港口起重機(jī)鋼絲繩常見(jiàn)損傷與維護(hù)措施

程方洪

（三亞港務(wù)局港務(wù)公司 海南三亞）

鋼絲繩具有強(qiáng)度高、自重輕、彈性好、承載能力強(qiáng)以及在運(yùn)行和卷繞工作中無(wú)噪聲、不易驟然整根折斷、工作平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用在各類起重機(jī)。在港口裝卸作業(yè)中，人機(jī)交叉、晝夜作業(yè)，起重機(jī)作為裝卸作業(yè)的主要設(shè)備。若鋼絲繩因損傷而斷裂，則易引起重大的起重傷害事故，危及人員、設(shè)備的安全。因此分析鋼絲繩損傷原因，提出預(yù)防鋼絲繩損壞的對(duì)策，對(duì)加強(qiáng)港口安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益起到重要的作用。

一、鋼絲繩常見(jiàn)損傷形式分析

1.磨損

（1）外部磨損。鋼絲繩外部磨損指鋼絲繩外層繩股的鋼絲表面的磨損，是由于其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，鋼絲繩表面與滑輪和卷筒等物體表面接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成摩擦造成的。外部磨損導(dǎo)致鋼絲繩徑變細(xì)，外部的鋼絲被磨成平面狀，嚴(yán)重時(shí)引起鋼絲繩表面斷絲，降低了鋼絲繩安全使用的負(fù)載能力。當(dāng)外部磨損造成鋼絲繩實(shí)際直徑比公稱直徑減少超過(guò)10%或外層鋼絲磨損達(dá)40%時(shí)，即使沒(méi)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，也應(yīng)該更換。影響外部磨損的因素：①鋼絲繩表面潤(rùn)滑情況。良好的潤(rùn)滑可大大減少鋼絲繩外部磨損，潤(rùn)滑不良或鋼絲繩表面沾有灰塵和砂礫都會(huì)使磨損加劇。②鋼絲繩的結(jié)構(gòu)影響。相對(duì)而言，線、面接觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸型的鋼絲繩外部磨損小，而對(duì)于相同結(jié)構(gòu)、相同繩徑的鋼絲繩，鋼絲直徑大的耐磨性能較好。③滑輪材料的影響。相對(duì)金屬材料的滑輪，合成材料的滑輪或局部嵌有合成材料的滑輪因摩擦因數(shù)低，因此鋼絲繩的外部磨損較少。

（2）內(nèi)部磨損。鋼絲繩內(nèi)部磨損是指鋼絲繩的股與股之間、絲與絲之間出現(xiàn)相對(duì)滑移產(chǎn)生摩擦，造成鋼絲繩的內(nèi)部磨損。鋼絲繩在使用過(guò)程中，在卷筒和滑輪組穿繞時(shí)，各鋼絲的曲率半徑不可能相同，造成鋼絲繩內(nèi)股與股、絲與絲的相對(duì)滑移。鋼絲繩每經(jīng)過(guò)一次穿繞，鋼絲繩就由直變彎、再由彎變直，這樣反復(fù)循環(huán)拉升彎曲，深凹處產(chǎn)生應(yīng)力集中而被折斷，形成了內(nèi)部磨損。影響內(nèi)部磨損的因素：①滑輪、卷筒的直徑。滑輪、卷筒的直徑愈小，鋼絲繩彎曲應(yīng)力愈大，繩的內(nèi)部磨損也愈大。②鋼絲繩的結(jié)構(gòu)影響。線、面接觸鋼絲繩的鋼絲單位面積承受的壓力比點(diǎn)接觸鋼絲繩的鋼絲小，因此耐磨能力較好。

2.疲勞

鋼絲繩的疲勞指鋼絲繩在使用過(guò)程中，承受彎曲、拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等力的作用，這些交變載荷和沖擊載荷使鋼絲繩產(chǎn)生橫向和縱向的振動(dòng)、內(nèi)部產(chǎn)生摩擦、擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致鋼絲繩幾何形狀的破壞和負(fù)載能力的下降。按交變應(yīng)力的不同，疲勞可分為彎曲疲勞、拉壓疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、振動(dòng)疲勞等。

（1）彎曲疲勞。鋼絲繩在使用過(guò)程中，反復(fù)在卷筒和滑輪組穿繞，鋼絲繩由直變彎，再由彎變直。這樣反復(fù)彎曲，使鋼絲繩產(chǎn)生疲勞，韌性下降，最終導(dǎo)致斷絲。疲勞斷絲往往出現(xiàn)在鋼絲繩的外層鋼絲上，當(dāng)斷絲數(shù)達(dá)到GB/T 5972-2009的數(shù)量要求時(shí)，應(yīng)予以報(bào)廢。

（2）拉壓疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、振動(dòng)疲勞。起重機(jī)在吊運(yùn)載荷的過(guò)程中，頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、起升和下放物件，反復(fù)受到拉伸、扭曲、振動(dòng)等應(yīng)力的綜合作用，當(dāng)次數(shù)超過(guò)一定數(shù)值后，鋼絲繩將出現(xiàn)金屬疲勞現(xiàn)象。影響疲勞的因素：①鋼絲繩潤(rùn)滑情況。表面經(jīng)常涂油，潤(rùn)滑良好的鋼絲繩的疲勞性能優(yōu)于不涂油的鋼絲繩，這是因?yàn)橥坑涂纱蟠鬁p少鋼絲繩的磨損。對(duì)于不同繩芯的鋼絲繩，因?yàn)槁樾句摻z繩比金屬芯、尼龍芯鋼絲繩柔性好，浸油效果好，能很好的對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑，所以疲勞壽命較高。②鋼絲繩的結(jié)構(gòu)影響。線、面接觸鋼絲繩的疲勞壽命明顯高于同規(guī)格的點(diǎn)接觸鋼絲繩。這主要是因?yàn)辄c(diǎn)接觸鋼絲繩股中，絲與絲之間是點(diǎn)接觸狀態(tài)，鋼絲表面承受擠壓應(yīng)力比線、面接觸鋼絲繩大；而對(duì)于不同強(qiáng)度的鋼絲繩，因?yàn)榈蛷?qiáng)度鋼絲繩中鋼絲彎曲、扭轉(zhuǎn)性能較好，造成低強(qiáng)度鋼絲繩的疲勞壽命較高。③滑輪的影響?；喼睆皆龃?，增大了彎曲角度，減少了鋼絲繩中鋼絲的彎曲應(yīng)力。相對(duì)金屬材料的滑輪，合成材料的滑輪或局部嵌有合成材料的滑輪改善了與鋼絲繩的接觸條件，摩擦因數(shù)降低，耐疲勞壽命提高。

3.腐蝕

港口所處的環(huán)境由于海風(fēng)、日照、鹽霧、高溫、高濕等使鋼絲繩極易受潮銹蝕，特別是鹽霧中的氯離子，對(duì)鋼絲繩有強(qiáng)烈的腐蝕穿透能力，很容易穿透金屬表面的氧化層和防護(hù)層，與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)港口在裝卸如煤炭、化肥、礦物、石膏、水泥等大宗散裝貨物時(shí)，大量微小固體顆粒、空氣中的灰塵和懸浮的物料粉粒極易吸附在鋼絲繩表面，使鋼絲繩腐蝕，導(dǎo)致鋼絲繩表面粗糙，截面積減小，彈性和承受沖擊的能力降低。影響腐蝕的因素：①鋼絲繩潤(rùn)滑情況。經(jīng)常對(duì)鋼絲繩涂油能極大地減少腐蝕對(duì)鋼絲繩的影響。②鋼絲繩的材料影響。鍍鋅、鍍鋁等特種鋼絲繩因鋼絲表面會(huì)形成氫氧化鋅、氫氧化鋁的保護(hù)薄膜，能有效防止鋼絲繩的腐蝕。

4.變形

鋼絲繩失去正常形狀而產(chǎn)生可見(jiàn)的畸形稱為變形。鋼絲繩的變形從外觀上區(qū)分，主要有3種情況。

（1）扭結(jié)。扭結(jié)是指鋼絲繩在局部扭曲后產(chǎn)生的永久性變形，是由于鋼絲繩成環(huán)狀在不允許繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下被繃緊而造成的一種變形。扭曲的方向與鋼絲繩的旋向一致的為正扭結(jié)，反之為負(fù)扭結(jié)。鋼絲繩產(chǎn)生扭結(jié)后，強(qiáng)度往往顯著降低，正扭結(jié)的強(qiáng)度只有原強(qiáng)度的60%～80%，負(fù)扭結(jié)的強(qiáng)度還不到原強(qiáng)度的50%，嚴(yán)重時(shí)強(qiáng)度將降低到只有原來(lái)的10%。影響扭結(jié)的因素：①鋼絲繩的結(jié)構(gòu)影響。阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩因?yàn)樵诔休d時(shí)只有很少的旋轉(zhuǎn)量，所以比非阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩抗扭結(jié)能力強(qiáng)。但是，如果選用抗旋轉(zhuǎn)能力較小的鋼絲繩，則可以通過(guò)借助旋轉(zhuǎn)接頭來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，以使可能產(chǎn)生的危害降到最小。②操作人員的責(zé)任心。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩出現(xiàn)扭結(jié)的跡象時(shí)，要立即停止操作，將鋼絲繩釋放還原，避免造成更嚴(yán)重的破壞。

（2）局部壓扁。局部壓扁往往是鋼絲繩與其他設(shè)備不正常接觸造成的局部幾何形狀的變形。一是由鋼絲繩在卷筒上卷繞錯(cuò)亂，造成鋼絲繩相互擠壓變形；二是鋼絲繩越過(guò)卷筒凸緣及擋繩裝置或滑輪槽及擋繩裝置，造成鋼絲繩的局部軋壞，導(dǎo)致幾十甚至上百米的鋼絲繩因局部的軋壞而報(bào)廢。影響局部壓扁的因素：①起重設(shè)備的技術(shù)狀況。起重設(shè)備是否設(shè)置可靠的卷筒、滑輪的擋繩裝置，并且卷筒、滑輪的外圈與擋繩裝置上的擋繩桿或擋繩板的間隙應(yīng)不大于鋼絲繩公稱直徑的0.5倍；②操作人員的操作技能。操作人員在操作中要做到穩(wěn)、準(zhǔn)、安全，避免急加速、減速。在釋放鋼絲繩時(shí)，不要將鋼絲繩放的過(guò)多，以免造成卷筒上鋼絲繩松繩，導(dǎo)致起升時(shí)鋼絲繩在卷筒上卷繞錯(cuò)亂甚至被強(qiáng)拉出卷筒的擋板，使鋼絲繩局部軋壞而報(bào)廢。

（3）波浪形變形。波浪形變形是指鋼絲繩無(wú)論在承載還是在卸載狀態(tài)下，其縱向軸線呈螺旋線形狀的變形。波浪形變形不一定產(chǎn)生強(qiáng)度的損失，但變形嚴(yán)重時(shí)，可能產(chǎn)生跳動(dòng)造成鋼絲繩傳動(dòng)不規(guī)則。長(zhǎng)期工作之后，會(huì)引起磨損加劇和斷絲。

二、防治措施

1.合理選擇鋼絲繩

針對(duì)港口作業(yè)強(qiáng)度大、連續(xù)作業(yè)、人機(jī)交叉等作業(yè)特點(diǎn)，為確保安全生產(chǎn)，因此要優(yōu)先選用強(qiáng)度高、安全系數(shù)大的線、面接觸鋼絲繩。港口起重機(jī)用鋼絲繩的使用實(shí)踐證明，線接觸鋼絲繩的使用壽命比點(diǎn)接觸鋼絲繩長(zhǎng)2～3倍。對(duì)多層卷繞的，優(yōu)先選用產(chǎn)生扭曲變形小的鋼繩芯鋼絲繩。

為有效降低起升作業(yè)時(shí)旋轉(zhuǎn)載荷造成的危害，應(yīng)選用在承載時(shí)只有很少旋轉(zhuǎn)量的阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。如選用非阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩時(shí)，則需要在鋼絲繩的自由端設(shè)置旋轉(zhuǎn)接頭來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)載荷造成的危害降到最小。

2.正確儲(chǔ)存和安裝鋼絲繩

鋼絲繩應(yīng)儲(chǔ)存在涼爽、干燥的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，避免陽(yáng)光曝曬，而且要加墊墊高，不與地面直接接觸。如果放在戶外，則鋼絲繩應(yīng)用防雨布覆蓋。

鋼絲繩在釋放、安裝過(guò)程中應(yīng)盡量避免砂粒等污物粘在鋼絲繩表面，以減少鋼絲繩的損傷。當(dāng)鋼絲繩從卷盤或繩卷展開(kāi)時(shí)，應(yīng)該逐圈展開(kāi)，并應(yīng)采取措施避免繩的打結(jié)、扭曲或彎折現(xiàn)象，卷入卷筒要防止亂繩。鋼絲繩安裝后，起重機(jī)應(yīng)用≥10%的額定載荷進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)操作，確保鋼絲繩穩(wěn)定就位。

3.加強(qiáng)卷筒、滑輪、鋼絲繩的檢修和保養(yǎng)

（1）卷筒。應(yīng)每月1次對(duì)卷筒和卷筒上鋼絲繩尾端的固定情況進(jìn)行檢查，當(dāng)卷筒出現(xiàn)裂紋或者卷筒壁厚磨損達(dá)壁厚的20%以上時(shí)，卷筒應(yīng)報(bào)廢。

（2）滑輪。加強(qiáng)對(duì)滑輪的檢查，滑輪繩槽應(yīng)光潔平滑，不得有損傷鋼絲繩的缺陷。當(dāng)滑輪出現(xiàn)裂紋、滑輪繩槽不均勻磨損達(dá)3 mm以上及繩槽壁厚磨損達(dá)原壁厚的20%等情況時(shí)，則應(yīng)報(bào)廢。經(jīng)常檢查滑輪防脫繩裝置是否完好，防脫繩裝置上的擋繩桿或擋繩板與滑輪最外緣的間隙，不應(yīng)超過(guò)鋼絲繩公稱直徑的0.5倍。

（3）鋼絲繩。應(yīng)經(jīng)常涂抹潤(rùn)滑油，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。應(yīng)加強(qiáng)檢驗(yàn)，每個(gè)工作日應(yīng)盡可能對(duì)鋼絲繩可見(jiàn)部位進(jìn)行外觀觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)一般的損壞和變形。每月至少1次的定期檢驗(yàn)，定期檢驗(yàn)應(yīng)盡量做到全長(zhǎng)檢查，重點(diǎn)對(duì)起重機(jī)鋼絲繩使用受載最頻繁的區(qū)段實(shí)施。如：鋼絲繩尾端的固接部位、通過(guò)滑輪組或繞過(guò)滑輪的繩段、繞過(guò)平衡滑輪和卷筒上的繩段、由于外界因素（如艙口、緣圍等）可能引起鋼絲繩磨損的部位。

4.加強(qiáng)操作人員的教育培訓(xùn)

操作人員必須持證上崗，操作中要嚴(yán)格遵守起重機(jī)安全操作規(guī)程。每年至少1次對(duì)操作人員進(jìn)行崗位技能培訓(xùn)，提高操作人員的操作技能。加強(qiáng)操作人員的工作責(zé)任心，落實(shí)好交接班制度，養(yǎng)成班前檢查、班中注意觀察、班后復(fù)查的良好習(xí)慣。