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索具与吊具

第五章索具、吊具和机具

　　按行业习惯，我们把用于起重吊运作业的刚性取物装置称为吊具，把系结物品的挠性工具称为索具或吊索，把在工程中使用的由电动机或人力通过传动装置驱动带有钢丝绳的卷筒或环链来实现载荷移动的机械设备称为机具。

　　吊具可直接吊取物品，如吊钩、抓斗、夹钳、吸盘、专用吊具等。

吊具在—般使用条件下，垂直悬挂时允许承受物品的最大质量称为额定起重量。

　　索具是吊运物品时，系结勾挂在物品上具有挠性的组合取物装置。

它是由高强度挠性件（钢丝绳、起重环链、人造纤维带）配以端部环、钩、卸扣等组合而成。

吊索可分为单肢、双肢、三肢、四肢使用。

吊索的极限工作载荷是以单肢吊索在一般使用条件下，垂直悬挂时允许承受物品的最大质量。

除垂直悬挂使用外，吊索吊点与物品间均存在着夹角，使吊索受力产生变化，在特定吊挂方式下允许承受的最大质量，称为吊索的最大安全工作载荷。

第一节吊具、索具的通用安全规定

　　吊具、索具是直接承受起重载荷的构件，其产品的质量直接关系到安全生产，因此应遵守以下安全规定。

　　一、吊具、索具的购置

　　外购置的吊具、索具必须是专业厂按国家标准规定生产、检验、具有合格证和维护、保养说明书的产品。

在产品明显处必须有不易磨损的额定起重量、生产编号、制造日期、生产厂名等标志。

使用单位应根据说明书和使用环境特点编制安全使用规程和维护保养制度。

　　二、材料

　　制造吊具、索具用的材料及外购零部件，必须具有材质单、生产制造厂合格证等技术证明文件。

否则应进行检验，查明性能后方可使用。

　　三、吊具、索具的载荷验证

　　自制、改造、修复和新购置的吊具、索具，应在空载运行、试验合格的基础上，按规定的试验载荷、试验方法试验合格后方可投入使用。

　　1．静载试验

　　静载试验载荷：

　　吊具取额定起重量的1．25倍（起重电磁铁为最大吸力）。

　　吊索取单肢、分肢极限工作载荷的2倍。

　　试验方法：

　　试验载荷应逐渐加上去，起升至离地面100～200mm高处，悬空时间不得少于10分钟。

卸载后进行目测检查。

试验如此重复三次后，若结构未出现裂纹、永久变形、连接处未出现异常松动或损坏，即认为静载试验合格。

　　2．动载试验

　　动载试验载荷：

　　吊具取额定起重量的1．1倍（起重电磁铁取额定起重量）。

　　吊索取单肢、分肢极限工作载荷的1．25倍。

　　试验方法：

试验时，必须把加速度、减速度和速度限制在该吊索具正常工作范围内，按实际工作循环连续工作1小时，若各项指标、各限位开关及安全保护装置动作准确，结构部件无损坏，各项参数达到技术性能指标要求，即认为动载试验合格。

　　四、吊具、索具使用

　　1．吊具与索具应与所吊运物品的种类、环境条件及具体要求相适应。

　　2．作业前应对吊具与索具进行检查，当确认各功能正常、完好时，再投入使用。

　　3．吊挂前，应确认重物上设置的起重吊挂连接处是否牢固可靠；提升作业前应确认绑扎、吊挂是否可靠。

　　4．吊具不得超过其额定起重量，吊索不得超过其最大安全工作载荷。

　　5．作业中不得损坏吊重物品与吊具、索具，必要时应在吊重物品与吊具、索具间加保护衬垫。

第二节绳索及吊具、索具常用配件

一、绳索

　　绳索是起重吊运过程中用于绑扎固定物品不可缺少的工具，也是构成吊索的主要挠性元件。

（一）钢丝绳

　　钢丝绳一般是由数十根高强度碳素钢丝先绕捻成股，再由股围绕特制绳芯绕捻而成。

钢丝绳具有强度高、耐磨损、抗冲击、类似绳索的挠性，是起重作业中使用最广泛的工具之一。

图5—1

　　1．钢丝绳的类型

　　钢丝绳是按其绳的股数和外层钢丝的数目进行分类的，共分为14组、16类（参阅GB/T8918《钢丝绳》）。

每类钢丝按捻制法的不同，又可分为右交互捻、左交互捻、右同向捻和左同向捻四种，如图5—1所示。

根据钢丝表面处理又可分为光面和镀锌二种；根据绳芯又可分为纤维芯和钢丝芯二种。

　　2．钢丝绳的规格参数

　　一般起重作业可采用GB／T8918《钢丝绳》中第二组6×19（b）类及第三组6×37（b）类，根据实际需求也可选择标准中适合种类的钢丝绳，其规格参数见表5—1、表5—2。

6*19+FC表5—1钢丝绳6*19+1WS

6*37+FC表5—2钢丝绳6*37+1WS

　　3．钢丝绳特性的标记方法

　　标记顺序及内容见例1。

（全称标记方法）

　　例1：

　　例中表示：

　　钢丝绳直径为18mm，光面钢丝（不镀），6股加天然纤维芯，右交互捻（钢丝绳捻向为右向捻，股的捻向为左向捻），钢丝抗拉强度等级为1770MPa，钢丝最小破断拉力为176kN，每100m重量112kg。

　　该例简称标记为：

18NAT6×19+NF。

　　钢丝绳特性标记简要说明：

　　钢丝表面状态：

NAT——光面钢丝；

　　　　　　　　ZAA——A级镀锌钢丝。

　　钢丝绳绳芯：

FC——纤维芯（天然或合成）；

　　　　　　　　NF——天然纤维芯；

　　　　　　　　SF——合成纤维芯；

　　　　　　　　IWR——金属丝绳芯。

钢丝绳结构：

双捻钢丝绳由外部向中心进行标记，按层次逐层标明总股数，其后在括弧内标明股的结构。

每股结构也是由外向中心标记，标明该股的逐层钢丝根数，每层丝数用“+”号隔开，绳芯也用“+”号将股分开。

如上例结构型式6（9+9+1）+NF表明是钢丝绳为6股天然纤维芯，每股19丝，每层丝是9根，加一根钢丝芯。

　　4．钢丝绳的选用

　　钢丝绳绳芯的材料有天然纤维芯、合成纤维芯和钢丝芯，天然纤维芯使用量最大。

钢丝绳绳芯中的润滑油是起减小每股绳及钢丝之间的摩擦和防腐蚀作用的。

钢丝绳在同直径时公称抗拉强度低，每股绳内钢丝愈多，钢丝直径越细，则钢丝绳的挠性也就越好，但钢丝绳易磨损。

反之，每股绳内钢丝直径越粗，则钢丝绳挠性越差，钢丝绳耐磨损。

因此不同型号的钢丝绳，它的使用范围也不同。

根据起重吊装作业的实际需要，一般情况下，钢丝绳的选用可考虑为：

（1）6×19+NF（6×19）钢丝绳：

用作缆风绳、拉索及制作起重吊索索具，一般用于受弯曲载荷较小或遭受磨损的地方。

（2）6×37+NF（6×37）钢丝绳：

用于起重作业中捆扎各种物件、设备及穿绕滑车组和制作起重用吊索索具。

绳索受弯曲时采用。

（3）6×61+NF（6×61）钢丝绳：

用于绑扎各类物件。

绳索刚性较小，易于弯曲，用于受力不大的地方。

同向捻的钢丝绳，表面较平整、柔软，具有良好的抗弯曲疲劳性能，比较耐用。

其缺点是绳头断开处绳股易松散，悬吊重物时容易出现旋转，易卷曲扭结。

因此在吊装中不宜单独采用。

5．钢丝绳的承载计算

从表5—1中可以看出，制造钢丝绳钢丝的公称抗拉强度分别为1470MPa、1570MPa、1670MPa、1770MPa和1870MPa五个强度等级。

在相应强度等级下给出了不同直径、不同绳芯钢丝绳的最小破断拉力，与前述白棕绳承载选择方法相同，以钢丝绳的最小破断拉力除以一个安全系数，即得到钢丝绳极限工作拉力，可由下式求得：

式中：

F0——钢丝绳最小破断拉力（kN）；

ku——钢丝绳安全系数。

需说明一点，旧标准中钢丝绳的破断拉力值是以钢丝绳内钢丝破断拉力总合值给出的，没有考虑钢丝经过捻制后受到的强度损失。

可按降低18％作为钢丝绳破断拉力值。

表5—3钢丝绳安全系数ku

使用情况

安全系数

使用情况

安全系数

缆风绳用

用于手动起重设备

≥3.5

≥5

用作吊索，绑扎

≥6

6．钢丝绳报废标准

钢丝绳的损坏是由多种因素综合积累造成的，使用前必须经过认真细致地检查，才能作出正确判断。

图5—2为钢丝绳的各种变形图。

笼状畸变绳股挤出绳径局部增大

钢丝挤出绳径局部减小部分被压扁

严重扭结严重弯折

图5-2钢丝绳各种变形

钢丝绳使用的安全程度由下列项目判定：

（1）断丝的性质和数量

6股钢丝绳断丝主要发生在外表，钢丝绳表面可见断丝总数超过表5—4规定的数值则应报废。

当吊运熔化或赤热金属、酸溶液、爆炸物、易燃物及有毒物品时，表5—4中断丝数应减少一半。

表5－4断丝数量

钢丝绳型号

6d内断丝数

30d内断丝数

6×19+NF

6×37+NF

5

10

10

19

（2）断丝的局部聚集

如果断丝紧靠一起形成局部聚集，则钢丝绳应报废。

如果断丝聚集在小于6d的长度范围内（d为钢丝绳直径）或集中在任一支绳股里，即使断丝数比表5—7所列数值小，钢丝绳也应予以报废。

（3）断丝的增加率

断丝增加率是指钢丝绳使用一段时间后出现断丝，随着断丝数逐渐增加，其时间间隔越来越短。

这种情况下，为了判定断丝的增加率，应仔细检查并作记录，摸清“规律”确定钢丝绳的报废日期。

（4）绳股断裂

当出现整股绳股断裂时，应立即报废。

（5）由于绳芯损坏而引起的绳径减小

当钢丝绳的纤维芯损坏或钢芯（或多层结构中的内部绳股）断裂而造成绳径显著减小时，钢丝绳应报废。

（6）弹性减小

钢丝绳的弹性减小是较难发觉的，一般弹性减小伴随着下述现象：

①钢丝绳直径减小；

②钢丝绳捻距伸长；

③钢丝之间和绳股之间的空隙减小；

④钢丝绳明显的不易弯曲和直径减小，比起由于钢丝磨损而引起的也要快得多。

钢丝绳弹性减小导致在动载作用下突然断裂，凡发现弹性减小的情况，钢丝绳应立即报废。

（7）外部及内部磨损

钢丝绳内部磨损是由于绳内各绳股和钢丝之间的摩擦而引起的。

钢丝绳外部磨损是在压力作用下与滑轮和卷筒绳槽的接触摩擦产生的。

润滑不足和不清洁会加剧磨损，当外层钢丝磨损达到其直径的40％时钢丝绳应报废，当钢丝绳直径相对公称直径减小7％或更大时未发现断丝也应报废。

（8）外部和内部腐蚀

由于腐蚀，钢丝绳表面出现深坑，钢丝之间松弛，应报废。

（9）变形

钢丝绳的变形从外观上分，主要有以下几种：

①波浪形变形。

当出现波浪形变形时，在钢丝绳长度不大于25d的范围内若d1≥4／3d则钢丝绳应报废（如图5-3）。

图5-3

d——钢丝绳公称直径；

d1——钢丝绳变形后包络的直径。

②笼形畸变。

笼形畸变的钢丝绳应立即报废。

③绳股挤出。

绳股挤出的钢丝绳应立即报废。

④钢丝挤出。

钢丝挤出严重的钢丝绳应报废。

⑤绳径局部增大。

绳径局部严重增大的钢丝绳应报废。

⑥扭结。

严重扭结的钢丝绳应立即报废。

⑦绳径局部减小。

绳径局部严重减小的钢丝绳应报废。

⑧部分被压扁。

由机械事故造成的钢丝绳局部被压扁，严重的则钢丝绳应报废。

⑨弯折。

产生弯折的钢丝绳应报废。

⑩由于热或电弧作用而引起的损坏。

钢丝绳经受了特殊热力作用，其外表出现了可识别的颜色时，则钢丝绳应报废。

（二）白棕绳及合成纤维绳

　　白棕绳以剑麻为原料，具有滤水、耐磨和富有弹性的特点，可承受一定的冲击载荷。

由聚酰胺、聚脂、聚丙烯为原料制成的绳和带，因具有比白棕绳更高的强度和吸收冲击能量的特性，已广泛地使用于起重作业中。

　　1．白棕绳及合成纤维绳的承载计算

　　白棕绳及合成纤维绳起重作业时的安全性是以不破断为前提的。

通常以绳索的破断拉力值除以一个安全系数来保证工作强度，这个值我们称为绳索的极限工作拉力，可由下式求得：

式中：

极限工作拉力——白棕绳或合成纤维绳的极限工作拉力（正常情况下）。

　　S破——白棕绳或合成纤维绳的破断拉力值，见表5—5，表5—6。

表5—5白棕绳破断拉力

直径（mm）

14

16

20

22

25

29

33

38

破断拉力（daN）

950

1150

1600

1850

2400

2600

2900

3500

表5－6三股聚脂复丝绳索最低断裂强力

参考直径（mm）

10

12

14

16

18

20

22

最低断裂强力（daN）

1560

2230

3120

3980

4980

6230

7470

K——安全系数，见表5—7。

表5－7安全系数K

使用情况

K值

一般绑扎

缆风绳用

≥3

≥6

　　2．白棕绳及合成纤维绳的安全使用

　　除通用安全规定外应符合下述要求：

（1）使用前必须逐段仔细检查，避免带隐患作业；

（2）不允许和有腐蚀性的化学物品（如碱酸等）接触；

　　（3）使用中不应有扭转打结现象，如有应放劲抖直；

　　（4）应放在干燥木板通风良好处储存保管（白棕绳）；

（5）合成纤维绳应避免在紫外线辐射条件下及热源附近存放。

二、索具、吊具的常用端部配件

环眼吊钩、吊环、卸扣、绳卡等是构成吊索、吊具的端部配件（也称末端件）或连接件。

选取、使用正确与否，关系到吊具、索具的承载安全。

这些配件是按照相应的标准由专业生产厂制造的，在产品标记和技术参数中均应提供“额定载荷”及性能数据，这是正确选择的依据。

作为吊索端部配件按规定安全系数不应小于4，验证力（试验载荷）应等于额定起重量的2倍。

端配件选择：

端部配件＝实际起重量×4

式中实际起重量应是吊索的额定起重量。

（一）卸扣

卸扣分D型和弓型两种（见图5—4、图5—5），可作为端部配件直接吊装物品或构成挠性索具连接件。

卸扣产品规格较多，根据实际使用状况，按产品额定载荷直接选取。

表5—8、表5—9给出了D型卸扣G210型和弓型卸扣G2130型技术参数。

表5—8D型卸扣G210技术参数

图5—4D型卸扣

图5—5弓型卸扣

表5—9弓型卸扣G2130技术参数

（二）端部吊钩

端部吊钩种类很多，选择不同形式的端部吊钩可以组成不同用途的吊具、吊索。

如图5—6、图5—7、图5—8所示，表5—10、表5—11、表5—12为常用端部吊钩基本参数。

（1）环眼吊钩参数

图5—6环眼吊钩

表5—10环眼吊钩

额定载荷

（t）

B

（mm）

O

（mm）

H

（mm）

W

（mm）

E

（mm）

F

（mm）

重量

（kg）

0.5

80

22

25

15

20

12

0.3

1

96

30

37

24

16

17

0.8

2

110

31

40

27

25

20

1.3

3.2

154

40

52

37

32

25

3

5

184

50

62

40

40

27

4.8

（2）鼻型钩参数

表5—11鼻型钩

额定载荷

（t）

T

（mm）

B

（mm）

D

（mm）

J

（mm）

重量

（kg）

1

20

40

30

35

1

1.5

25

145

40

35

2

3

30

205

50

42

4

图5—7鼻型钩图5—8羊角滑钩

（3）羊角滑钩参数

表5—12羊角滑钩

链条直径

额定载荷

（Lbs）

参数

（in．）

重量

（Lbs）

H-331

A-331

A

B

C

D

1/4″

1950

2750

0.44

0.94

0.38

2.56

0.50

5/16″

2875

4300

0.50

1.06

0.44

2.87

0.75

3/8″

4000

5250

0.59

1.31

0.47

3.25

1.20

7/16″

5000

7000

0.66

1.56

0.56

3.70

2.06

1/2″

6500

9000

0.75

1.69

0.63

4.00

2.80

5/8″

9250

13500

0.91

2.00

0.75

4.94

4.75

3/4″

12500

19250

1.31

2.50

1.00

6.09

10.30

图5—9吊环

（三）吊环

吊环一般是作为吊索、吊具钩挂起升至吊钩的端部件（见图5—9）。

根据吊索的分肢数的多少，还可分为主环和中间主环。

吊环的主要技术参数见表5—13、表5—14。

（1）端部吊环

表5—13吊环技术参数

额定载荷

圆吊环

（mm）

梨形环

（mm）

试验载荷

t

长吊环

（mm）

重量

（kg）

d

D

d

r

R

L

A

B

d

3

24

100

20

60

20

85

6

80

144

20

1.08

5

28

150

30

65

25

93

10

100

180

26

2.30

8

33

175

33

75

30

100

16

120

216

32

4.20

10

38

225

38

80

50

146

12

24

140

252

38

6.93

（2）中间环

表5－14组合吊环中间环技术参数

主吊环载荷

（t）

中间环载荷

（t）

A

（mm）

B

（mm）

C

（mm）

重量

（kg）

3

2.1

51

108

16

0.51

5

3.5

70

140

20

1.04

8

5.6

85

170

25

1.97

12

8.5

100

200

30

3.35

（四）索具套环

钢丝绳索扣（索眼）与端部配件连接时，为防止钢丝绳扣弯曲半径过小而造成钢丝绳弯折损坏，应镶嵌相应规格的索具套环。

索具套环如图5—10所示，其技术参数见表5—15。

图5—10索具套环

表5—15索具套环技术参数

型号

钢绳直径

（mm）

套环许用载荷

（kN）

A

（mm）

B

（mm）

C

（mm）

D

（mm）

E

（mm）

F

（mm）

重量

（kg）

6

6

3.43

15.0

28.0

9.0

30

47

6.6

0.034

8

8

6.27

20.0

37.0

12.0

40

63

8.8

0.074

10

9～10

9.80

25.0

46.0

15.0

50

79

11.0

0.132

12

11～12

14.70

30.0

56.0

18.0

60

95

13.0

0.212

14

13～14

19.60

35.0

65.0

21.0

70

111

15.0

0.311

16

16

26.46

40.0

74.0

24.0

80

126

18.0

0.514

（五）钢丝绳绳卡

钢丝绳绳卡是制作索扣的快捷工具，连接强度不得小于钢丝绳破断拉力的85％。

其正确布置方向如图5—11所示，为减小主受力端钢丝绳的夹持损坏，夹座应扣在钢丝绳的工作段上，U型螺栓扣在钢丝绳尾段上，绳卡的间距A等于6～7倍钢丝绳直径。

钢丝绳的紧固强度取决于绳径和绳卡匹配，以及一次紧固后的二次调整紧固。

绳卡在实际使用中，受载一次后应作检查，离套环最远处的绳卡不得首先单独紧固，离套环最近处的绳卡应尽可能地靠紧套环，但不得损坏外层钢丝。

钢丝绳绳卡所用的数量与绳径相关，按表5—16选取。

表5—16钢丝绳绳卡数量的选用

绳卡公称尺寸

钢丝绳公称直径（mm）

<7

7～16

19～27

28～37

38～45

钢丝绳绳卡最少数量（组）

3

3

4

5

6

图5—11钢丝绳绳卡正确布置方向

A型钢丝绳绳卡如图5—12所示，其技术参数见表5—17。

图5—12A型钢丝绳绳卡

表5—17A型钢丝绳绳卡技术参数

型号

（mm）

A

（mm）

B

（mm）

C

（mm）

D

（mm）

E

（mm）

F

（mm）

G

（mm）

重量

（kg）

6

22.5

14

17

5

12

14

24

0.025

8

28

17

21

6

15

16

30

0.045

10

38

21

28

8

19

20

37

0.09

12

45

27

34

10

24

25

47

0.18

15

52

32

40

12

29

30

57

0.28

20

62

38

47

14

36

36

71

0.48

22

69

43

52

16

40

39

78

0.62

第三节常用吊具、索具和机具

一、常用吊具

（一）吊钩

吊钩属起重机械上重要取物装置之一。

吊钩、钢丝绳、制动器统称起重机械安全作业三大重要构件。

吊钩若使用不当，容易造成损坏和折断而发生重大事故，因此，必须加强对吊钩经常性的的安全技术检验。

1.吊钩的种类

（1）吊钩按制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩（板钩）。

　锻造吊钩又可分为单钩（图5－13a）和双钩（图2－13b）。

单钩一般用于小起重量，双钩多用于较大的起重量。

锻造吊钩材料采用优质低碳镇静钢或低碳合金钢，如20优质低碳钢、16Mn、20MnSi、36MnSi。

片式吊钩由若干片厚度不小于20mm的Q235C、20或16Mn的钢板铆接起来。

片式吊钩也有单钩和双钩之分（图5－14a，图5－14b）。

片式吊钩比锻造吊钩安全,因为吊钩板片不可能同时断裂，个别板片损坏还可以更换。

图5－13a锻造单钩图5－13b锻造双钩

图5－14a片式单钩图5－14b片式双钩

（2）吊钩按钩身（弯曲部分）的断面形状可分为：

圆形、矩形、梯形、和T字形断面吊钩。

从受力情况看T字形断面吊钩最合理，但其缺点是工艺复杂。

使用最多的是梯形断面吊钩，受力合理，制造方便。

矩形断面的板片式吊钩断面承载能力不能充分利用，比较笨重。

圆形断面吊钩只用于小型钩的场合。

2.吊钩的危险断面

吊钩的危险断面是日常检查和安全检验时的重要部位，经过对吊钩的受力分析，得出吊钩有以下危险截面。

下面以图5-15所示的单钩为例进行说明。

吊挂在吊钩上的重物的重量为Q。

①A-A断面：

吊钩在重物重量Q的作用下，产生拉、切应力之外，还有把吊钩拉直的趋势，图5-15所示的吊钩中，中心线以右的各断面除受拉伸以外，还受到力矩M的作用。

在力矩M的作用下，A-A断面的内侧产生弯曲拉应力，外侧产生弯曲压应力。

A-A断面的内侧受力为Q力的拉应力和M力矩的拉应力叠加，外侧则为Q力的拉应力和M力矩的压应力叠加，这样内侧应力将是两部分拉应力的之和，外侧应力将是两应力之差，综上我们可以得到，A-A断面的内侧所受的应力大于实际吊运的重量Q的拉力，内侧应力大于外侧应力，这就是把吊钩断面做成内侧厚、外侧薄的梯形或T字形断面的原因。

②B-B断面：

重物的重量通过吊索作用在这个断面上，此作用力有把吊钩切断的趋势，在该断面上产生剪切应力。

由于B-B断面是吊索或辅助吊具的吊挂点，索具等经常对此处摩擦，该断面会因磨损而使横截面积减小，承载能力下降