桥（门）式起重机钢丝绳外部磨损因素分析

2012-10-21南昌铁路局特种设备检测检验所李有根

河南科技 2012年14期

南昌铁路局特种设备检测检验所李有根

桥（门）式起重机钢丝绳外部磨损因素分析

南昌铁路局特种设备检测检验所李有根

钢丝绳是起重机械的重要零部件，与制动器和吊钩一起被称为起重机械安全生产三大重要构件。钢丝绳受力复杂，它是起重机械的承重元件，受卷筒的缠绕和导向轮的弯曲作用；钢丝绳在被拉伸的同时，还产生弯曲应力和接触应力，所以在使用中很容易受到损伤，严重时会突然破断，引发重大的恶性事故。本文，笔者以一种典型的起重机械——桥（门）式起重机为例，对于引起桥（门）式起重机钢丝绳外部磨损的常见因素进行了分析，并提出了相应的处理措施，以期尽量减少由钢丝绳引发的起重机械伤害事故，保障人员的安全，减少经济损失。同时，对于起重机械，特别是桥（门）式起重机的设计、制造、安装、改造和维修也具有一定的指导作用。

一、桥（门）式起重机械钢丝绳损伤表现形式

钢丝绳的损坏往往是由各种因素综合积累造成的，而有关钢丝绳常见损伤形式的论述也很多，但并不统一。GB5972–86《起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范》制定了钢丝绳的报废标准，依据其判定项目可以归纳出钢丝绳主要损伤表现形式，具体有断丝、绳股断裂、绳芯损坏引起的绳芯减小、弹性减小、内外部磨损、内外部腐蚀、变形和由于热或电弧造成的损坏等。本文，笔者主要讨论钢丝绳的外部磨损。

二、分析钢丝绳外部磨损因素的必要性

GB5972–86中指出了钢丝绳外部磨损的原因：钢丝绳外层绳股的钢丝表面的磨损是由于钢丝绳在压力作用下与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦造成的。在吊载加速和减速运动的过程中，钢丝绳与滑轮接触的部位特别明显，表现为外部钢丝磨成平面状。润滑不足、不正确的润滑以及灰尘和砂粒等因素都会加剧钢丝绳的磨损。

该标准对钢丝绳外部磨损的分析设定了一个前提，即“在所有情况下，检验人员应弄清钢丝绳的损坏是否由机构上的缺陷所造成，如果是这样，应建议在换新钢丝绳之前消除缺陷”。实际上，由于起重机工作状况复杂，卷筒、滑轮、小车架以及滑轮罩等的制造和安装精度等对钢丝绳的磨损都有一定的影响，使得该标准对钢丝绳外部磨损的分析并不全面，对于某些因机构上的缺陷造成的外部磨损还应进行必要的分析。

三、导致钢丝绳外部磨损因素的分析

1.与卷筒和滑轮槽壁有关的正常工作磨损。滑轮、卷筒和钢丝绳共同组成了桥（门）式起重机小车的卷绕系统，将驱动装置的回转运动转换成被起吊物的升降直线运动。正常工作情况下，钢丝绳的外部磨损主要表现为：在升降运动的过程中，钢丝绳不断与卷筒和滑轮槽壁摩擦，不断磨损外层钢丝，导致钢丝绳的截面积逐渐减小，钢丝绳破断载荷也相应地降低，最终导致断丝。可见，卷筒和滑轮槽的材料硬度对钢丝绳寿命有直接影响，比较起来，铸铁较铸钢有利。在槽底镶铝合金或尼龙衬垫，可降低钢丝绳的接触应力，从而提高钢丝绳的使用寿命，但这会使起重机构造变得复杂，只有对钢丝绳寿命有特殊要求时，才推荐使用。此外，保证钢丝绳良好的润滑状态，可以减小钢丝绳的摩擦，从而减少其磨损。

钢丝绳在与卷筒和滑轮槽壁绕行方式不同，钢丝绳的安装要求也不相同。相对于卷筒而言，钢丝绳绕进或绕出卷筒时，钢丝绳中心线偏离螺旋槽中心线两侧的角度不应大于3.5°，当钢丝绳有脱槽危险时，如抓斗起升机构卷筒，可考虑采用深槽。相对于滑轮而言，钢丝绳绕进或绕出滑轮槽时的最大偏斜角不应大于5°，否则绳槽侧壁将受到较大横向力的作用，从而损坏槽口，使钢丝绳脱槽或割破钢丝绳，导致事故发生。

2.与小车钢结构有关的磨损。受某些条件限制，桥（门）式起重机小车结构的设计和装配往往会影响钢丝绳的正常升降，尤其是有主副起升或者绳抓的双卷筒的小车，对钢丝绳的磨损尤为明显。对于双卷绕系统，小车不能过大，只能压缩小车空间结构，但这样钢丝绳就很容易受到小车钢结构的梁、筋板或者盖板的摩擦，造成钢丝绳的非正常磨损。笔者在从事起重机械检验过程中经常遇到此类问题，但有关钢丝绳损伤方面的论文却不会提及，可能因为这是小车钢结构的设计和制造问题，与钢丝绳正常工作状态无关，而且一旦遇到此类问题时，可以采取切割干涉钢丝绳运行的相关钢板来补救，但此时的钢板或筋板已对钢丝绳造成了很大损害。绳抓在下极限位置时小车盖板与钢丝绳产生摩擦如图1所示，吊钩在上极限位置时小车下部钢板与钢丝绳的摩擦如图2所示。

实际上，钢丝绳在小车钢结构区域内的运动轨迹是可以预知的，它集中运动在吊具处于最高位置和最低位置之间。吊具处于最高位置时，根据钢丝绳和小车钢结构相邻各钢板的相对位置，在不考虑滑轮效率的情况下，利用理论力学的静态平衡原理可求出各钢丝绳与铅垂方向的角度，利用三角函数和几何原理的相关知识，结合已知的吊具最高位置和小车的钢结构尺寸，可以对钢丝绳是否会被干涉，干涉多少进行分析。在设计小车钢结构时，要综合考虑上述因素，一旦发现可能存在干涉，要予以调整，以避免钢丝绳与小车的非正常磨损。吊具在最高位置时，钢丝绳和小车钢板的相对位置如图3所示。

3.与滑轮罩有关的磨损。钢丝绳与滑轮罩的磨损也是很常见的。笔者认为主要有三种情况：一是设计时产生的，如动滑轮组运行到上极限位置时，动滑轮两侧的钢丝绳张角过大，这样就很容易与滑轮罩产生摩擦；二是由于工作当中，薄弱的滑轮罩受到撞击变形，会与钢丝绳发生摩擦，产生磨损；三是制造质量问题，做工不精细，造成钢丝绳与滑轮罩摩擦，这种情况以电动葫芦最为常见，电动葫芦中钢丝绳与滑轮罩的磨损如图4所示。

对于此类问题的处理，要把好设计关，设计时要正确分析钢丝绳和滑轮罩之间的摩擦。对于工作中产生的滑轮罩撞击变形应该及时进行修理，以防止变形后的滑轮罩对钢丝绳的磨损。对于因制造质量问题而产生的钢丝绳与滑轮罩的磨损，应在使用前给予矫正或者不与验收合格。

GB6067.1–2010起重机械安全规程要求，滑轮应有防止钢丝绳脱出绳槽的装置或结构。在滑轮罩的侧板和圆弧顶板等处与滑轮本体的间隙不应超过钢丝绳公称直径的0.5倍。

4.运行状态改变时，由于惯性产生撞击引起的磨损。起重机的工作运行情况复杂，除了起吊升降运动外，还包括小车和大车的运行，加速、减速和制动，有时还带有大吨位的载荷等，因此，对于工作中的钢丝绳受到的各种类似撞击的外部损伤也不能忽视。表现比较多的有，在小车运行时突然制动或者减速时所产生的钢丝绳对小车各相关钢板的撞击，钢丝绳或动滑轮组对裸滑线防护板的撞击，质量较轻和体积较小的副钩动滑轮组嵌入正在作业的主钩各根钢丝绳之间而很难取出等，这些问题都会给起重机械作业留下很大的安全隐患。运行时钢丝绳与小车钢板长期撞击产生的缺口如图5所示，运行时16 t副钩嵌入左侧主钩钢丝绳如图6所示。

笔者认为，可适当增大吊具在上极限位置时动滑轮两侧钢丝绳的张角，以增加其稳定性，同时也要考虑到钢丝绳不会触磨到小车钢板或滑轮罩。在起重小车维修时，在一些对钢丝绳产生干涉，甚至撞击严重的地方可加装橡胶一类的缓冲材料，以保护钢丝绳免受此类撞击或磨损带来的的损伤。

新修订的起重机械定期检验规则中，对于滑线防护板的检验没有进行说明。笔者认为，滑线防护板不但需要在验收时把好关，在定检过程中也应该保留对其的检验，尤其是属于首捡范畴的设备，更应对其进行检验。

5.其他形式的外部磨损。如钢丝绳脱槽、钢丝绳缠绕混乱、钢丝绳扭结产生的各种外部磨损等，还有的是人为因素造成的，如歪拉斜吊产生的各种钢丝绳外部磨损等。但无论哪种磨损都应该及时发现，及时修理，不可带病作业，以防止磨损加剧引起钢丝绳截面减小，抗拉强度降低，发生破断，从而引发起重机械安全事故，导致不可挽回的损失。