門座起重機鋼絲繩破損分析

吳洪武，譚東才，張 平

（三一重工股份有限公司，湖南長沙 410100）

0 引言

門座起重機是一種具有代表性的、旋轉類有軌運行起重機，因為具有能讓運輸車輛順利通過的門架結構而得名，廣泛應用于港口、碼頭、造船及大型水電站建設等。

某型門座起重機鋼絲繩在工作1000 h 后，出現(xiàn)了鋼絲繩的斷絲、破損現(xiàn)象，而鋼絲繩正常使用壽命一般為1500～2000 h（圖1）。經(jīng)過對現(xiàn)場破損情況的考察和理論分析，找出破損原因，經(jīng)優(yōu)化設計改善鋼絲繩受力、加強對鋼絲繩的維護保養(yǎng)等，使鋼絲繩使用壽命達到1500 h 以上，提高了門座起重機產(chǎn)品的競爭力。下面將對這一破損原因進行具體分析。

圖1 門座起重機

1 鋼絲繩破損原因分析及應對措施

1.1 鋼絲繩與耐磨板摩擦造成鋼絲繩破損

經(jīng)過現(xiàn)場考察，發(fā)現(xiàn)有段15 m 左右的鋼絲繩出現(xiàn)磨損斷絲異常。分析認為，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是安裝導致鋼絲繩所在中心不在機器房開口中心位置，偏向一側，導致鋼絲繩與耐磨板相互摩擦，鋼絲繩已將耐磨板磨出凹槽，以致于鋼絲繩直接與機器房頂鋼板刮擦（圖2），同時鋼絲繩軸線與耐磨套（安裝在防雨盤內(nèi)）軸線不平行，導致耐磨套偏磨嚴重。

出現(xiàn)上述破損的根本原因是鋼絲繩角度偏差與周圍零部件摩擦。采用如下方法可避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象：

圖2 鋼絲繩與耐磨板刮擦

（1）鋼絲繩穿過機器房頂所開方口，鋼絲繩設計位置在方口的中心位置，鋼絲繩在卷筒上卷繞（圖3）。鋼絲繩沿卷筒方向移動，通過轉盤上小孔帶動上下盤相對轉動，來保證鋼絲繩能水平運動。

（2）鋼絲繩通過轉盤孔內(nèi)有耐磨套，耐磨套軸線角度與鋼絲繩傾斜角度相同。

圖3 鋼絲繩出孔

1.2 鋼絲繩與滑輪間應力造成鋼絲繩破損

經(jīng)過現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，鋼絲繩與滑輪頻繁接觸段出現(xiàn)磨損斷絲異常（圖4、圖5）。經(jīng)分析認為，出現(xiàn)破損的原因是鋼絲繩與滑輪間產(chǎn)生應力。繞滑輪時，鋼絲繩會產(chǎn)生彎曲應力，而內(nèi)部鋼絲之間互相擠壓出現(xiàn)細微變形也會產(chǎn)生彎曲應力，鋼絲受到反復出現(xiàn)的載荷作用，在最弱和應力最大的地方先是形成裂紋，然后裂紋逐漸擴大，最終導致疲勞斷絲。同時，鋼絲繩與滑輪表面接觸時，拉伸載荷不僅會使鋼絲之間產(chǎn)生擠壓應力，而且鋼絲繩與滑輪輪槽之間也會產(chǎn)生擠壓應力。在這些應力的作用下，鋼絲繩會被快速地磨損，導致使用壽命大大降低。

圖4 鋼絲繩與滑輪處磨損

圖5 鋼絲繩斷絲

產(chǎn)生上述問題的根本原因是鋼絲繩與滑輪間產(chǎn)生的彎曲應力及接觸擠壓應力。經(jīng)過原理分析，采用如下方法可減輕磨損程度。

（1）對同種規(guī)格鋼絲繩而言，所繞的滑輪直徑增大，鋼絲繩的疲勞壽命會隨之顯著增大，但是在鋼絲繩的實際使用過程中，直徑的增大會造成滑輪自身轉動慣量增大，這對鋼絲繩的正常工作極為不利，也會影響其使用壽命。所以，鋼絲繩在彎曲受力的工況下，其使用壽命與滑輪直徑有直接關系。因此，在設計階段即考慮該問題，在設計之初必須進行合理的匹配、找到最佳匹配點。

（2）鋼絲繩的疲勞壽命和鋼絲繩與滑輪之間的接觸擠壓應力有著密切關系。鋼絲繩與滑輪之間一般有3 種接觸狀態(tài)：點接觸、線接觸、面接觸。從受力角度來看，面接觸的有效接觸面積最大、接觸擠壓應力最小，因而其使用壽命最高，因此在選擇鋼絲繩及設計鋼絲繩與滑輪槽的大小時，事先考慮鋼絲繩與滑輪之間為面接觸的形式，這樣可以減小擠壓應力對鋼絲繩的磨損、增長鋼絲繩的使用壽命。這也是需要在設計階段考慮的問題。

1.3 鋼絲繩接觸殘留散石料造成鋼絲繩破損

經(jīng)過現(xiàn)場考察，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩上粘有如沙石料、鐵礦石、煤塊等散料雜物，這是由門座起重機的工作環(huán)境決定的。門座起重機主要用于散雜物的裝卸，而且一般處于風較大的港口碼頭，作業(yè)過程中不可避免地會有一些散料從抓斗處泄漏。由于鋼絲繩上涂有機油，散石料很容易黏在鋼絲繩上。當散石料隨著起升運動進入滑輪或卷筒時，由于鋼絲繩與滑輪、鋼絲繩與卷筒的擠壓作用，沙石料會造成鋼絲繩的破損。

由于門座起重機的工作環(huán)境無法改變，散石料的存在無法避免，因此只能要求現(xiàn)場施工人員加強對鋼絲繩上散石料的清理，最好是每次工作完成后即進行一次清理。同時，經(jīng)常加油保持鋼絲繩良好的潤滑，也會延長鋼絲繩的使用壽命。

2 結語

通過對鋼絲繩破損問題的原因分析，制定出對應的解決方案。在現(xiàn)場進行相應整改后，目前該起重機的鋼絲繩作業(yè)時間已經(jīng)達到正常使用的1500 h 以上，未出現(xiàn)中途異常斷絲、破損的現(xiàn)象，使用效果得到有效驗證。將來借鑒并優(yōu)化此項技術，可以避免后續(xù)門座起重機鋼絲繩出現(xiàn)類似問題，對于提高門座起重機產(chǎn)品的競爭力、贏得客戶對產(chǎn)品的信心和滿意度都有極大幫助。