1.前沿
核能行业中对操作核燃料、核废料、放射性物质等这类起重设备设计时除按照一些国标外，还要遵守核能行业的特殊规定，比如NB/T 20234-2013 “核电厂专用起重机设计准则”中对钢丝绳的缠绕系统做出如下规定:
要求（a）、双钢丝绳卷绕系统的设计应保证两套系统能均衡地分配载荷并在一套发生故障时，另一套能保持住危险载荷。
要求（b）、钢丝绳在起吊最大危险载荷（无冲击）加上吊钩滑轮组重量，钢丝绳的安全系数不应小于10，或每个双系统中的钢丝绳不应小于5。
该准则对钢丝绳的安全系数和承载路径数量给出了明确规定，其根本目的是为了保持住危险载荷，不发生因载荷跌落造成的放射性物质外泄。何谓危险载荷？根据NB/T 20234中定义，危险载荷是指“可能直接或间接引起放射性物质释放的起重机吊运载荷。”由此可以判断，前文中提到的核燃料、核废料以及放射性物质都属于这类载荷。由于钢丝绳的结构特点和破坏模式，因此该标准对钢丝绳的缠绕系统设计中提出了更高的要求。本文将对满足以上要求的钢丝绳缠绕形式、特点、使用条件进行分析。
2.缠绕系统设计
对于要求（b）中规定的安全系数，一般通过增加钢丝绳直径或者选用破段拉力更高等级的钢丝绳来实现，本文不再特别介绍，重点分析和介绍满足要求（a）的钢丝绳缠绕系统形式。
2.1 平行缠绕
首先介绍一种满足（a）要求的最基本缠绕系统，如图2-1所示，f1和f2两根钢丝绳分别在吊钩滑轮组的两侧上下缠绕，结构简单，倍率m最小可达到2。假设当钢丝绳f1发生断裂时，动滑轮组被钢丝绳f2拉持，动滑轮组将失去平衡，被吊重物会短暂冲击下降，直到所有载荷都传递到钢丝绳f2上，此时载荷停止运动，重物被保持住。平行缠绕是满足（a）要求的基本缠绕方式，动滑轮组设计时应对冲击载荷进行校核，且滑轮上的保护罩强度应保证钢丝绳不会从滑轮槽中脱出。该类型缠绕系统适合小吨位起升机构，对滑轮组设计条件不至于太过苛刻。
图2-1
2.2交叉缠绕
钢丝交叉缠绕系统设计有三种形式，分别定义为A、B、C型，首先介绍A型缠绕，如图2-2所示。A行缠绕系统是在平行缠绕系统基础上的升级设计，其特点是f1和f2两根钢丝绳通过上部的换向滑轮在动滑轮组两侧交叉布置，其原理是将两个独立的单根钢丝绳缠绕系统合并，在满足基本要求（a）的同时，还具备以下优点，当钢丝绳f1断裂时，由于钢丝绳f2经过动滑轮两侧缠绕，承受f1传递过来的载荷同时，还能够保持动滑轮组的平衡，吊钩上的重物在竖直方向只有很小的位移（该位移由钢丝绳f2承载加倍发生形变而产生）。A行缠绕系统的倍率最小为4，并可扩展到6、8…等倍率，由此动滑轮组外形尺寸将随着倍率的增大而增大，适合起重量较大的起升机构。
图2-2
B型缠绕系统如图2-3所示，可看做是4倍率A型缠绕系统的变形，B型缠绕的倍率只能是4。动滑轮组为十字形布置，钢丝绳f1和钢丝绳f2分别通过十字形的一条直线路径进行缠绕。当钢丝绳f1断裂时，钢丝绳f2将承受f1传递过来的载荷，保持载荷不跌落。但需特别注意，这种十字形动滑轮组的结构对称性和质量分布应中心对称，这样才能保证钢丝绳f2均匀的承受载荷，且滑轮组保持平衡。B型结构由于动滑轮组十字形布置，空间站位比较大，适合操作物项周围空旷的环境使用，且适合小起重量的起升机构。
图2-3
C型缠绕系统如图2-4所示，是一个2倍率的钢丝绳缠绕结构，两个动滑轮上下布置，钢丝绳f1通过上层动滑轮缠绕，钢丝绳f2通过下层动滑轮缠绕，当钢丝绳f1断裂时，钢丝绳f2将承受f1传递过来的载荷，保持载荷不跌落。C型缠绕系统比B型的动滑轮组空间站位明显缩小，且倍率可以减小到2，因此可以适合起重量更小的起升机构。
图2-4
3.总结
钢丝绳平行缠绕和交叉缠绕都能满足设计标准（NB/T20234）的要求，但往往采购方在标准之上提出更高的要求，即在满足要求（a）、（b）的同时，还要求当一根钢丝绳发生断裂时，动滑轮组仍保持平衡。如此只有交叉缠绕系统才能满足这一要求。
本文对几种钢丝绳交叉缠绕方式的设计特点进行了详细分析，设计者在工作时，应结合标准、采购文件、设备参数、空间限制等综合因素合理选择。
参考文献：
[1] 王金诺等，起重机设计手册 北京：中国铁道出版社，2013
[2] NUREG-0554 Single-Failure-Proof Cranes for Nuclear Power Plants
[3]ASME NOG-1-2010 Rules for Construction of Overhead and Gantry Cranes (Top running Bridge, Multiple Girder).
