起重機(jī)提升鋼絲繩纏繞的原因分析及預(yù)防

薛建平

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

起重機(jī)提升鋼絲繩纏繞的原因分析及預(yù)防

薛建平

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

鋼絲繩既是起重機(jī)安全生產(chǎn)的3大重要構(gòu)件之一，也是發(fā)生故障頻次較高的易損件之一，其中鋼絲繩纏繞是比較常見的故障之一。對企業(yè)而言，鋼絲繩損傷后，不但影響正常生產(chǎn)，造成安全隱患，同時(shí)也提高企業(yè)的維修成本。因此，正確掌握和使用鋼絲繩是十分重要的。如果鋼絲繩的選擇、安裝、維護(hù)保養(yǎng)和使用不當(dāng)，容易發(fā)生鋼絲繩的損壞而導(dǎo)致嚴(yán)重傷害事故或重大險(xiǎn)情，給國家和人民帶來重大的損失。

起重機(jī)；鋼絲繩纏繞；原因分析；預(yù)防措施

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,港口碼頭的建設(shè)突飛猛進(jìn), 船舶修造企業(yè)比比皆是，每當(dāng)我們走進(jìn)港口碼頭、船舶修造企業(yè)、走近遠(yuǎn)洋貨船，首先看到的是形態(tài)各異的各類起重機(jī)械設(shè)備如：臂架型起重機(jī)(門座起重機(jī)、塔式起重機(jī)、浮游起重機(jī)、自行式起重機(jī)等)、橋架型起重機(jī)(橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、運(yùn)載橋等)以及船上的各式克令吊、食品吊、雜物吊、軟管吊、備件吊、平移吊、龍門吊、燈吊、起貨屬具以及機(jī)艙行車、電動(dòng)葫蘆、電梯、貨物提升機(jī)等起重裝置(包括各式救生艇、救助艇、吊艇架等裝置。船用舷梯的舷梯絞車、舷梯翻梯裝置、舷梯吊架等起重裝置)，所有起重機(jī)都有一個(gè)共同特點(diǎn)就是都離不開鋼絲繩。

鋼絲繩既是起重作業(yè)中應(yīng)用最廣泛的撓性構(gòu)件，也是起重機(jī)安全生產(chǎn)的三大重要構(gòu)件之一，同時(shí)也是發(fā)生故障頻次較高的易損件之一，其中鋼絲繩纏繞是比較常見的故障之一。

起重機(jī)鋼絲繩強(qiáng)度高、自重輕、柔韌性好、耐沖擊、安全可靠。

但起重機(jī)使用的鋼絲繩工作環(huán)境和條件相對惡劣,不僅要經(jīng)受風(fēng)吹雨淋的侵蝕,還要承受起吊貨物時(shí)可能出現(xiàn)的野蠻操作、碰撞以及卷筒纏繞和導(dǎo)向輪彎曲作業(yè)等。

鋼絲繩在工作中,受以下幾種力的作用[1]：①拉力，吊鉤上的負(fù)荷，通過動(dòng)滑輪組分配到分支鋼絲繩上，變成對鋼絲繩的拉力，在鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。②彎曲力，鋼絲繩在滑輪上、卷筒上的彎曲，都在鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲應(yīng)力。③擠壓力，鋼絲繩在滑輪和卷筒槽中，都受到很大的擠壓力，從而產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力。④摩擦力，鋼絲繩與滑輪槽和卷筒槽，以及卷筒上纏繞的鋼絲繩層間相對滑動(dòng)的表面，均產(chǎn)生摩擦力。這種摩擦力使鋼絲繩表面與滑輪表面或卷筒表面產(chǎn)生摩擦，并在鋼絲繩表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力。⑤扭力，這種力主要是在制造鋼絲繩過程中擰緊產(chǎn)生的，在鋼絲繩斷面表現(xiàn)為剪切應(yīng)力。

上述因素使鋼絲繩產(chǎn)生了銹蝕、變形以及磨損、疲勞和斷絲等損壞,從而降低了鋼絲繩的強(qiáng)度,縮短了鋼絲繩的壽命。如果鋼絲繩在選擇、安裝、維護(hù)保養(yǎng)和使用不當(dāng)，容易發(fā)生鋼絲繩損傷或斷裂，鋼絲繩的損壞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，造成傷害事故或重大險(xiǎn)情，給國家和人民帶來重大的損失。所以鋼絲繩既是起重機(jī)械的重要零件之一，也是保證起重作業(yè)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

鋼絲繩廣泛應(yīng)用在起重機(jī)上。我們必須先了解一下鋼絲繩的用途及構(gòu)造[2]：鋼絲繩由鋼絲、繩股和繩芯組成。

繩股是鋼絲繩的主要組成部分，由制繩鋼絲，用機(jī)械方式絞捻而成。除密封鋼絲繩外，一般均有多股構(gòu)成，股數(shù)多的有18股、34股、最少3股。多股(17股以上)和4股為不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。

繩芯的作用是支撐固定繩股的位置，保持鋼絲繩形狀穩(wěn)定，減少繩股之間鋼絲的摩擦。

鋼絲繩按用途可分為：①支持繩,用于懸掛橋梁、電纜、張拉桅桿和煙囪等。使用時(shí)，它承受拉力，主要指標(biāo)是抗拉強(qiáng)度。伸長率要小，所以纖維繩芯不適用作支持繩。②承載繩,用作架空索道、礦車軌道索等。它主要承受壓力和拉力，要求強(qiáng)度高、表面光滑、結(jié)構(gòu)緊湊、支撐表面大。③牽引繩,在動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和運(yùn)輸機(jī)械中傳遞拉力時(shí)使用。它主要承受拉力，要求耐磨、抗擠壓、有韌性，經(jīng)得起長期彎曲；其外層鋼絲要稍粗些，采用金屬繩芯。④提升繩，用來提升重物。它在使用時(shí)除了受拉力，還承受彎曲力和摩擦力，要求有較高的強(qiáng)度和韌性；彎曲應(yīng)力要??；耐疲勞，耐磨損，并能較好地抵抗沖擊載荷。⑤系扎繩，用于捆扎、拖船和系船等。使用時(shí)它基本處于受拉狀態(tài)，由于需要手工捆扎、打結(jié)，要求柔軟性好。

筆者從上世紀(jì)80年代起至今，一直從事與起重作業(yè)相關(guān)的管理工作，在這幾十年的工作中深深體會(huì)到，對企業(yè)而言，鋼絲繩損傷后，不但影響了正常生產(chǎn)，也增加了安全隱患，同時(shí)也提高了企業(yè)的維修成本。因此，作為起重機(jī)管理和作業(yè)人員，正確掌握和使用鋼絲繩是十分重要的。

1 鋼絲繩纏繞(橋頭)產(chǎn)生的原因

首先分析一下產(chǎn)生鋼絲繩纏繞(橋頭)的原因。

普通鋼絲繩在使用時(shí)，無論同向捻，還是交互捻，當(dāng)受拉時(shí),都會(huì)產(chǎn)生由股和繩形成不同方向的不平衡的旋轉(zhuǎn)力矩,使鋼絲繩隨著提升高度和吊物質(zhì)量的增加,旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象會(huì)加劇,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成互相纏繞的現(xiàn)象。這種纏繞現(xiàn)象不僅使操作困難,而且使操作人員不安全,嚴(yán)重時(shí)吊鉤無法升降,影響工作的正常進(jìn)行。鋼絲繩纏繞后如繼續(xù)使用,由于繩之間的相互摩擦,捻距受到破壞,會(huì)加劇表面磨損及過早斷絲,縮短使用壽命。

隨著工業(yè)的發(fā)展，各類起重設(shè)備需要的卷揚(yáng)提升高度的增加，更有必要減少使用時(shí)的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。除了設(shè)法增加滑輪的直徑外，對普通鋼絲繩，在條件許可的情況下可將左捻和右捻鋼絲繩并列使用，使其各自產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩互相平衡，也可使用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。

必須注意的是，鋼絲繩從盤上解下來要進(jìn)行安裝時(shí)，鋼絲繩本身有些扭轉(zhuǎn)引起的纏繞現(xiàn)象和起重吊貨時(shí)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象不一樣。因此在安裝時(shí)，需把鋼絲繩延伸一直線和通常所說的放“橋頭”，安裝后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

我們認(rèn)為有如下幾方面的原因造成鋼絲繩的“纏繞”。

1)未按起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求采購鋼絲繩。起重機(jī)械用的鋼絲繩，應(yīng)符合GB 20118—2006《一般用途鋼絲繩》和GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》標(biāo)準(zhǔn)，并必須有產(chǎn)品檢驗(yàn)合格證。

2)采購鋼絲繩時(shí)未向產(chǎn)品單位強(qiáng)調(diào)釋放內(nèi)應(yīng)力的要求。

3)安裝鋼絲繩前未進(jìn)行拖線，新購鋼絲繩從卷盤卷繞到起升機(jī)構(gòu)上時(shí)，如果在卷盤上卷繞的力量沒有得到釋放，即使是防扭鋼絲繩也容易產(chǎn)生纏繞。

4)起重機(jī)上滑輪太小、太多、不活絡(luò)，卷繞在定滑輪和動(dòng)滑輪之間的鋼絲繩與垂直方向存在一定夾角，該夾角的存在會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩產(chǎn)生水平分力，從而導(dǎo)致動(dòng)滑輪圍繞垂直中軸線發(fā)生旋轉(zhuǎn)?；喌妮啿叟c鋼絲繩不匹配等，滑輪組之間鋼絲繩除了承受垂直力還存在一定的橫向水平分力，則會(huì)產(chǎn)生合成轉(zhuǎn)矩，從而促使這組鋼絲繩發(fā)生旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生纏繞。

5)鋼絲繩運(yùn)動(dòng)(走向)不在同一直線上。

6)鋼絲繩與卷筒的排序、鋼絲繩與卷筒旋向相反。鋼絲繩的卷繞，要盡量平滑，這樣才能發(fā)揮鋼絲繩的性能，延長使用壽命。

2 預(yù)防鋼絲繩纏繞采取的措施

合理選擇鋼絲繩是正確使用的基礎(chǔ)。選擇鋼絲繩要符合安全規(guī)程和使用對象的特性。鋼絲繩的品種及其特性，例如鋼絲繩的破斷拉力、柔軟性、耐疲勞性、耐擠壓性、旋轉(zhuǎn)性、耐腐蝕性等是影響鋼絲繩使用性能和使用壽命的主要因素，選擇適當(dāng)與否將會(huì)明顯地影響使用效果。

我們在起重機(jī)管理的工作實(shí)踐過程中，結(jié)合多年積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對因鋼絲繩可能引起的纏繞故障采取的主要預(yù)防措施有如下幾種方法，并且已經(jīng)取得了比較好的效果。

1)領(lǐng)取鋼絲繩時(shí)，檢查該鋼絲繩的合格證，以保證機(jī)械性能、規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求。

2)安裝鋼絲繩前，進(jìn)行拖線釋放鋼絲繩內(nèi)的殘余內(nèi)應(yīng)力。我們專門設(shè)計(jì)制作了一套鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力釋放助放器，如圖1所示。

圖1 鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力釋放助放器

工作原理：鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力釋放助放器的旋轉(zhuǎn)軸上有2組平面軸承，當(dāng)助放器在使用過程中受力時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸隨著鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力傳遞力的增加而旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到釋放內(nèi)應(yīng)力的目的。經(jīng)實(shí)際使用，該裝置取得了明顯的效果，在2011年獲得了國家實(shí)用新型專利(鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力釋放助放器，專利號201120178940.1)。

3)鋼絲繩安裝后，采用適當(dāng)?shù)姆椒恳砝@鋼絲繩，當(dāng)鋼絲繩卷繞完畢，應(yīng)將起重機(jī)全行程升降幾個(gè)來回之后，解除鋼絲繩自由端的固定，讓鋼絲繩自行釋放回轉(zhuǎn)內(nèi)力之后再予以重新固定。

4)鋼絲繩安裝后，在使用前，應(yīng)檢查起重機(jī)上所有滑輪必須活絡(luò)，卷繞在定滑輪和動(dòng)滑輪之間的鋼絲繩保持垂直。

5)起升高度較大的起重機(jī)，采用不旋轉(zhuǎn)、無松散傾向的鋼絲繩。采用其它鋼絲繩時(shí)，應(yīng)有防止鋼絲繩和吊具旋轉(zhuǎn)的裝置或措施。

6)在鋼絲繩固定端安裝防扭裝置。如果采用了上面介紹的幾種方法，起升鋼絲繩仍然有可能存在殘余旋轉(zhuǎn)內(nèi)力，應(yīng)采用防扭裝置可以動(dòng)態(tài)地釋放鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)內(nèi)應(yīng)力。

7)應(yīng)對日常使用的鋼絲繩和滑輪每天都進(jìn)行檢查，應(yīng)特別注意不易看到和不易接近的部位，如各滑輪處的滑輪是否活絡(luò)、鋼絲繩是否運(yùn)動(dòng)自如。如有異常應(yīng)消除故障后方可使用。

8)新鋼絲繩不要立即高速、重載下直接使用，而要在低速、中載條件下運(yùn)行一段時(shí)間，使鋼絲繩適應(yīng)使用狀態(tài)后，再逐步提高鋼絲繩運(yùn)行速度和加大提升載荷，即新鋼絲繩在進(jìn)行高速、重負(fù)荷作業(yè)前必須經(jīng)過初期磨合階段。新鋼絲繩使用一段時(shí)間后，對鋼絲繩進(jìn)行放“橋頭”處理。

9)如果鋼絲繩在使用中產(chǎn)生了纏繞，我們一般采取以下幾種辦法來消除。

(1)將起重機(jī)全行程升降幾個(gè)來回，設(shè)法使纏繞(橋頭)應(yīng)力朝卷筒方向延伸，最后將鋼絲繩收足(卷筒上鋼絲繩排滿)時(shí)，設(shè)法將鋼絲繩保險(xiǎn)(固定)住，然后再將卷筒上鋼絲繩末端固定鋼絲繩的固定裝置(壓板)拆除，把卷筒上鋼絲繩全部放下使其處于自由狀態(tài)，此時(shí)鋼絲繩的內(nèi)應(yīng)力自然而然地釋放完。之后將鋼絲繩重新恢復(fù)到原狀，將卷筒上鋼絲繩末端固定妥當(dāng)。此法可反復(fù)幾次，直至鋼絲繩纏繞應(yīng)力消除為止。

(2)直接將起重機(jī)有纏繞的鋼絲繩全部拆解下，重新進(jìn)行拖線(釋放纏繞應(yīng)力)后，再安裝妥當(dāng)。

在上世紀(jì)80年代末期，我們企業(yè)的2545門座式起重機(jī)主鉤鋼絲繩(型號為“ D-6×37+1-28.5-160-I ”)經(jīng)常“纏繞”，當(dāng)時(shí)的處理辦法是在起重機(jī)的“象鼻梁”底端，由鋼絲繩的盡根處承受負(fù)荷的拎攀、卸克與鋼絲繩連接，每當(dāng)需放鋼絲繩的“橋頭”時(shí)，拆卸卸克與鋼絲繩連接，放完“橋頭”后，恢復(fù)連接即可。

(3)如果是因起重機(jī)上的滑輪的變故或者鋼絲繩受到異常的機(jī)械性碰觸所引起，應(yīng)首先排除這些故障后，再?zèng)Q定采取何種措施來消除纏繞的故障。

(4)將起重機(jī)有纏繞的升降鋼絲繩強(qiáng)制(剛性)分開，即在2根鋼絲繩不影響升降段的位置段加裝分開裝置即可，如圖2所示。

圖2中為D3065K10門座式起重機(jī)副鉤鋼絲繩(30/5 t×60/65 m)，自從1999年1月投入使用以來，副鉤鋼絲繩就未能正常使用，主要原因就是鋼絲繩一受力，就纏繞在一起而無法使用，后在鋼絲繩常用段處切割斷，用卸克連接起來使用，每當(dāng)鋼絲繩纏繞時(shí)，把卸克連接處拆開放掉“橋頭”后再使用。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)新的危險(xiǎn)源，那就是司機(jī)一不小心，就有可能使卸克連接處進(jìn)入副鉤滑輪而導(dǎo)致事故的發(fā)生。據(jù)悉，上海某些相關(guān)單位，包括D3065K10門座式起重機(jī)原設(shè)計(jì)單位都因?yàn)殇摻z繩纏繞問題無法解決而暫停使用副鉤。

圖2 D3065K10門座式起重機(jī)副鉤鋼絲繩

為此，我們專門設(shè)計(jì)制作了“剛性”的鋼絲繩防纏繞裝置，在2010年10月投入使用至今近5年的時(shí)間里，一直保持著正常使用的狀態(tài)(該項(xiàng)目獲得了公司2010年第四季度“五小”活動(dòng)特別成果獎(jiǎng)的表彰)。

3 結(jié)束語

《組織能力的楊三角》[3]一書中披露，根據(jù)韓國貿(mào)易協(xié)會(huì)國際貿(mào)易研究院2007年的研究顯示，占據(jù)全球最大市場份額的各國商品中，中國商品數(shù)量排名世界第一，共有958種中國制造的產(chǎn)品，占據(jù)全球市場份額第一位，德國和美國則分列第二位、第三位，數(shù)量分別有815種和678種。在諸多產(chǎn)品領(lǐng)域中，“中國制造”位于全球領(lǐng)先地位，中國制造的起重機(jī)占全球市場份額的50%。

隨著我國制造工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，起重機(jī)需求量越來越大，各類起重設(shè)備越造越大，需要卷揚(yáng)提升高度的也在增加，更有必要減少或消除使用時(shí)鋼絲繩的纏繞現(xiàn)象。在進(jìn)行起重機(jī)選型時(shí)，要充分考慮起重機(jī)的起升高度要求和鋼絲繩的防回轉(zhuǎn)要求，合理選擇鋼絲繩及其繞繩方式。

[1] 佚名.鋼絲繩在工作中受以下幾方面力的作用[J].江蘇安全生產(chǎn)，2012(7)：24.

[2] 沙慧忠，梁開成.起重工工藝學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2011.

[3] 楊國安.組織能力的楊三角[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

Wire rope is one of the most important constructions for crane's safety production and one of the vulnerable parts,in which the winding of crane's wire rope is with high frequency.For enterprises,the damages on wire rope will not only influence the normal production but also make hidden danger on safety.Meanwhile,the maintenance cost will be raised.Thus,it's very important to handle and use wire rope correctly.Improper choise,installation,maintenance and use will make damage easily on wire rope and lead serious danger,which will bring big loss for the country and people.

crane;winding of wire rope;cause analysis;preventive measure

薛建平(1956-)，男，江蘇武進(jìn)人，高級工程師，大學(xué)?？?，主要從事船舶修造生產(chǎn)管理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.01.014

2015-10-10