塔式起重机用钢丝绳选型及使用寿命研究

2015-08-02洪峻松XUChaoHONGJunsong湖北特种设备检验检测研究院宜昌分院湖北宜昌443000

建筑机械化 2015年5期

徐超，洪峻松XU Chao, HONG Jun-song(湖北特种设备检验检测研究院宜昌分院，湖北宜昌 443000 )

塔式起重机用钢丝绳选型及使用寿命研究

徐超，洪峻松
XU Chao, HONG Jun-song
(湖北特种设备检验检测研究院宜昌分院，湖北宜昌 443000 )

[摘要]钢丝绳是塔式起重机的重要零部件，合理科学选用、正确安装、及时维护保养，能够有效延长钢丝绳的使用寿命。本文首先介绍了塔式起重机钢丝绳如何选型，并对影响其使用寿命的因素进行了研究，对塔式起重机钢丝绳的正确选型和使用寿命的延长有现实意义。

[关键词]塔式起重机；钢丝绳；选型；使用寿命

塔式起重机在吊装运输过程中，钢丝绳是其不可缺少的重要零部件和易损件，常常被人们称为塔式起重机的“生命线”。塔式起重机工作过程中，起升钢丝绳、变幅钢丝绳以及其他用途的钢丝绳都不同程度地受到了张拉、弯曲、扭转以及挤压作用，并且钢丝绳之间产生的应力又互相叠加，如果钢丝绳选用不当，或使用维护不当会有很大的安全隐患甚至造成大的安全事故，所以对塔式起重机用钢丝绳的正确选型和钢丝绳使用寿命影响因素进行研究，不仅可以延长钢丝绳的使用寿命，还对提高建筑工地上的工作效率和保障施工安全，具有重要意义。

1 钢丝绳的选型

选择使用合适的钢丝绳可以降低安全风险。对钢丝绳进行选型时，不少人一直陷入一个误区：钢丝绳的强度级别越高越好。但事实并非如此，塔式起重机不同的工作机构对钢丝绳的要求不同，对钢丝绳的安全系数要求也不相同，主要有起升钢丝绳和小车牵引钢丝绳等。虽然具有高抗拉强度的钢丝绳不仅能承受大的负载而且有较强的抗挤压能力，但这种高强度的钢丝绳随着强度的增加其韧性却降低了，在工作过程中，遇到弯曲和扭转时容易断裂，所以在对钢丝绳进行选择时，不但要考虑安全系数，绳子捻制型式、线

表1 不同工作级别对应的安全系数

按与钢丝绳所在机构工作级别有关的安全系数选择钢丝绳直径，所选钢丝绳的整绳最小破断拉力应满足

F0≥Sn

式中 F0——钢丝绳的整绳最小破断拉力；

S——钢丝绳最大工作静拉力；

n——钢丝绳的最小安全系数。

1.2 钢丝绳结构型式

1.2.1 捻制型式

塔式起重机用钢丝绳的捻制和结构型式影响其使用寿命的长短，钢丝绳不同的制造型式应该对应不同的使用环境。在实际使用过程中，交互捻钢丝绳就比同向捻钢丝绳的交变系数要小，且交互捻钢丝绳较少出现自转现象。除上述两种钢丝绳外，在塔式起重机中还普遍的使用一种不扭转钢丝绳，这种钢丝绳在工作过程中自由端不产生旋转，并且能够承受较大的抗挤变形，其总破芯结构、性能和润滑性能因素也应该考虑，而且还应考虑塔式起重机的实际工况。

1.1 安全系数及直径

塔式起重机用钢丝绳安全系数与其对应机构的工作级别见表1。断拉力比普通起升钢丝绳的破断拉力大，在生产过程中塔式起重机起升机构都优先选用这种不扭转钢丝绳。

塔式起重机用的多股钢丝绳的可弯曲性强，填充率大，这就保证了钢丝绳横断面能够得到较好的利用，降低了钢丝绳接触绳槽时的压力，更有效地消除内应力。在选用钢丝绳时，由于其结构的多样性，应主要考虑：钢丝绳承检载荷和换向载荷的类型、大小及时间过程；钢丝绳可能的旋转运动；钢丝绳的使用长度和其他的特殊要求。

1.2.2 钢丝绳的线芯结构

按钢丝绳内部丝与丝的接触方式可分类3种形式,即点接触、线接触和面接触。由于线接触钢丝绳结构紧密，断面利用系数较高，绕经滑轮和卷筒的机构工作钢丝绳应选择线接触钢丝绳。

钢丝绳绳芯一般分为纤维芯钢丝绳和钢芯钢丝绳。虽然钢芯钢丝绳在使用时对润滑要求以及滑轮的直径大小要求较严格，但其较高的径向抗压能力可以减少钢丝绳在卷筒上多层缠绕时层与层之间的挤压变形和内部的磨损，所以纤维芯钢丝绳只限在单层卷绕筒使用，建筑工地用塔机一般都是多层卷绕，所以塔式起重机用钢丝绳推荐使用钢芯钢丝绳。

1.3 钢丝绳工作环境

塔式起重机在腐蚀性环境中工作时，应选用抗腐蚀的镀锌钢丝绳，其使用寿命是普通钢丝绳的3倍。塔式起重机在高温或有明火的环境中工作时，应选择耐高温的金属芯或石棉芯钢丝绳。

2 钢丝绳的使用寿命

前文中提到，对钢丝绳的正确选型关系到钢丝绳的性能和质量，根据塔式起重机各机构特性选择合适的钢丝绳不仅能够提高塔式起重机的工作效率而且还能延长钢丝绳的使用寿命，同时也能够保障塔式起重机在作业过程中的安全。钢丝绳使用寿命的影响因素有很多，除了前文所提到的钢丝绳的选型、使用环境之外，还有很多因素对钢丝绳的使用寿命有影响，如钢丝绳的运输与存放、钢丝绳的安装、滑轮与卷筒的选择、钢丝绳的维护保养以及机器工作强度和设备的使用频率等其他因素都不同程度的影响着钢丝绳的使用寿命。

2.1 钢丝绳的运输与存放

在搬运装卸钢丝绳时，为了避免钢丝绳的表面被损坏，应采用合适的工具，在压制钢丝绳绳扣时，钢丝绳表面不能粘上杂物，应加强其表面防护，同时应避免其表面被压伤。不用的钢丝绳应选择干燥通风的环境进行存放。

2.2 钢丝绳的安装

采用合理科学的安装技术及工艺，可以大大降低钢丝绳发生扭结的几率，从而使钢丝绳的损耗程度得到降低，使其使用寿命延长。钢丝绳应在张紧状态进行安装。钢丝绳的捻向决定了塔式起重机起升钢丝绳在卷筒上的缠绕方向，右捻绳从左向右排列，左捻绳从右向左排列。如果塔式起重机的起升机构或是变幅机构的卷筒设计加工了排绳槽，压绳的方向已定，那么就应根据卷筒的槽向选择钢丝绳的捻向。如果钢丝绳缠绕乱时，应立即停止缠绕，否则会损坏钢丝绳，甚至使钢丝绳报废。所以钢丝绳应排列整齐，要进行绳端调整，调整不好应调整2～3次，避免出现夹绳现象。

2.3 滑轮与卷筒的选择

2.3.1 滑轮

塔式起重机钢丝绳在滑轮上进行绕行时，承受拉力和弯曲应力以及挤压应力。由于钢丝绳复杂的结构，钢丝绳承受的作用力，不仅有形变时产生的弯曲应力，还有其在加工制造过程中残余的弹性应力。这就要求我们在设计和选用钢丝绳滑轮时要考虑滑轮直径、滑轮材质、绳槽型式。

1）滑轮直径在拉力相同的情况下，滑轮直径越大塔式起重机钢丝绳的弯曲变形、弯曲应力就会相应的减小，钢丝绳的使用寿命也就更长久，试验证明滑轮直径与钢丝绳直径的最佳比值为30。对于不同工作级别机构的滑轮直径必须符合给定工作级别条件下的直径比值的要求，见表2。

2）滑轮材质滑轮材质主要有铸铁和铸钢，铸铁较铸钢的有利。钢丝绳绕过滑轮时，滑轮绳槽与钢丝绳钢丝的弹性模量影响着钢丝绳的压应力。如果塔式起重机钢丝绳选用较小的多层圆股绳或钢芯多股绳，或者是股绳捻制绳时，为了能够延长其使用寿命，经常用较软的材料做导向轮绳槽的衬垫。在塔式起重机中滑轮上使用弹性较好的绳槽衬垫，不仅能够延长钢丝绳的寿命，还能使塔式起重机寿命增加很多。这里，需要强调的是，当钢丝绳外部的接触应力减小时，钢丝绳内部的磨损反而会增加。所以，一般在槽底镶铝合金或尼龙衬垫，以降低钢丝绳的接触应力，提高钢丝绳的使用寿命。

表2 不同工作级别下的滑轮直径与钢丝绳直径比值

3）绳槽型式滑轮绳槽与钢丝绳契合程度越好，钢丝绳所承受的内部和外部压力就越小，钢丝绳的使用寿命就越长。实验证明圆形槽比其他型号的绳槽更适合塔式起重机钢丝绳，特别是下方带有切口的圆形槽与交互捻钢丝绳比楔形槽能够更好地适应钢丝绳作业。

2.3.2 卷筒

塔式起重机卷筒的选型对于其钢丝绳的使用寿命影响很关键。钢丝绳与卷筒的缠绕接触面积应尽可能大，钢丝绳的排绳应保持整齐，相邻钢丝绳间的摩擦力和挤压力应尽可能减小。如果卷筒加工有绳槽，钢丝绳绳槽的取值应为R=(0.53～0.6)d，节距的取值应为t=(1.04～1.05) d，d为钢丝绳直径，绳槽和节距的合理选择能在很大程度上避免乱绳、爬绳和挤压破坏等现象。

2.4 钢丝绳的维护保养

钢丝绳的安全使用在很大程度上取决于后期的维护及保养。钢丝绳的结构对外界影响反应灵敏，要想提高钢丝绳的性能和使用寿命，除了前文提到钢丝绳和滑轮的正确选型，在使用过程中还要定期做好钢丝绳的日常维护和保养工作。

钢丝绳在承受载荷时，受到拉力和滑轮挤压的共同作用，同时钢丝绳之间以及绳股之间的相互挤压都会摩擦发热。钢丝绳的润滑油耗尽时就会生锈，导致钢丝绳的质量受到影响，内层钢丝绳生锈可能导致钢丝绳断裂。因此，定期润滑对提高钢丝绳的性能和使用寿命有很大的作用。塔式起重机在长期的使用过程中需要经常对钢丝绳进行润滑处理，以让钢丝绳和整个的起升、变幅部分发挥更高的效率。

3 结论

钢丝绳的选型、安装、维护保养是影响塔式起重机钢丝绳寿命的关键环节。对钢丝绳的合理科学选用、正确安装、及时维护保养，能够有效延长钢丝绳的使用寿命。在对塔式起重机钢丝绳进行选型、安装及使用维护时，只有不断总结经验，不断提高钢丝绳的安装和维护技术，才能延长钢丝绳使用寿命，保证工地安全生产，降低作业成本，增加经济效益。

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（编辑贾泽辉）

［中图分类号］TH212;TH213.3

［文献标识码］B