起重机滑轮轮槽磨损及检验检测

2019-02-17魏焱焱

设备管理与维修 2019年1期

魏焱焱

（江苏省特种设备安全监督检验研究院江阴分院，江苏江阴 214400）

0 引言

在桥式起重机实际作业过程中，要分析钢丝绳与滑轮绳槽之间的接触磨损，需要先分析起升系统中滑轮及两侧钢丝绳的受力情况，进而建立钢丝绳与滑轮绳槽接触模型。根据使用场所的不同情况进行差异化的设定，使结果更加有效。

在对疲劳损伤的研究中，陈刚以港口起重机为研究对象，运用有限元分析方法对起重机相关结构进行分析研究，得到滑轮轮槽最大接触应力点位置的疲劳寿命结果；程风运用参数化技术及有限元分析软件研究了起重机结构的静态特性，对起重机起升过程进行仿真，计算起重机的疲劳寿命。针对露天使用起重机无法监控起重机应力状态的问题，研发起重机在线检测可视化仿真系统，通过钢丝寿命预测整个钢丝绳的使用寿命，为滑轮轮槽实时检测提供了检验参考。

滑轮绳槽表面接触磨损情况主要是研究钢丝绳和滑轮绳槽之间接触应力分布情况，这种分布主要为非线性接触，可以选用ANSYS软件进行有限元分析。

1 起重机滑轮轮槽磨损研究

起重机工作过程中，滑轮组工作系统承受着来自钢丝绳的拉力作用，工作一段时间后，会产生疲劳磨损，疲劳磨损即接触疲劳，2个接触体在相对滑动或滚动时，接触区域形成的循环应力超过材料疲劳强度，出现裂纹并不断扩展，最终产生磨损的过程。滑轮组产生的疲劳磨损一般包括萌生、扩展、断裂3个阶段。因此需要对整个滑轮绳槽使用阶段的摩擦损耗进行研究，然后根据损耗情况，制定出详细合理的综合解决方案，保障设备的安全运行。

1.1 滑轮疲劳寿命

疲劳磨损一般经过裂纹的产生、扩展和断裂，是较为普遍的磨损失效形式。因此滑轮的轮疲劳寿命研究内容主要包含3点：①初装换轮疲劳寿命计算；②滑轮在不同接触力下的疲劳循环次数；③滑轮淬火层被钢丝绳磨平后再次出现压痕的时间。

1.2 滑轮压痕失效分析

出现一定程度的滑轮压痕后，就会产生滑轮压痕失效问题，主要原因包括：

（1）在长期使用过程中，滑轮压痕会萌生出裂纹，缝隙会逐渐拓展。滑轮轮槽在拉力的往复作用下发生塑性形变，在滑轮轮槽表面留有印痕，在轮槽内形成很深的滑移带。

（2）滑轮槽表面循环磨损机理。起重机工作吊起物体的瞬间，物体会产生轻微摇动，钢丝绳和滑轮会在一定程度上形成摆动，产生摩擦，造成轮槽磨损。当起重机横向运动时，会加剧磨损程度。

2 防治滑轮轮槽出现压痕的主要措施

2.1 控制钢丝绳缠绕方式

轮槽出现压痕的重要原因是冲击载荷。在起重运输过程中，加速或者提升所产生接触应力是均匀应力的（1～2）倍，因此研究钢丝绳缠绕系统非常关键。实际应用过程中，应适时地控制好加速度，降低滑轮承受的冲击负荷，降低钢丝绳与轮槽之间的摩擦因数。

2.2 加强钢丝绳与滑轮的接触应力

通过分析起重机工作过程中钢丝绳和滑轮的运行原理可以得出，滑轮的压痕主要是因为滑轮组的主要受力点集中在滑轮槽底部，吊具起吊重物时候，由于晃动等因素的影响，钢丝绳的交变摩擦力会对滑轮槽产生疲劳磨损，在滑轮底部产生明显的压痕。裂纹扩展至断裂发生，就会出现严重后果。因此，可以根据表层面积，安装与钢丝绳直径配套的衬垫，加强钢丝绳和滑轮的接触应力，减少钢丝绳与滑轮槽之间的摩擦。

2.3 定期更换润滑脂

起重机械长时间工作必然会在钢丝绳和滑轮槽之间产生磨损，轮槽表面磨损产生的杂质会融入润滑脂中，导致钢丝绳和滑轮槽之间的阻力增大，加剧磨损程度。因此应该及时更换润滑脂，降低磨损消耗。

3 起重机滑轮受力分析

某大型钢铁厂冶金桥式起重机主要工作参数：跨度22 m，起重量63 t/15 t，起升高度15 m，工作级别A7，小车运行速度（4.16～41.6）m/min, 起升下降速度（0.902～9.02/12.5）m/min，大车运行速度（8～80）m/min，葫芦工作级别M5。起升部分由钢丝绳缠绕系统动滑轮和定滑轮组构成，缠绕系统对称构成，分为左右两侧。对该设备的滑轮磨损进行受力分析，得出滑轮的磨损程度。

现场对整个搬运过程进行检验分析。装卸过程：起重机将装有钢水的钢包从地面起升至一定高度，通过运行小车把钢包放置在转炉平台，空载回程。

启动时的惯性阻力比静阻力大出几倍，这个过程绳槽磨损比较严重。惯性阻力计算公式：Wa=k（Gn+Gz）a其中，Wa是启动时的惯性阻力，k是考虑旋转件的惯性阻力系数，a是启动平均加速度。通过计算得出起升、下降、横向移动过程中滑轮的受力情况，最终得出滑轮轮槽磨损的情况，并根据磨损情况制定检测方案。