港口輪胎起重機對滑輪的使用要求

（天津港機械設(shè)備租賃有限公司，天津 300456）

摘 要：（1）選擇較高硬度的材料提高滑輪的使用周期。（2）硬度相對較高鋼制滑輪的耐磨程度，以及其鋼絲使用壽命的影響條件。（3）盡可能是滑輪的使用強度得到提升，以保證起重機的安全使用。

關(guān)鍵詞：起重機;滑輪;使用周期

在起重機械運行過程中，鋼絲繩轉(zhuǎn)動是比較傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動方式，具有使用時間長、安全性能好、可靠程度高等優(yōu)勢，在起重機整體運轉(zhuǎn)過程中，鋼絲繩轉(zhuǎn)動的作用舉足輕重。提高鋼絲繩傳動性能的重要途徑之一，是提高滑輪的品質(zhì)，使得滑輪具有高的耐磨性、高的輪緣強度和高的運動精度。在鋼絲繩轉(zhuǎn)動的過程中，對轉(zhuǎn)動力與載荷起到承受作用的便是滑輪，而且滑輪還能夠使力的方向發(fā)生改變，是整個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的最基本的部件之一，在起重機械中存在的數(shù)量很多，且普遍位于高空位置，如果出現(xiàn)破損，更換難度較大，不僅如此，滑輪還是確保起重機安全使用的重要部件。因此研究與改進的主要目標(biāo)是提高滑輪的耐磨性和提高安全使用周期。近年來，根據(jù)港口起重機國際市場的需求，某些公司提出“不更換滑輪”的理念，采用高硬度鋼質(zhì)滑輪，以此改變了滑輪作為易損部件的性質(zhì)。為此，針對滑輪材料與硬度的不同，工作過程中搭配不同材質(zhì)的鋼絲繩會產(chǎn)生不用程度的疲勞磨損，本文針對這一問題進行系統(tǒng)分析，從而合理匹配鋼絲繩和滑輪，處理好兩者在耐磨性方面的矛盾對設(shè)備用戶具有重要意義。

1 鋼質(zhì)滑輪的磨損機理與耐磨性比較研究

在滑輪進行工作的過程中，最主要的一對摩擦附件便是繩槽與鋼絲繩，兩者相接觸地方的接觸狀態(tài)、運動關(guān)系、應(yīng)力強度、金相組織結(jié)構(gòu)、材料特性等都會影響它們之間磨損的速度。鋼絲繩繞過滑輪過程中，起方向引導(dǎo)作用的部位主要是滑輪側(cè)壁，同時，它還能夠保證鋼絲繩可以在繩槽內(nèi)順利運動，避免發(fā)生脫輪現(xiàn)象，另外，位于繩槽底部的接觸面呈圓弧曲面，能夠?qū)︿摻z繩起到支撐作用，還能夠在一定程度上改變鋼絲繩的傳力方向。因為滑輪側(cè)壁與底部在工作時的狀態(tài)不同，兩者的磨損機制與磨損程度也存在差異，只有滑輪槽與鋼絲繩之間的偏角在5o時，鋼絲繩在運動過程中才不會與槽壁發(fā)生摩擦，此時的槽壁的使用磨損可以不在考慮范圍之內(nèi)，主要的磨損發(fā)生在滑輪槽底與鋼絲繩的接觸部位。如果滑輪平行擺放（如天津港在用的QLY25，QLY40，QLY50，QLY65型輪胎起重機的變幅機構(gòu)的平衡滑輪全部平行擺放）其首先磨損的部位是滑輪繩槽側(cè)壁。平衡擺放的滑輪磨損機理是：變幅重載運行時鋼絲繩與滑輪繩槽底部接觸，輕載或空載時變幅運行時由于平衡滑輪組的重力向下的緣故，鋼絲繩與繩槽側(cè)壁磨損。目前以上四種噸位的輪胎起重機其變幅機構(gòu)的滑輪磨損全部在繩槽側(cè)壁，滑輪側(cè)壁變薄或彎曲變形。

（1）滑輪繩槽底部的磨損機理。鋼絲繩繞過滑輪工作時，滑輪與鋼絲繩因進行連續(xù)的滾動接觸而產(chǎn)生很大的疲勞磨損，這是運行中的主導(dǎo)摩擦，同樣不能忽略的是鋼絲繩在纏繞瞬間地滑輪底部也會產(chǎn)生一定程度的粘著、氧化、切削等復(fù)合磨損。試驗表明，鋼絲繩的相對硬度是直接影響滑輪磨損速度的主要因素。從鋼絲繩硬度范圍（HRC47～52）的角度出發(fā)，可以將繩槽硬度分為四個基本等級，分別為低硬度、中硬度、中高硬度、高硬度（見表1），其中，中高硬度等級的滑輪與鋼絲硬度相一致。

鋼絲繩滑輪磨損試驗表明，對于未經(jīng)熱處理的Q235、ZG35等低硬度鋼質(zhì)滑輪，繩槽底表面形成明顯的鋼絲繩壓痕，而中高硬度以上的滑輪繩槽表面無明顯壓痕顯示。新滑輪開始使用階段存在早期磨合磨損現(xiàn)象，滑輪表面硬度不同其磨損量也不同（見表2）。經(jīng)過早期磨合后，磨損曲線普遍趨于平緩，斜率便?。ㄒ妶D1）。其原因，對于中、低硬度滑輪而言，主要是這兩種滑輪的硬度低于鋼絲繩鋼絲的硬度，在配合運動過程中，實際上產(chǎn)生了對滑輪槽底的冷作加工，形成表面硬化效應(yīng)，根據(jù)實測冷作加工前后的硬度如表3;對于中高硬度和高硬度滑輪，由于繩槽底部表面硬度等于或大于鋼絲硬度，滑輪經(jīng)過早期非穩(wěn)定磨損后，磨損曲線逐漸趨于水平，即經(jīng)初期磨合后繩槽底部繼續(xù)磨損的速度極慢。

（2）鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式，滑輪直徑D與鋼絲繩直徑d （D/d）的比值等因素對滑輪磨損的影響。從鋼絲與鋼絲接觸狀態(tài)的角度看，主要可以分為點、線、面三種接觸方式。

其中，線接觸方式為主的鋼絲繩，在結(jié)構(gòu)方面稍密實，強度較高，撓性稍差，但鋼絲繩的使用壽命比較高。因此，在起重機中被廣泛應(yīng)用。 不同的鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式，其表面與繩槽底部的接觸面積亦不同，繩槽底部的法向載荷也隨之差異。鋼絲繩與滑輪的接觸弧長，進出繩間的夾角等，它們又與比值D/d相關(guān)，比值D/d越大，法向載荷越小。故選用大比值D/d的滑輪和選用多層不旋轉(zhuǎn)繩，均能有效降低繩槽槽底法向載荷，從而減少滑輪和鋼絲繩的磨損。在結(jié)構(gòu)空間允許的情況，盡量選用較大直徑的滑輪和卷筒。另外卷筒的結(jié)構(gòu)形式對鋼絲繩的磨損也起到至關(guān)重要的作用。

2 不同硬度的鋼質(zhì)滑輪對鋼絲繩使用壽命的影響

利用通用鋼絲繩公司（美國）生產(chǎn)直徑14.5mm的鋼絲繩，配用常州滑輪廠按試驗要求設(shè)計制造的六種不同硬度的滑輪（見表4），在試驗臺上進行分別循環(huán)試驗，試驗的參數(shù)（載荷、行程、頻率、滑輪與鋼絲繩直徑等）完全相同，鋼絲繩報廢標(biāo)準(zhǔn)按GB5972-86《起重機械用鋼絲繩檢驗和報廢實用規(guī)范》實施。

實驗表明，由低硬度到高硬度滑輪的實驗過程中，相應(yīng)的鋼絲繩壽命曲線呈現(xiàn)出兩個峰值，呈M形，繩槽硬度無論過低還是過高，都會對鋼絲繩壽命產(chǎn)生消極影響，從表5與圖2的顯示結(jié)果來看，將表面硬度控制在HRC30和HRC50左右，使用壽命最長。

3 鋼絲繩滑輪最佳匹配建議

鋼絲繩與滑輪是互為匹配的一對磨損件。從降低設(shè)備營運成本角度看，提高鋼絲繩壽命有顯著經(jīng)濟效益;滑輪在大型起重機上數(shù)量多，多數(shù)安裝在高空結(jié)構(gòu)件上，維護更換比較困難，提高滑輪耐磨性，減少維護和更換頻率，對提高整機使用可靠性和降低維護成本同樣十分重要。

綜合滑輪耐磨性及不同硬度滑輪對鋼絲繩使用壽命影響的研究結(jié)果，提出如下鋼絲繩與滑輪最佳匹配建議。

（1）港口起重機滑輪槽硬度的最佳硬度需要控制在HRC45-HRC50與HRC28-HRC36。其中，前者主要應(yīng)用在當(dāng)鋼絲繩線速度超過3 m/s時，或滑輪繩槽存在側(cè)向磨損不均勻時，如目前在港口大量使用的輪胎起重機的滑輪平行擺放的變幅機構(gòu)及門座起重機臂架頭部導(dǎo)向滑輪等情況中。后者則主要應(yīng)用在鋼絲繩線速度小于3m/s時，或滑輪槽不存在側(cè)向磨損邊緣時，如門座式起重機中的大部分導(dǎo)向滑輪，臂架頭滑輪除外。

（2）從當(dāng)前我國鋼絲繩的生產(chǎn)材質(zhì)與工藝情況來看，如果是六股的鋼絲繩，需要優(yōu)選1770N/mm2破斷強度的鋼絲繩，還要搭配HRC28～HRC36中硬度滑輪才能使用，這樣做能夠提升滑輪的耐用性，降低磨損，還能夠強化抗疲勞性，延長鋼絲繩的使用壽命。

（3）針對多股但不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩，因其與繩槽的接觸面壓力相對較低，所以需要搭配HRC45～HRC50中高硬度滑輪進行使用，可以在很大程度上提升鋼絲繩與滑輪的使用壽命。

（4）一般的鑄鋼滑輪與Q235、16Mn板材熱軋成型滑輪，與其他滑輪相比，在耐磨程度方面比較弱，相應(yīng)的鋼絲繩在使用壽命方面也比較短;如果繩槽硬度大于HRC53，則鋼絲繩在使用壽命方面與其他硬度滑輪相比會明顯偏低。這一點，在對起重機滑輪進行造型的過程中，一定要充分重視。

港口使用的起重機不宜使用普通鑄鋼滑輪及Q235、16Mn板材熱軋成型制成的滑輪。起升機構(gòu)宜使用HRC30～HRC40的中硬度滑輪;變幅機構(gòu)宜使用HRC45～HRC50中高硬度的滑輪。另外、變幅機構(gòu)的平衡滑輪宜立式擺放。

作者簡介：王靖昊（1987-），男，天津武清區(qū)人，本科，助理工程師，研究方向 ：港口流動機械。