起重設(shè)備鋼絲繩損傷原因分析和檢查要點(diǎn)

夏建人 沈偉

摘 要：鋼絲繩是起重設(shè)備中用量最大的高危易損件，若使用不當(dāng)會(huì)發(fā)生斷絲、磨損、銹蝕、疲勞、變形等各種損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)重大人身、設(shè)備安全事故。本文結(jié)合作者工作中案例檢查，詳細(xì)闡述了起重設(shè)備鋼絲繩損傷原因和檢查的心得。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩；斷絲；磨損；銹蝕；疲勞；變形；卷筒和滑輪；纏繞方向和捻向；潤(rùn)滑

中圖分類號(hào)：TH218 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）12-0041-02

1 檢查案例

鋼絲繩是岸橋、門機(jī)、卸船機(jī)等港口起重設(shè)備中用量最大的高危易損件，是起重設(shè)備安全生產(chǎn)的生命線。同其它易損構(gòu)件一樣，鋼絲繩在使用過程中，也會(huì)發(fā)生斷絲、磨損、銹蝕、疲勞、變形等各種損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)重大人身、設(shè)備安全事故。

隨著港口起重技術(shù)的進(jìn)步，安全生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)得到了極大的提升，但鋼絲繩的安全管控、鋼絲繩的應(yīng)用始終存在隱患、浪費(fèi)、低效三大技術(shù)問題。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)某港礦石散貨連續(xù)式抓斗卸船機(jī)（以下簡(jiǎn)稱卸船機(jī)）的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)檢查，發(fā)現(xiàn)其鋼絲繩的使用存在以下幾個(gè)共性特點(diǎn)：

由于卸船機(jī)抓斗作業(yè)的特殊性和鋼絲繩的起升速度較快，出入船艙時(shí)，起升鋼絲繩和開閉鋼絲繩與船艙邊緣發(fā)生經(jīng)常性的直接摩擦、磕碰，由此造成鋼絲繩出現(xiàn)大量的磨損、斷絲現(xiàn)象，這一段也是使用單位最為關(guān)注的。

卸船機(jī)的鋼絲繩工作負(fù)荷大，工作瞬間變化的起升、加速、減速、制動(dòng)引起的沖擊力或慣性載荷，對(duì)鋼絲繩的產(chǎn)生很大的影響，特別是在經(jīng)過卷筒和滑輪的多次繞行后，多次彎曲的鋼絲繩極易發(fā)生疲勞和斷絲等損傷，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致斷繩事故。

卸船機(jī)位于海邊，工作環(huán)境的溫差和濕度都很大：溫度范圍在-5℃～+40℃之間，最大相對(duì)濕度在100%的范圍內(nèi)，并經(jīng)常經(jīng)受雨水、鹽霧的侵蝕等。起重設(shè)備的鋼絲繩長(zhǎng)久處在這樣惡劣的環(huán)境內(nèi)，極易發(fā)生銹蝕。

2 鋼絲繩的破壞形式

新鋼絲繩在正常情況下使用時(shí)一般不會(huì)發(fā)生突然斷裂，除非安全保護(hù)裝置失靈或出現(xiàn)意外機(jī)械事故，導(dǎo)致鋼絲繩載荷超過其極限破斷力。

卸船機(jī)位鋼絲繩的一般破壞過程及特征是：鋼絲繩通過卷繞系統(tǒng)時(shí)要經(jīng)過反復(fù)彎曲和伸直，并與滑輪和卷筒槽摩擦，工作條件愈惡劣，工作愈頻繁，此現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。經(jīng)過一定時(shí)間，鋼絲繩股內(nèi)的鋼絲不同程度地發(fā)生彎曲疲勞與磨損，表面層的鋼絲逐漸折斷，折斷鋼絲的數(shù)量越多，其他未斷鋼絲的拉力越大，疲勞和磨損更為加劇，斷絲速度亦愈快。當(dāng)斷絲發(fā)展到一定程度，鋼絲繩開始喪失承載的安全性，這時(shí)就應(yīng)報(bào)廢且更換新繩。

3 鋼絲繩磨損損傷分析

根據(jù)卸船機(jī)的工作特性，磨損情況主要集中在抓斗上方30m-40m范圍，主要原因是作業(yè)過程中鋼絲繩與滑輪之間的摩擦和鋼絲繩與船艙壁板之間的摩擦磕碰造成的。

4 鋼絲繩疲勞損傷分析

由卸船機(jī)鋼絲繩纏繞圖1可以看到，從卷筒出來的的鋼絲繩經(jīng)過滑輪組到達(dá)吊鉤，改變了四次方向，而每次改變方向，都會(huì)加重鋼絲繩的疲勞程度，其中，在經(jīng)過陸側(cè)改向輪—小車定滑輪、海側(cè)改向輪—小車定滑輪時(shí)因?yàn)槭芰Φ姆较虬l(fā)生180°的改變，從此段經(jīng)過的鋼絲繩的彎曲方向剛好相反，所以嚴(yán)重加劇了該段鋼絲繩的疲勞程度。

根據(jù)鋼絲繩彎曲方向和次數(shù)的不同，鋼絲繩不同區(qū)段的疲勞和磨損的程度也會(huì)有所區(qū)別，其中經(jīng)過反向彎曲的繩段疲勞和損傷最為嚴(yán)重，其它的區(qū)段因?yàn)樵诮?jīng)過滑輪組時(shí)彎曲方向一致，所以疲勞和磨損的程度相應(yīng)較輕。

（1）鋼絲繩的破斷拉力，鋼絲繩的破斷拉力是指鋼絲繩實(shí)際能夠承受的破斷載荷。（2）耐磨損性能，鋼絲繩直徑減小量是衡量鋼絲繩是否能夠安全使用的一個(gè)重要依據(jù)。鋼絲繩直徑減小的快慢即為耐磨性。（3）抗疲勞性能，鋼絲繩在使用過程中出現(xiàn)早期疲勞斷絲的使用次數(shù)或時(shí)間被稱為疲勞極限。疲勞極限高就說明鋼絲繩的疲勞性能好。（4）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，鋼絲繩抵抗徑向壓力而不破壞的能力。（5）柔軟性，鋼絲繩的柔軟性指它在保證安全使用的條件下，允許的最小彎曲半徑的大小。一般情況下，影響鋼絲繩的柔軟性的因素有直徑、結(jié)構(gòu)和捻法以及鋼絲繩的金屬密度系數(shù)。（6）應(yīng)力狀態(tài)，鋼絲繩在應(yīng)用過程中，其中的各個(gè)元件保持自己固有狀態(tài)的能力。換句話說，就是鋼絲繩是否經(jīng)過消除應(yīng)力的處理，這一點(diǎn)非常重要。為了使鋼絲繩達(dá)到使用時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)要求，采取了一系列工藝措施。如：校直、預(yù)先變形、預(yù)張拉以及低溫回火等工藝手段。（7）旋轉(zhuǎn)性，鋼絲繩在受到拉伸時(shí)，繩中的股產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)偏離原位置的角度大小。在一些使用環(huán)境中，不允許鋼絲繩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在選擇鋼絲繩結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該選擇那些不旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的。（8）結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)，鋼絲繩在受力時(shí)，其中的各個(gè)元件會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，使鋼絲繩在原始形狀的基礎(chǔ)上出現(xiàn)微小的變化，其長(zhǎng)度也會(huì)略有增加。

5 對(duì)起重設(shè)備關(guān)鍵部位鋼絲繩進(jìn)行檢查要點(diǎn)

（1）鋼絲繩在使用過程中，會(huì)產(chǎn)生彎曲、磨擦、鋼絲繩構(gòu)件間的相對(duì)位錯(cuò)等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都與其直接接觸的起重設(shè)備部位相關(guān)，也在一定程度上決定了鋼絲繩的使用壽命。相關(guān)部位有卷筒和滑輪、輪槽的形狀、滑輪的工作狀態(tài)、滑輪或卷筒的材料以及卷筒中心與滑輪之間夾角等。在起升機(jī)構(gòu)中，滑輪起著省力和支撐鋼絲繩并為其導(dǎo)向的作用，起升過程中鋼絲繩繞過滑輪不斷作反復(fù)彎曲運(yùn)動(dòng)，這時(shí)鋼絲上所受到的彎曲應(yīng)力，稱為鋼絲繩使用時(shí)鋼絲的依次彎曲應(yīng)力，其計(jì)算公式為：

σ1=E×（D/δ）

式中：σ1——鋼絲通過滑輪或卷筒受到的一次彎曲應(yīng)力（N/mm2）；

E——鋼絲的彈性摸量，一般取200000（N/mm2）；

δ——鋼絲直徑；

D——滑輪或卷筒直徑。

從上式可知，滑輪直徑對(duì)鋼絲的一次彎曲應(yīng)力有直接影響。從鋼絲繩使用彎曲疲勞性能來看，希望滑輪直徑與鋼絲直徑（D/δ）比值達(dá)到1000以上，由于機(jī)械設(shè)備尺寸的限制，一般仍希望在600以上，過低就會(huì)明顯影響彎曲疲勞性能。

（2）滑輪槽型應(yīng)能保證鋼絲繩順利繞過，而且使其接觸面積盡可能增大，同時(shí)要避免鋼絲繩與滑輪槽緣的磨擦和跳槽現(xiàn)象。滑輪槽徑過小，鋼絲繩卡在槽內(nèi)使用時(shí)受到嚴(yán)重?cái)D壓，壽命顯著降低；滑輪槽徑過大，鋼絲繩則在槽內(nèi)容易滑動(dòng)，增加磨擦也會(huì)降低壽命。

（3）當(dāng)鋼絲繩受到?jīng)_擊載荷，其沖擊值比想象的要大得多，有時(shí)甚至?xí)斐蓴嗬K事故，其計(jì)算公式如下：

W沖=W1×n= W1×（1+）

式中：W沖—沖擊載荷（公斤力）；

W1—靜載荷（公斤力）；

n—沖擊靜載荷之比值；

E繩—鋼絲繩彈性摸量（公斤力/毫米2，一般取8000）；

A—鋼絲繩總斷面積（毫米2）；

L—鋼絲繩懸掛長(zhǎng)度（毫米）；

h—落下距離（毫米）。

（4）保持鋼絲繩良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，鋼絲繩在使用過程中，受到張力或經(jīng)卷筒和滑輪等彎曲部分的鋼絲繩，油脂會(huì)逐步減少。一般新鋼絲繩通常含油脂12-15%，使用后仍含8-12%，在報(bào)廢時(shí)損壞最大部位僅含2-3%，但是在同一根鋼絲繩中沒有經(jīng)過滑輪的繩端含油量仍達(dá)12-14%，如果在使用過程定期表面涂油（外部涂油會(huì)向繩芯中滲透），使鋼絲繩中始終保持一定的含油率將會(huì)延長(zhǎng)使用壽命。

（5）鋼絲繩在卷筒上纏繞方向和其捻向有關(guān)，因此，在纏繞鋼絲繩時(shí)應(yīng)注意這方面的問題。也就是說，當(dāng)鋼絲繩受到外加張力時(shí)產(chǎn)生松捻方向的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，所以在卷筒上纏繞時(shí)必須注意不使其發(fā)生松捻現(xiàn)象，否則易發(fā)生變形損壞。

（6）纏繞時(shí)不僅方向要正確，而且排列要整齊，尤其是最初一段要用力拉緊使其均勻卷上，如果第一層排列不均勻和紊亂，則以后的排列就會(huì)出現(xiàn)偏繞或夾繞，引起鋼絲繩壓扁和加劇其相互間摩擦，影響正常作業(yè)。