TSG71-2023《大型游乐设施安全技术规程》-设计（27）

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(4)提升乘人装置用的卷筒、滑轮直径与钢丝绳直径之比应当不小于30：钢丝绳对滑轮包角不大于90时，滑轮直径与钢丝绳直径之比应当不小于20：

点评：理解这句话，就要理解为什么要定义一个比值。

1、钢丝绳的更换指标

钢丝绳的更换依靠两个指标：

（1）达到使用说明书规定的更换周期，例如4年或6年；

（2）日常检测中，发现达到更换的参数值，如直径减小了或断丝达到多少，具体可参考GB8408《大型游乐设施安全规范》，如图所示。

2、钢丝绳的主要失效形式

钢丝绳的破坏主要是疲劳破坏，但钢丝绳是组装件（外层钢丝，内层为纤维芯或钢芯），钢丝材料，通过试样可以在实验室的疲劳试验机上测出疲劳极限，得出S-n曲线，

钢丝绳的疲劳寿命是在实验室测定的，不是计算的。钢丝绳的疲劳强度一般采用反复弯曲试验法，测定出当出现一定数量断丝时，钢丝绳所经历的应力循环次数N，以N值的高低来衡量钢丝绳的疲劳强度或通过规定次数的反复弯曲后，测定其破断拉力,以破断拉力的大小说明绳的疲劳强度。

3、钢丝绳的受力状态

既然钢丝绳的破坏主要是疲劳破坏（而不是拉力超过钢丝绳破断拉力被拉断），首先要明白什么地方能引起钢丝绳的疲劳。

当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时，钢丝绳在卷筒上的状态：直-弯；

在滑轮上的状态：直-弯-直。

4、起重行业钢丝绳的直径比

由于钢丝绳通过滑轮折弯两次（直-弯-直），通过卷筒只折弯一次（直-弯），因此在GB/T 3811《起重机设计规范》中，对卷筒直径、滑轮直径与钢丝绳直径的比值，分别作了规定，卷筒直径与钢丝绳直径的比小于滑轮直径与钢丝绳直径的比，就是因为运行一次，卷筒上钢丝绳的折弯次数小于滑轮上钢丝绳的折弯次数。如图5所示（《起重机设计规范》P84）。

5、游乐行业钢丝绳的直径比

在卷绕和松开钢丝绳的过程中，在钢丝绳的钢丝上产生弯曲疲劳和挤压疲劳，增大卷筒和滑轮的直径，可以降低钢丝的弯曲应力和挤压应力，提高钢丝绳的寿命，因此GB8408中限制了卷筒和滑轮直径与钢丝绳直径的比，目的就是降低卷绕过程中的弯曲应力和挤压应力，提高钢丝绳的寿命。

包角的大小直接影响弯曲应力和挤压应力。包角在180°时，挤压合力为2F，包角在90°时，挤压合力为1.4F，包角的90°的合力约为包角180°合力的三分之二。所以，在包角不大于90°时，滑轮直径与钢丝绳直径之比应不小于20倍即可。

如图所示。

GB 8408中没有再细分，虽然滑轮上钢丝绳受到的疲劳要大于卷筒，但GB 8408 对卷筒、滑轮与钢丝绳直径，规定了一个统一的下限值。

6、卷筒直径和滑轮直径是如何计算

是按照按钢丝绳中心计算的卷筒、滑轮的最小卷绕直径计算。下面通过一个计算进行说明：例：游乐设施提升乘人装置用的卷筒绳槽底直径D=410mm，钢丝绳直径d=14mm，计算卷筒直径是否满足要求：

卷筒的计算直径：D0=D+d=410+14=424mm

卷筒直径与钢丝绳直径的比：n=D0/d=424/14=30.3

综上：30.3≥30.0,表明卷筒直径符合设计要求。

7、钢丝绳安全系数的计算方法

钢丝绳受力复杂，其曲率半径随不同场合使用变化较大。为了适应在不同的曲率半径中使用时都能满足强度和寿命要求，选用时应取较大的安全系数。

钢丝绳的安全系数应能保证在正常的疲劳应力和磨损条件下，在工作寿命周期中钢丝绳的可靠性。

钢丝绳安全系数是指在正常使用条件下，钢丝绳的破断拉力与实际使用拉力之比，是衡量钢丝绳使用安全性的重要指标。

钢丝绳安全系数的计算方法如下：

安全系数=破断拉力/实际使用拉力

其中，破断拉力是指钢丝绳断裂前的最大拉力值，实际使用拉力是指在正常使用情况下，钢丝绳所受到的实际拉力值。

8、索轮的直径与钢丝绳直径比

这个索轮是固定不动的，是轴与钢丝绳的连接件，相当于钢丝绳套环。带有绳槽，供绳索末端环绕扎结或绳夹固定，以防钢丝绳绕过轴时过度弯曲和磨损。

钢丝绳端固定部位，是否按照GB 8408 规定的直径比？

答案是否定的。

通过前面的分析可知，为什么限定卷筒、滑轮与钢丝绳的直径比，就是为了降低弯曲疲劳应力和挤压疲劳应力，而绳端固定是没有相对运动的，固定后位置相对不变的，因此就不存在变化的应力，也就不存在疲劳，所以这个地方不能按照GB 8408 规定的直径比。

应该按照《机械设计手册》标准执行：套环所采用的销轴直径不得小于钢丝绳直径的2倍。所以此处直径比为2，而不是30。