门座起重机钢丝绳破损分析

吴洪武，谭东才，张 平

（三一重工股份有限公司，湖南长沙 410100）

0 引言

门座起重机是一种具有代表性的、旋转类有轨运行起重机，因为具有能让运输车辆顺利通过的门架结构而得名，广泛应用于港口、码头、造船及大型水电站建设等。

某型门座起重机钢丝绳在工作1000 h 后，出现了钢丝绳的断丝、破损现象，而钢丝绳正常使用寿命一般为1500～2000 h（图1）。经过对现场破损情况的考察和理论分析，找出破损原因，经优化设计改善钢丝绳受力、加强对钢丝绳的维护保养等，使钢丝绳使用寿命达到1500 h 以上，提高了门座起重机产品的竞争力。下面将对这一破损原因进行具体分析。

图1 门座起重机

1 钢丝绳破损原因分析及应对措施

1.1 钢丝绳与耐磨板摩擦造成钢丝绳破损

经过现场考察，发现有段15 m 左右的钢丝绳出现磨损断丝异常。分析认为，出现该现象的原因是安装导致钢丝绳所在中心不在机器房开口中心位置，偏向一侧，导致钢丝绳与耐磨板相互摩擦，钢丝绳已将耐磨板磨出凹槽，以致于钢丝绳直接与机器房顶钢板刮擦（图2），同时钢丝绳轴线与耐磨套（安装在防雨盘内）轴线不平行，导致耐磨套偏磨严重。

出现上述破损的根本原因是钢丝绳角度偏差与周围零部件摩擦。采用如下方法可避免出现上述现象：

图2 钢丝绳与耐磨板刮擦

（1）钢丝绳穿过机器房顶所开方口，钢丝绳设计位置在方口的中心位置，钢丝绳在卷筒上卷绕（图3）。钢丝绳沿卷筒方向移动，通过转盘上小孔带动上下盘相对转动，来保证钢丝绳能水平运动。

（2）钢丝绳通过转盘孔内有耐磨套，耐磨套轴线角度与钢丝绳倾斜角度相同。

图3 钢丝绳出孔

1.2 钢丝绳与滑轮间应力造成钢丝绳破损

经过现场考察发现，钢丝绳与滑轮频繁接触段出现磨损断丝异常（图4、图5）。经分析认为，出现破损的原因是钢丝绳与滑轮间产生应力。绕滑轮时，钢丝绳会产生弯曲应力，而内部钢丝之间互相挤压出现细微变形也会产生弯曲应力，钢丝受到反复出现的载荷作用，在最弱和应力最大的地方先是形成裂纹，然后裂纹逐渐扩大，最终导致疲劳断丝。同时，钢丝绳与滑轮表面接触时，拉伸载荷不仅会使钢丝之间产生挤压应力，而且钢丝绳与滑轮轮槽之间也会产生挤压应力。在这些应力的作用下，钢丝绳会被快速地磨损，导致使用寿命大大降低。

图4 钢丝绳与滑轮处磨损

图5 钢丝绳断丝

产生上述问题的根本原因是钢丝绳与滑轮间产生的弯曲应力及接触挤压应力。经过原理分析，采用如下方法可减轻磨损程度。

（1）对同种规格钢丝绳而言，所绕的滑轮直径增大，钢丝绳的疲劳寿命会随之显著增大，但是在钢丝绳的实际使用过程中，直径的增大会造成滑轮自身转动惯量增大，这对钢丝绳的正常工作极为不利，也会影响其使用寿命。所以，钢丝绳在弯曲受力的工况下，其使用寿命与滑轮直径有直接关系。因此，在设计阶段即考虑该问题，在设计之初必须进行合理的匹配、找到最佳匹配点。

（2）钢丝绳的疲劳寿命和钢丝绳与滑轮之间的接触挤压应力有着密切关系。钢丝绳与滑轮之间一般有3 种接触状态：点接触、线接触、面接触。从受力角度来看，面接触的有效接触面积最大、接触挤压应力最小，因而其使用寿命最高，因此在选择钢丝绳及设计钢丝绳与滑轮槽的大小时，事先考虑钢丝绳与滑轮之间为面接触的形式，这样可以减小挤压应力对钢丝绳的磨损、增长钢丝绳的使用寿命。这也是需要在设计阶段考虑的问题。

1.3 钢丝绳接触残留散石料造成钢丝绳破损

经过现场考察，发现钢丝绳上粘有如沙石料、铁矿石、煤块等散料杂物，这是由门座起重机的工作环境决定的。门座起重机主要用于散杂物的装卸，而且一般处于风较大的港口码头，作业过程中不可避免地会有一些散料从抓斗处泄漏。由于钢丝绳上涂有机油，散石料很容易黏在钢丝绳上。当散石料随着起升运动进入滑轮或卷筒时，由于钢丝绳与滑轮、钢丝绳与卷筒的挤压作用，沙石料会造成钢丝绳的破损。

由于门座起重机的工作环境无法改变，散石料的存在无法避免，因此只能要求现场施工人员加强对钢丝绳上散石料的清理，最好是每次工作完成后即进行一次清理。同时，经常加油保持钢丝绳良好的润滑，也会延长钢丝绳的使用寿命。

2 结语

通过对钢丝绳破损问题的原因分析，制定出对应的解决方案。在现场进行相应整改后，目前该起重机的钢丝绳作业时间已经达到正常使用的1500 h 以上，未出现中途异常断丝、破损的现象，使用效果得到有效验证。将来借鉴并优化此项技术，可以避免后续门座起重机钢丝绳出现类似问题，对于提高门座起重机产品的竞争力、赢得客户对产品的信心和满意度都有极大帮助。