塔式起重機用鋼絲繩選型及使用壽命研究

徐 超，洪峻松XU Chao, HONG Jun-song(湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院宜昌分院，湖北 宜昌 443000 )

塔式起重機用鋼絲繩選型及使用壽命研究

徐 超，洪峻松
XU Chao, HONG Jun-song
(湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院宜昌分院，湖北 宜昌 443000 )

[摘 要]鋼絲繩是塔式起重機的重要零部件，合理科學(xué)選用、正確安裝、及時維護保養(yǎng)，能夠有效延長鋼絲繩的使用壽命。本文首先介紹了塔式起重機鋼絲繩如何選型，并對影響其使用壽命的因素進行了研究，對塔式起重機鋼絲繩的正確選型和使用壽命的延長有現(xiàn)實意義。

[關(guān)鍵詞]塔式起重機；鋼絲繩；選型；使用壽命

塔式起重機在吊裝運輸過程中，鋼絲繩是其不可缺少的重要零部件和易損件，常常被人們稱為塔式起重機的“生命線”。塔式起重機工作過程中，起升鋼絲繩、變幅鋼絲繩以及其他用途的鋼絲繩都不同程度地受到了張拉、彎曲、扭轉(zhuǎn)以及擠壓作用，并且鋼絲繩之間產(chǎn)生的應(yīng)力又互相疊加，如果鋼絲繩選用不當(dāng)，或使用維護不當(dāng)會有很大的安全隱患甚至造成大的安全事故，所以對塔式起重機用鋼絲繩的正確選型和鋼絲繩使用壽命影響因素進行研究，不僅可以延長鋼絲繩的使用壽命，還對提高建筑工地上的工作效率和保障施工安全，具有重要意義。

1 鋼絲繩的選型

選擇使用合適的鋼絲繩可以降低安全風(fēng)險。對鋼絲繩進行選型時，不少人一直陷入一個誤區(qū)：鋼絲繩的強度級別越高越好。但事實并非如此，塔式起重機不同的工作機構(gòu)對鋼絲繩的要求不同，對鋼絲繩的安全系數(shù)要求也不相同，主要有起升鋼絲繩和小車牽引鋼絲繩等。雖然具有高抗拉強度的鋼絲繩不僅能承受大的負載而且有較強的抗擠壓能力，但這種高強度的鋼絲繩隨著強度的增加其韌性卻降低了，在工作過程中，遇到彎曲和扭轉(zhuǎn)時容易斷裂，所以在對鋼絲繩進行選擇時，不但要考慮安全系數(shù)，繩子捻制型式、線

表1 不同工作級別對應(yīng)的安全系數(shù)

按與鋼絲繩所在機構(gòu)工作級別有關(guān)的安全系數(shù)選擇鋼絲繩直徑，所選鋼絲繩的整繩最小破斷拉力應(yīng)滿足

F0≥Sn

式中 F0——鋼絲繩的整繩最小破斷拉力；

S——鋼絲繩最大工作靜拉力；

n——鋼絲繩的最小安全系數(shù)。

1.2 鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式

1.2.1 捻制型式

塔式起重機用鋼絲繩的捻制和結(jié)構(gòu)型式影響其使用壽命的長短，鋼絲繩不同的制造型式應(yīng)該對應(yīng)不同的使用環(huán)境。在實際使用過程中，交互捻鋼絲繩就比同向捻鋼絲繩的交變系數(shù)要小，且交互捻鋼絲繩較少出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。除上述兩種鋼絲繩外，在塔式起重機中還普遍的使用一種不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩，這種鋼絲繩在工作過程中自由端不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并且能夠承受較大的抗擠變形，其總破芯結(jié)構(gòu)、性能和潤滑性能因素也應(yīng)該考慮，而且還應(yīng)考慮塔式起重機的實際工況。

1.1 安全系數(shù)及直徑

塔式起重機用鋼絲繩安全系數(shù)與其對應(yīng)機構(gòu)的工作級別見表1。斷拉力比普通起升鋼絲繩的破斷拉力大，在生產(chǎn)過程中塔式起重機起升機構(gòu)都優(yōu)先選用這種不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩。

塔式起重機用的多股鋼絲繩的可彎曲性強，填充率大，這就保證了鋼絲繩橫斷面能夠得到較好的利用，降低了鋼絲繩接觸繩槽時的壓力，更有效地消除內(nèi)應(yīng)力。在選用鋼絲繩時，由于其結(jié)構(gòu)的多樣性，應(yīng)主要考慮：鋼絲繩承檢載荷和換向載荷的類型、大小及時間過程；鋼絲繩可能的旋轉(zhuǎn)運動；鋼絲繩的使用長度和其他的特殊要求。

1.2.2 鋼絲繩的線芯結(jié)構(gòu)

按鋼絲繩內(nèi)部絲與絲的接觸方式可分類3種形式,即點接觸、線接觸和面接觸。由于線接觸鋼絲繩結(jié)構(gòu)緊密，斷面利用系數(shù)較高，繞經(jīng)滑輪和卷筒的機構(gòu)工作鋼絲繩應(yīng)選擇線接觸鋼絲繩。

鋼絲繩繩芯一般分為纖維芯鋼絲繩和鋼芯鋼絲繩。雖然鋼芯鋼絲繩在使用時對潤滑要求以及滑輪的直徑大小要求較嚴格，但其較高的徑向抗壓能力可以減少鋼絲繩在卷筒上多層纏繞時層與層之間的擠壓變形和內(nèi)部的磨損，所以纖維芯鋼絲繩只限在單層卷繞筒使用，建筑工地用塔機一般都是多層卷繞，所以塔式起重機用鋼絲繩推薦使用鋼芯鋼絲繩。

1.3 鋼絲繩工作環(huán)境

塔式起重機在腐蝕性環(huán)境中工作時，應(yīng)選用抗腐蝕的鍍鋅鋼絲繩，其使用壽命是普通鋼絲繩的3倍。塔式起重機在高溫或有明火的環(huán)境中工作時，應(yīng)選擇耐高溫的金屬芯或石棉芯鋼絲繩。

2 鋼絲繩的使用壽命

前文中提到，對鋼絲繩的正確選型關(guān)系到鋼絲繩的性能和質(zhì)量，根據(jù)塔式起重機各機構(gòu)特性選擇合適的鋼絲繩不僅能夠提高塔式起重機的工作效率而且還能延長鋼絲繩的使用壽命，同時也能夠保障塔式起重機在作業(yè)過程中的安全。鋼絲繩使用壽命的影響因素有很多，除了前文所提到的鋼絲繩的選型、使用環(huán)境之外，還有很多因素對鋼絲繩的使用壽命有影響，如鋼絲繩的運輸與存放、鋼絲繩的安裝、滑輪與卷筒的選擇、鋼絲繩的維護保養(yǎng)以及機器工作強度和設(shè)備的使用頻率等其他因素都不同程度的影響著鋼絲繩的使用壽命。

2.1 鋼絲繩的運輸與存放

在搬運裝卸鋼絲繩時，為了避免鋼絲繩的表面被損壞，應(yīng)采用合適的工具，在壓制鋼絲繩繩扣時，鋼絲繩表面不能粘上雜物，應(yīng)加強其表面防護，同時應(yīng)避免其表面被壓傷。不用的鋼絲繩應(yīng)選擇干燥通風(fēng)的環(huán)境進行存放。

2.2 鋼絲繩的安裝

采用合理科學(xué)的安裝技術(shù)及工藝，可以大大降低鋼絲繩發(fā)生扭結(jié)的幾率，從而使鋼絲繩的損耗程度得到降低，使其使用壽命延長。鋼絲繩應(yīng)在張緊狀態(tài)進行安裝。鋼絲繩的捻向決定了塔式起重機起升鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向，右捻繩從左向右排列，左捻繩從右向左排列。如果塔式起重機的起升機構(gòu)或是變幅機構(gòu)的卷筒設(shè)計加工了排繩槽，壓繩的方向已定，那么就應(yīng)根據(jù)卷筒的槽向選擇鋼絲繩的捻向。如果鋼絲繩纏繞亂時，應(yīng)立即停止纏繞，否則會損壞鋼絲繩，甚至使鋼絲繩報廢。所以鋼絲繩應(yīng)排列整齊，要進行繩端調(diào)整，調(diào)整不好應(yīng)調(diào)整2～3次，避免出現(xiàn)夾繩現(xiàn)象。

2.3 滑輪與卷筒的選擇

2.3.1 滑輪

塔式起重機鋼絲繩在滑輪上進行繞行時，承受拉力和彎曲應(yīng)力以及擠壓應(yīng)力。由于鋼絲繩復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，鋼絲繩承受的作用力，不僅有形變時產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，還有其在加工制造過程中殘余的彈性應(yīng)力。這就要求我們在設(shè)計和選用鋼絲繩滑輪時要考慮滑輪直徑、滑輪材質(zhì)、繩槽型式。

1）滑輪直徑 在拉力相同的情況下，滑輪直徑越大塔式起重機鋼絲繩的彎曲變形、彎曲應(yīng)力就會相應(yīng)的減小，鋼絲繩的使用壽命也就更長久，試驗證明滑輪直徑與鋼絲繩直徑的最佳比值為30。對于不同工作級別機構(gòu)的滑輪直徑必須符合給定工作級別條件下的直徑比值的要求，見表2。

2）滑輪材質(zhì) 滑輪材質(zhì)主要有鑄鐵和鑄鋼，鑄鐵較鑄鋼的有利。鋼絲繩繞過滑輪時，滑輪繩槽與鋼絲繩鋼絲的彈性模量影響著鋼絲繩的壓應(yīng)力。如果塔式起重機鋼絲繩選用較小的多層圓股繩或鋼芯多股繩，或者是股繩捻制繩時，為了能夠延長其使用壽命，經(jīng)常用較軟的材料做導(dǎo)向輪繩槽的襯墊。在塔式起重機中滑輪上使用彈性較好的繩槽襯墊，不僅能夠延長鋼絲繩的壽命，還能使塔式起重機壽命增加很多。這里，需要強調(diào)的是，當(dāng)鋼絲繩外部的接觸應(yīng)力減小時，鋼絲繩內(nèi)部的磨損反而會增加。所以，一般在槽底鑲鋁合金或尼龍襯墊，以降低鋼絲繩的接觸應(yīng)力，提高鋼絲繩的使用壽命。

表2 不同工作級別下的滑輪直徑與鋼絲繩直徑比值

3）繩槽型式 滑輪繩槽與鋼絲繩契合程度越好，鋼絲繩所承受的內(nèi)部和外部壓力就越小，鋼絲繩的使用壽命就越長。實驗證明圓形槽比其他型號的繩槽更適合塔式起重機鋼絲繩，特別是下方帶有切口的圓形槽與交互捻鋼絲繩比楔形槽能夠更好地適應(yīng)鋼絲繩作業(yè)。

2.3.2 卷筒

塔式起重機卷筒的選型對于其鋼絲繩的使用壽命影響很關(guān)鍵。鋼絲繩與卷筒的纏繞接觸面積應(yīng)盡可能大，鋼絲繩的排繩應(yīng)保持整齊，相鄰鋼絲繩間的摩擦力和擠壓力應(yīng)盡可能減小。如果卷筒加工有繩槽，鋼絲繩繩槽的取值應(yīng)為R=(0.53～0.6)d，節(jié)距的取值應(yīng)為t=(1.04～1.05) d，d為鋼絲繩直徑，繩槽和節(jié)距的合理選擇能在很大程度上避免亂繩、爬繩和擠壓破壞等現(xiàn)象。

2.4 鋼絲繩的維護保養(yǎng)

鋼絲繩的安全使用在很大程度上取決于后期的維護及保養(yǎng)。鋼絲繩的結(jié)構(gòu)對外界影響反應(yīng)靈敏，要想提高鋼絲繩的性能和使用壽命，除了前文提到鋼絲繩和滑輪的正確選型，在使用過程中還要定期做好鋼絲繩的日常維護和保養(yǎng)工作。

鋼絲繩在承受載荷時，受到拉力和滑輪擠壓的共同作用，同時鋼絲繩之間以及繩股之間的相互擠壓都會摩擦發(fā)熱。鋼絲繩的潤滑油耗盡時就會生銹，導(dǎo)致鋼絲繩的質(zhì)量受到影響，內(nèi)層鋼絲繩生銹可能導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。因此，定期潤滑對提高鋼絲繩的性能和使用壽命有很大的作用。塔式起重機在長期的使用過程中需要經(jīng)常對鋼絲繩進行潤滑處理，以讓鋼絲繩和整個的起升、變幅部分發(fā)揮更高的效率。

3 結(jié) 論

鋼絲繩的選型、安裝、維護保養(yǎng)是影響塔式起重機鋼絲繩壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對鋼絲繩的合理科學(xué)選用、正確安裝、及時維護保養(yǎng)，能夠有效延長鋼絲繩的使用壽命。在對塔式起重機鋼絲繩進行選型、安裝及使用維護時，只有不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高鋼絲繩的安裝和維護技術(shù)，才能延長鋼絲繩使用壽命，保證工地安全生產(chǎn)，降低作業(yè)成本，增加經(jīng)濟效益。

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（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號］TH212;TH213.3

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)05-0074-03

［收稿日期］2015-01-12

Research of wire rope selection and service life in using tower crane