岸桥钢丝绳寿命延长措施研究

李心爽　李铭

【摘 要】岸桥的主要受载和导力结构很复杂，钢丝绳就是其中的一个重要部件，其工作状态直接关系到岸桥使用的安全性、可靠性。钢丝绳有自身的使用周期，假如日常维护保养和使用管理工作到位，钢丝绳的使用状况良好，就能够有效延长钢丝绳的使用周期，从而降低暗条的运营成本。文章从钢丝绳的设计、选型、应用、维护等多个方面进行简要分析，针对如何提高岸桥钢丝绳的使用寿命问题，提出了几点措施，希望能够为相关从业人员提供参考。

【关键词】岸桥结构；钢丝绳使用周期；延长岸桥钢丝绳使用寿命

【中图分类号】TD531 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）03-0103-02

1 钢丝绳的构造及使用特点

钢丝绳由钢丝、绳芯、股3个部分构成，它的生产主要包括拉丝、捻股及合绳3个基本工序。通常，钢丝绳主要起承受拉荷载的作用，钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形或者异型丝材，具有很高的强度和韧性，根据使用要求的不同，表面需要进行特殊的处理。绳芯主要是用来增强钢丝绳的弹性和韧性，同时具备润滑钢丝、减轻摩擦、提高使用寿命等作用。常用的绳芯有棉麻等有机纤维、合成纤维，还有高温条件使用的石棉芯，受工况要求有时金属材料也可用作绳芯。

钢丝绳具有独特的使用特点：弹性大，能卷绕成盘，能在高速下平衡运动，并且使用过程噪音很小；自重轻，韧性强，能够承受一定强度的振动荷载；具有一定的塑性，不易发生脆性破坏；相对于其他材料，受载时塑性变形小；受损后，表面会出现可观察的毛刺，易于及时发现后进行维护保养或者更换。

2 钢丝绳常见的损伤形式

长期的高负荷运转或者使用管理、维护保养不到位，会造成钢丝绳各种形式的损伤，严重影响钢丝绳的正常使用，埋下重大的安全隐患。起重机所使用的钢丝绳规格种类众多，使用环境也大不相同，但長期使用都会产生不同程度的损伤，常见的损伤主要有以下几种。

（1）磨损。钢丝绳在正常工作状态下，必然与其他物体接触并发生相对运动产生摩擦，加上环境因素和人为因素，极易发生磨损。常见的磨损方式主要为外部磨损、变形磨损和内部磨损3种形式。①外部磨损。在使用过程中其外表面与滑轮槽、卷筒壁等设备表面反复接触并存在荷载的传导，引起钢丝绳的摩擦损伤称为外部磨损。通常外部磨损会致使受载钢丝绳的受力截面减小，极限承载力降低。钢丝绳的外部磨损又分为单周磨损与全周磨损两种情况。相比较下，通常全周磨损的情况对于钢丝绳的持续使用更为有利，因此在实践中应尽量调整吊钩组，避免出现钢丝单周磨损的工作状态。②变形磨损是钢丝绳在使用过程中，表面受到震动、碰撞等造成的损伤，属于局部磨损。但实际的作业当中，桥吊的“挖井”工作最容易造成钢丝绳变形磨损，这种工况下钢丝绳在提升时极易与集装箱的边缘发生剐蹭。通常在检查钢丝绳的变形损伤时必须将吊具静放在地面，等到绳子完全放松下来后，再进行仔细的检查。③内部磨损指钢丝绳在通过卷筒或滑轮等导力、支撑装置时，钢丝绳的全部荷载压在一侧，导致内部每根钢丝的曲率半径相差很大，在钢丝绳的弯曲作用下，内部中的钢丝之间会产生很大的相互作用力，出现相对滑移。股间的接触应力也会相应增大，钢丝在极大的压应力作用下会出现局部变形，形成损伤。

（2）疲劳。钢丝绳生命周期内长时间工作，荷载反复作用，容易造成疲劳损伤，进而影响钢丝绳的使用寿命。常见的疲劳损伤有以下2种：①弯曲疲劳。钢丝绳在工作过程中需要重复通过滑轮组、卷筒等装置，会出现反复的弯曲，造成疲劳损伤，严重降低钢丝绳的韧性，严重时会出现断丝的现象。一般来说，疲劳损伤最严重的地方在股弯曲程度最大一侧的外层钢丝上，一旦出现断丝现象，意味着钢丝绳的使用寿命即将结束。②拉伸、扭转、振动引起的疲劳。钢丝绳在工作过程中反复地启动、制动、上升、下降，不断反复变化的拉压应力会引起金属丝疲劳，而振动和扭转产生的反复应力也是金属丝疲劳的一个重要原因。由于疲劳作用而产生的断丝具有显著的特点，其断口平整，而且多出现在钢丝绳的表层。

（3）锈蚀。钢丝绳通常在室外使用，必然会受到使用环境和气候条件的影响，长时间的风吹雨淋很容易导致钢丝绳锈蚀现象的产生。一旦出现锈蚀现象，钢丝绳在工作过程中必然会产生应力集中点，从而加速使用过程的疲劳破坏，大大降低钢材的承载能力和抗冲击能力。

（4）变形。变形损伤也是钢丝绳在工作过程中极易出现的一种破坏现象，如果没有及时发现并处理的话，有可能造成进一步的严重损伤。造成钢丝绳产生变形损伤的因素很多，主要有以下3个方面：①外伤。钢丝绳在工作过程中，本身承受巨大荷载，一旦与其他构件不正当接触，特别是在滑轮组中出现脱槽时，很容易造成外部损伤。②压溃。钢丝绳在卷筒中受震动、人为操作等因素的影响会出现卷乱现象，从而引发压溃现象的产生。卷乱会对钢丝造成严重的局部损伤，钢丝迅速出现断丝或压扁破坏，承载能力迅速下降。③扭结。尽管钢丝绳具有一定的塑性，但在受到强烈的局部扭曲应力后会产生永久的变形，也就是扭结。扭结按照扭曲方向是否与绳旋方向一致可分为正扭结与负扭结，通常钢丝绳都具有自转性，当荷载拉力作用到钢丝绳时绳股会向反方向旋转，这也是扭结变形容易产生的一个本质原因。

3 延长岸桥钢丝绳的主要措施

（1）钢丝绳选型。依据钢丝绳股内钢丝的接触方式，可以将钢丝绳分为点接触、面接触、线接触3类，由于点接触往往产生巨大的接触应力，因此已经在实践中淘汰。岸桥钢丝绳主要采用线接触式，这类钢丝绳具有较大的承载能力、良好的耐磨性能，在实践中具有较长的使用寿命，并且使用成本较之面接触式更加低。面接触式钢丝绳具有更好的承载性能，但是其内部结构复杂，生产成本较高，目前在实践中使用并不广泛。

（2）优化钢丝绳使用工况。在钢丝绳的工作过程中，工作人员要进行适当的操作，尽量避免钢丝绳产生过大的瞬间冲击力，造成部分钢丝绳来不及参与承载，局部钢丝承受过大压力出现断丝的情况。因此，在进行岸桥的起升操作时，司机应注意，一旦系统显示钢丝绳的荷载值小于空载时的正常值时，便即刻停止起升滚筒的操作。此外，钢丝绳提升过程中恒转矩控制模式应当尽量细化，如果钢丝绳悬荡度过大，可以调整操作角度，使钢丝绳以一定的斜坡加速度控制提升，直到钢丝绳显示的荷载值恢复正常（说明悬荡消失），再启用恒转矩模式提升。

（3）设计时尽量降低钢丝绳的最大拉力。岸桥小车和托架部分的张紧钢丝绳由于多采用环绕的布置方式，张紧油缸通常设置在侧后大梁处，这种情况下钢丝绳内部的张紧力就与司机的操作有很大的关系，倘若张紧力很大，钢丝绳又没有过大的悬荡度，那么小车的响应就会很快。因此在进行设计时，要格外注意在满足人机工程基本要求的基础上，预张紧力应当尽量取小值。同时要注意到，一旦工作中出现紧停的状况，鋼丝绳会牵引小车进行减速运动，此时油缸会流量过载，在设计时应当考虑到这种情况，加设保护装置，尽量减少极端工作情况下钢丝绳的冲击应力。

（4）钢丝绳及时卸载维护。钢丝绳的工作计划必须有合理的安排，当其处于非工作状态时，应采用适当的设计方法帮助钢丝绳卸载，为钢丝绳的弹性恢复和疲劳修复提供时间。通常，当岸桥控制室断电，也就是起重机工作系统进入休息状态时，应该有科学的卸载方法帮助钢丝绳彻底卸载，使其进入休息状态。假如岸桥工作室已经停止工作，然而钢丝绳仍处于承载状态，相当于人为增加了钢丝绳的工作时间，必然会相对缩短钢丝绳的使用寿命。

（5）降低钢丝绳的磨损。由实践操作可得，适当提高滑轮、滚筒的硬度，可以在一定程度上降低钢丝绳的磨损。此外，钢丝绳与滑轮共同工作依靠的是同滑轮槽间的摩擦力，受到滑轮转动惯量的影响，一方面钢丝绳的工能受到严重消耗，另一方面也加重了钢丝绳磨损。因此，借助科学技术手段开发新的滑轮制作材料，适当地提高滑轮表面的硬度和光滑度，同时降低滑轮的质量和转动惯量，对于减小钢丝绳在工作中的磨损具有重要意义。

（6）合理布置钢丝绳。钢丝绳同滑轮组、卷筒缠绕偏角、弯曲方向等，是影响钢丝绳工作状态的重要因素。在进行钢丝绳的布置设计时就应当考虑到这些因素，采取适当的措施来减小钢丝绳可能产生的变形，降低磨损和疲劳损伤。例如，滑轮组的大小，绳槽的尺寸、形状、材质及钢丝绳在滑轮组和卷筒上的缠绕方向等。其中滑轮组与卷筒的直径尺寸直接决定了钢丝绳工作状态下的弯曲程度，合理地设置这些数据，可以在很大程度上减轻钢丝绳的弯曲疲劳。

（7）加强钢丝绳的维护保养。润滑是钢丝绳日常保养的一项重要内容，可以有效地减轻钢丝绳的磨损状况，防止钢丝绳锈蚀，同时还可以使内部钢丝的相对摩擦应力减小，有利于同时承受荷载。在钢丝绳润滑油的选择上，要尽量选择强渗透性和润滑油膜高润滑油，在涂抹润滑油时，尽量选用机械喷淋的方法，以避免人工操作产生的误差。维护保养还应该注意，是针对钢丝绳通长进行保养，任何一段遗漏都可能导致钢丝绳局部损伤，从而导致整根钢丝绳失效。考虑到钢丝绳室外作业的工况条件，在进行维护保养时，应当有针对性地选择一些关键部位，重点维护。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]