海上起重設(shè)備鋼絲繩選配問(wèn)題導(dǎo)致的配套設(shè)施故障分析

段武超

（中海油服采辦共享中心天津分中心，天津 300459）

1 前言

鋼絲繩是起重設(shè)備的重要結(jié)構(gòu)組成部分，正確選配是起重設(shè)備良好安全運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何正確認(rèn)識(shí)、選擇和使用，必須科學(xué)。鋼絲繩選擇應(yīng)考慮配套設(shè)施匹配以及整套設(shè)施參數(shù)性能的完美搭配，如何正確選擇、使用維護(hù)鋼絲繩，這是一個(gè)非常重要且值得深入探討的科學(xué)技術(shù)課題，需要結(jié)合日常使用、維護(hù)環(huán)境及其特性、實(shí)際理論分析，徹底解決使用中存在的安全及技術(shù)疑問(wèn)，使起重設(shè)備鋼絲繩管理正能夠達(dá)到安全化和規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)。

2 起重鋼絲繩基本理論

2.1 鋼絲繩的分類及描述標(biāo)識(shí)方法

①按照鋼絲繩的捻次分：?jiǎn)文?、三捻、多捻。②按照鋼絲繩線和繩股中鋼絲接觸情況又可分：點(diǎn)和角接觸、線和點(diǎn)接觸、面和點(diǎn)接觸。③按照捻向分為左捻、右捻、同向捻、交互捻。④按照繩股斷面形狀分為普通圓鋼絲繩、異形股鋼絲繩。

2.2 鋼絲繩的繩芯

鋼絲繩繩芯分為纖維芯和鋼芯：纖維芯一般都是使用各種質(zhì)量完全符合規(guī)定的黃麻、合成纖維或其他質(zhì)量符合要求的天然聚酯纖維為原材料焊接制成,具有良好耐水性抗防腐、防銹蝕、抗油脂等特性；鋼芯通?？梢栽偌?xì)分為單獨(dú)繩芯(IWR)和股芯(IWS)。

2.3 鋼絲繩的規(guī)格和意義

2.3.1 鋼絲繩的規(guī)格

鋼絲繩的各種規(guī)格標(biāo)記表明的是鋼絲繩的規(guī)格尺寸、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等內(nèi)容。由于各國(guó)在生產(chǎn)及使用中習(xí)慣不同,故規(guī)格表示形式也有所不同。中國(guó)鋼絲繩規(guī)格標(biāo)記使用代號(hào)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)代碼GB8707-88，等同國(guó)際采用代號(hào)ISO3578—80《鋼絲繩—標(biāo)記代號(hào)》。例如:6×25Fi+FC、6×26SW+IWR、6×16S+IWS、6×19W+FC。

2.3.2 鋼絲繩的結(jié)構(gòu)表示方法

Fi：表示繩股排列結(jié)構(gòu)是填充式；S：表示股繩排列成結(jié)構(gòu)是西魯式；W：表示股繩排列結(jié)構(gòu)是瓦林吞式；WS：表示股中鋼絲西、瓦復(fù)合式結(jié)構(gòu)；FC：表示纖維芯(合成)；NF：表示劍麻繩芯(天然)；IWRC：表示金屬絲股芯；IWSC：表示金屬絲繩芯；V：表示鍛打鋼絲繩。

2.3.3 鋼絲繩的捻向表示方法

根據(jù)鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)方向使用兩個(gè)大的英文字母(Z、S或者R、L)表示，第一個(gè)字母表示繩的捻向，第二個(gè)字母表示股的捻向，Z和R表示右，S和L表示左。（見下圖1）

圖1 鋼絲繩捻向圖示

①ZS和RHRL：右交互捻，股向右捻，絲向左捻；②SZ和LHRL：左交互捻，股向左捻，絲向右捻；③ZZ和RHLL：右同向捻，股和絲均同向捻；④SS和LHLL：左同向捻，股和絲均同向左捻。

2.3.4 鋼絲的表層處理分類及其標(biāo)記代號(hào)

①光潔表面：NAT；②A級(jí)鍍鋅處理:ZAA；

③AB級(jí)鍍鋅處理:ZAB；④B級(jí)鍍鋅處理:ZBB。

2.3.5 鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度

根據(jù)鋼絲繩破壞拉力的大小,API規(guī)范將鋼絲繩分為PS、IPS、EIPS、EEIPS四級(jí)。

3 鋼絲繩故障問(wèn)題分析

3.1 鋼絲繩磨損損壞故障

滑動(dòng)摩擦和多次刮擦?xí)a(chǎn)生垂直的弧線啟動(dòng)段磨耗,嚴(yán)重影響環(huán)鋼絲繩的使用壽命。重型關(guān)鍵起重設(shè)備經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，托輥損壞產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦損失或者在滾輪之間產(chǎn)生銼切磨損造成鋼絲繩磨損，將鋼絲繩滑移切割一段倒繩的主要原理是調(diào)整、錯(cuò)開運(yùn)動(dòng)鋼繩之間相對(duì)摩擦位置，避免鋼絲繩集中位置磨損。

3.2 斷絲損壞故障

鋼絲繩斷絲損壞是一種超負(fù)荷拉力損壞的現(xiàn)象,鋼絲繩質(zhì)量和潤(rùn)滑不足或往復(fù)拉力形成鋼絲的疲勞損傷會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩的斷絲損壞。產(chǎn)生因素如下：鋼絲繩的潤(rùn)滑狀況、鋼絲繩的性能質(zhì)量影響鋼絲繩的斷絲狀況,鋼絲繩易出現(xiàn)疲勞斷裂現(xiàn)象與鋼絲繩的內(nèi)部結(jié)構(gòu),鋼絲材質(zhì)質(zhì)量有關(guān)，鋼絲繩結(jié)構(gòu)、鋼絲繩的加工精度是直接影響鋼絲繩的彎曲韌性和抗疲勞性能的重要因素。沖擊載荷形成鋼絲繩斷絲，鋼絲繩芯和鋼絲繩彈性組成緩沖沖擊損壞的性能,沖擊破壞通常發(fā)生在鋼絲繩突然的強(qiáng)烈的拉力，沖擊載荷很容易造成多根斷絲造成鋼絲繩報(bào)廢情況。共振斷絲,因?yàn)闄C(jī)構(gòu)重力原因，繩索在行進(jìn)過(guò)程中突然起升引起整個(gè)系統(tǒng)振動(dòng)，振動(dòng)頻率隨鋼絲繩長(zhǎng)度的變化而變化，產(chǎn)生固定振動(dòng)頻率，這種振動(dòng)容易造成鋼絲繩疲勞斷絲，當(dāng)斷絲積累到一定程度引起鋼絲繩斷裂。

3.3 拉伸損壞故障

鋼絲繩生產(chǎn)制作是通過(guò)的冷拔和硬化增加鋼絲繩的耐磨性和強(qiáng)度，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)使鋼絲繩被表面磨損和超負(fù)荷拉伸，使鋼絲繩的直徑變小、塑性變大，抗疲勞性能降低，加速了鋼絲繩損壞。突然而猛烈的沖擊力，突然的卡頓或剎車很容易使鋼絲繩沖擊拉伸損壞，嚴(yán)重的拉拔和扭力原因?qū)е落摻z繩拉伸變形報(bào)廢,由于疲勞和沖擊造成鋼絲拉伸斷裂。

3.4 鋼絲繩旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)損壞

不同部位鋼絲繩對(duì)旋轉(zhuǎn)要求標(biāo)準(zhǔn)不同。起重貨物旋轉(zhuǎn)容易造成安全風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致鋼絲繩提前損壞，一端自由的鋼絲繩如果沒(méi)有旋轉(zhuǎn)接頭，容易造成鋼絲散股損壞，多股鋼絲繩起升如果對(duì)鋼絲繩防扭轉(zhuǎn)性能選擇錯(cuò)誤，容易造成鋼絲繩相互扭纏，造成鋼絲繩相互纏繞拉動(dòng)損壞。因此，不同部位鋼絲繩的防扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)應(yīng)有合理的扭轉(zhuǎn)性能。

4 滾筒損壞故障分析

正常的疲勞磨損：滾筒軸承長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)都可能會(huì)產(chǎn)生疲勞性的磨損，合理的潤(rùn)滑保養(yǎng)可保障軸承處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。否則，容易導(dǎo)致軸承異常磨損、摩擦力增大產(chǎn)生軸承高溫，造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象，引起整個(gè)起升系統(tǒng)沖擊載荷,引起不同部位的加速損壞。滾筒繩槽設(shè)置不合理，造成鋼絲繩排布不順暢，長(zhǎng)期設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后，常常導(dǎo)致滾筒繩槽加速磨損，滾筒側(cè)邊被損壞。此外，鋼絲繩選擇配套錯(cuò)誤往往也是造成滾筒損傷的重要原因，鋼絲繩與滾筒不匹配引起鋼絲繩纏繩排列時(shí)對(duì)繩槽和滾筒側(cè)邊過(guò)度啃食，加速了滾筒的損壞。

5 滾筒選配和導(dǎo)繩輪設(shè)置不合理導(dǎo)致的問(wèn)題

鋼絲繩選用首要考慮的是安全系數(shù)問(wèn)題，但結(jié)構(gòu)與滾筒匹配是關(guān)鍵因素。光面的滾筒容易導(dǎo)致鋼絲繩壓扁和爬繩，引起鋼絲繩擠壓或者扭曲變形。帶繩槽的滾筒，如果鋼絲繩選擇與槽的直徑、形狀和傾斜方向不匹配，同樣容易導(dǎo)致排繩混亂引起鋼絲繩擠壓損壞。滾筒的直徑設(shè)置也應(yīng)該符合鋼絲繩的直徑，否則容易造成鋼絲繩扭曲彎折變形。滾筒上的卷繩輔助裝置（如：鋼絲繩滾筒安裝楔形塊或者繩端裝置）選擇不合理也容易導(dǎo)致鋼絲繩排繩混亂，造成鋼絲繩加速損壞。此外，滾筒繩槽材質(zhì)選擇用不合理，容易造成鋼絲繩與滾筒摩擦產(chǎn)生過(guò)大的阻力，引起鋼絲繩加速磨損或者滾筒過(guò)度啃食問(wèn)題。

鋼絲繩的捻向與滾筒旋轉(zhuǎn)方向匹配性，是鋼絲繩選擇的基本要求。滾筒的旋向有左旋和右旋區(qū)分，交互捻鋼絲繩適用于不同旋轉(zhuǎn)方向的滾筒。只有一層鋼絲繩纏繞防打扭鋼絲繩，必須對(duì)應(yīng)匹配滾筒，否則會(huì)造成鋼絲繩變形損壞；如果鋼絲繩數(shù)層纏繞，纏繩方向需要按照滾筒繩槽方向安裝，以便為下一層打好基礎(chǔ)。

左交互捻、右交互捻鋼絲繩與左旋右旋滾筒隨意匹配，左捻、右捻兩種需要嚴(yán)格與滾筒旋轉(zhuǎn)方向匹配，正確匹配才能保障鋼絲繩的安全正確使用。具體原則應(yīng)該是鋼絲繩在滾筒上纏繞時(shí)應(yīng)使鋼絲繩緊捻而不是松捻。捻向與旋向的匹配關(guān)系參考左右手定則，伸出右手，拇指指向繩頭固定端，手背朝上表示上出繩，手背朝下表示下出繩，面向提升方向，若為左手，則為左捻繩，若為右手則為右捻繩。

導(dǎo)繩輪的設(shè)置位置適當(dāng)可以支撐鋼絲繩懸垂位置，輔助滾筒排繩整齊和方向偏轉(zhuǎn)，在變幅滾筒鋼絲繩上設(shè)置的導(dǎo)繩輪長(zhǎng)期受到大負(fù)荷作用力，導(dǎo)繩輪的直徑往往對(duì)鋼絲繩的彎折扭曲影響較大，導(dǎo)繩輪的材質(zhì)對(duì)鋼絲繩的表面摩擦損傷影響較大。鋼絲繩在滾筒上多層時(shí)，通過(guò)導(dǎo)繩輪在滾筒端部纏繩與滾筒垂直纏繩夾角不應(yīng)過(guò)大，避免造成纏繩時(shí)爬繩造成混亂，角度過(guò)大容易造成導(dǎo)繩輪偏磨加速，鋼絲繩扭曲變形問(wèn)題。

6 滑輪損壞故障分析

6.1 滑輪的疲勞壽命造成的損壞

滑輪的疲勞損壞主要原因有：①長(zhǎng)期循環(huán)使用滑輪疲勞造成損壞；②輪槽表層淬火層和鋼絲材料循環(huán)作用下，一旦整個(gè)輪槽和鋼絲材料出現(xiàn)有摩擦壓痕，增加摩擦疲勞力量，從而致使不斷滑動(dòng)產(chǎn)生沉重摩擦，增加輪槽內(nèi)部不均勻磨損，影響滑輪的均勻受力；③鋼絲研磨后的淬火層的材質(zhì)性能變化。

6.2 滑輪壓痕失效損壞

對(duì)于滑輪槽，經(jīng)過(guò)連續(xù)磨削，當(dāng)壓痕循環(huán)受壓磨損,達(dá)到一定水平后，會(huì)造成滑輪壓痕失效。主要因素如下：①壓痕間隙的產(chǎn)生和膨脹。輪槽對(duì)鋼絲繩的轉(zhuǎn)動(dòng)作用剛開始時(shí),輪槽上的表面上就會(huì)出現(xiàn)有一定的塑性變形和滑移形成壓痕，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪連續(xù)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),凹槽上就會(huì)出現(xiàn)壓痕金屬疲勞，導(dǎo)致金屬軟化或塑性硬化,導(dǎo)致其在輪槽上的平面塑性變形，產(chǎn)生塑性滑移。②輪槽使用中的磨損補(bǔ)償。輪槽磨損機(jī)構(gòu)處理是一個(gè)非常復(fù)雜反復(fù)的機(jī)械作用過(guò)程，運(yùn)載重物的工作過(guò)程中，吊裝瞬間由于物體本身會(huì)上下擺動(dòng)容易導(dǎo)致正在吊裝中的滑輪輪槽中的鋼絲繩上下螺旋擺動(dòng),這種相互摩擦進(jìn)一步的改善輪槽磨損，如果磨損遠(yuǎn)超補(bǔ)償?shù)乃俣葘?dǎo)致滑輪失效。

7 鋼絲繩排布錯(cuò)亂故障分析

鋼絲繩在特定情況下,需要有特定的排布方式,才能使整體的排布有序，設(shè)備整體安全運(yùn)行。排布錯(cuò)亂造成的原因較多，常見的原因有：①鋼絲繩滾筒通常應(yīng)該有適當(dāng)?shù)膹埦o力以保障鋼絲繩的排布整齊，通常在起重吊鉤配有合適重量的吊鉤配重錘，以便空鉤時(shí)鋼絲繩整齊排布。②鋼絲繩因它本身具有強(qiáng)度高、重量輕、韌性好、運(yùn)行平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)速度快等特點(diǎn)，突然制動(dòng)剎車，引起鋼絲繩抖動(dòng)導(dǎo)致鋼絲繩跳出繩槽，鋼絲繩剮蹭損壞，或者引起排繩錯(cuò)亂，造成鋼絲繩局部擠壓變形，甚至斷絲、斷股損壞。③鋼絲繩在高速繞過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)受力大的滑輪和轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒時(shí)，在外絲轉(zhuǎn)動(dòng)較大角度或反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)彎曲擠壓時(shí)，鋼絲繩變形瞬間不能恢復(fù)造成鋼絲繩排布混亂，受力巨大時(shí)導(dǎo)致鋼絲繩斷裂事故。

8 鋼絲繩管理建議

鋼絲繩是起重設(shè)備的關(guān)鍵核心承力部件，規(guī)范選用和安裝鋼絲繩是起重設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，鋼絲繩長(zhǎng)久、安全良好使用的關(guān)鍵因素。

8.1 起重設(shè)備鋼絲繩管理問(wèn)題和建議

設(shè)備管理人員對(duì)起重設(shè)備鋼絲繩的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)理論知識(shí)掌握不足，在鋼絲繩訂購(gòu)過(guò)程中往往存在鋼絲繩類型、規(guī)格選用不匹配，影響了吊車鋼絲繩及配套設(shè)施的使用壽命。起重設(shè)備鋼絲繩在安裝更換過(guò)程中，不規(guī)范的操作方法和程序，導(dǎo)致鋼絲繩使用中松股或變形，加速鋼絲繩的損壞。鋼絲繩的直徑選用和滾筒尺寸不匹配，容易導(dǎo)致鋼絲繩排繩不整齊，產(chǎn)生上下層鋼絲繩擠壓，排繩不規(guī)范產(chǎn)生爬升的問(wèn)題，加速鋼絲繩的損壞，影響吊車的平穩(wěn)運(yùn)行，為作業(yè)增加了嚴(yán)重的安全隱患。

8.2 起重設(shè)備鋼絲繩的選購(gòu)，質(zhì)量把控要求

8.2.1 鋼絲繩的證書要求

證書編號(hào)、生產(chǎn)廠家、鋼絲繩名稱或描述、最小破斷拉力、證書簽發(fā)日期、鋼絲繩的數(shù)量及工程長(zhǎng)度。

8.2.2 鋼絲繩的選購(gòu)參數(shù)信息要求

數(shù)量和長(zhǎng)度、公稱直徑、鋼絲繩類型和結(jié)構(gòu)形式、繩芯類型、鋼絲繩性能級(jí)別、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、端部處理要求或接頭形式要求、捻向和類型、預(yù)變形、潤(rùn)滑、特殊的要求、運(yùn)輸包裝要求、最小破斷拉力、表面鍍層或非鍍層的使用位置。

9 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼絲繩的選配，應(yīng)該作為起重設(shè)備管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，在起重設(shè)備的故障分析問(wèn)題上，對(duì)于日常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的鋼絲繩的磨損，斷絲，損壞滑輪以及鋼絲繩排布問(wèn)題都是需要解決的重要問(wèn)題，相信這些問(wèn)題進(jìn)行分析解決后，可以為海上起重設(shè)備的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)奠定基礎(chǔ)。