向移動。
③上下移動制動橫移和牽引卷筒，開動起升卷筒，移動滑輪組移動，同時帶動起重橫移索移動，使掛重系統上下移動。以上為一臺3筒絞盤機的作用原理，若為3台單筒絞盤機時，3個動作還可以同時進行。
纜索起重機的使用註意事項[2]
(1)纜索強度及塔架或扒桿高度應滿足最大起吊和高度要求，操作中必須嚴格掌握。
(2)如果橋在曲線上，纜索不位於拼裝梁的中線而須進行偏弔時，應在相反方向加設纜風繩。此時，纜索及塔架或扒桿應考慮由於偏弔而增加的應力。
(3)塔架基礎必須穩固可靠，塔架較高時其頂部應設纜風繩。
(4)牽引索索夾間距應以牽引索下垂的最低點不影響鋼梁最高一層的操作為限，索夾不宜過少。
(5)如利用橋梁墩台施工，用纜索進行弔拼鋼梁，除應按上述各條進行檢查外，必要時還應進行加固，符合要求後才可利用。
對於橋位拼梁，桿件從橋頭場地縱向運送至拼裝位置。
兩組纜索的軌索各設在一片主桁上方，拼裝主桁。拼裝橋面系及連接系桿件時，用兩組纜索間的扁擔梁共同起吊安裝。
採用纜索起重機拼裝曲弦桁梁有其特殊優越性。
