提高橋式抓斗卸船機鋼絲繩使用安全經濟性的探討

翁春華

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提高橋式抓斗卸船機鋼絲繩使用安全經濟性的探討

翁春華

廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司

介紹了橋式抓斗卸船機鋼絲繩主纏繞系統(tǒng)的使用現狀，提出了優(yōu)化維護方法及局部改進對策，以提高卸船機鋼絲繩使用的安全經濟性。

橋式抓斗卸船機 鋼絲繩主纏繞系統(tǒng) 優(yōu)化維護 安全經濟性

1 簡介

橋式抓斗卸船機是種港口起重運輸機械，它被廣泛運用于港口碼頭及燃煤火力發(fā)電廠，用來卸裝如煤等散料貨物。它主要由大車行走機構、鋼絲繩纏繞系統(tǒng)、接料系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及鋼結構等組成，如圖1所示。其中，鋼絲繩纏繞系統(tǒng)是主要系統(tǒng)，由小車運行機構、起升/開閉機構、俯仰機構組成。

牽引式橋式抓斗卸船機卸船工作流程如下：抓斗從船艙抓取物料→起升機構將抓斗提升到一定高度→小車從船艙向料斗方向移動→抓斗位于料斗的正上方打開→物料落入料斗內，并從料斗出口落到振動給料器內→振動給料器通過振動半物料連續(xù)均勻地送到給料皮帶機內→給料皮帶機將物料送到地面皮帶機的轉換臺。如此反復，完成卸船機的卸料任務。

1-后大梁 2-斜拉桿 3-漏斗梁 4-漏斗 5-副操作室（副司機室） 6-司機室 7-抓斗 8-主小車 9-后拉桿 10-起升（閉合）滑輪組 11-起升（閉合）滑輪組 12-俯仰機構 13-起升/開閉機構 14-小車運行機構 15-機器房 16-小車夜壓張緊裝置 17-副小車

鋼絲繩主纏繞系統(tǒng)是橋式抓斗卸船機的核心組成部分，它由俯仰鋼絲繩、起升鋼絲繩、開閉鋼絲繩、小車牽引鋼絲繩和各機構上的卷筒、滑輪組成。其中，起升鋼絲繩通過牛腿與抓斗連接，開閉鋼絲繩通過梨形/C形接頭與抓斗連接，如圖2 所示。

圖2 卸船機鋼絲繩纏繞系統(tǒng)圖

2 鋼絲繩使用的安全經濟性分析

卸船機鋼絲繩纏繞系統(tǒng)中的起升/開閉和牽引鋼絲繩為頻繁承受動靜載荷的部位，是卸船機工作時關鍵機構，也是本文闡述的重點。這些鋼絲繩在作業(yè)時，不但承受著抓斗、物料和自重的靜載荷，而且承受著因加速度和沖擊引起的動載荷。鋼絲繩反復卷饒卷筒和滑輪，周期性承受較大的彎應力，承受著因彎曲引起的附加載荷；另外，當鋼絲繩受力伸長時鋼絲繩鋼絲彼此之間產生磨擦，繩與滑輪、卷筒槽底，繩與起吊件之間的磨擦等，鋼絲繩承受著因摩擦引起的阻力載荷。鋼絲繩在這些載荷的作用下產生很大的拉、彎應力，當拉伸、彎曲的次數超過一定數值后，會使鋼絲繩出現 “金屬疲勞”的現象，使鋼絲繩鋼絲使用一定時間后就會出現磨損、斷裂現象。因此，卸船機鋼絲繩在生產實踐中所暴露出來的問題主要表現為磨損與斷絲。其中，磨損與斷絲尤為突出的是起升鋼絲繩與抓斗連接處的20米段，小車牽引鋼絲繩往返于滑輪的主工作段，以及抓斗內鋼絲繩。

2.1 影響鋼絲繩使用壽命的因素

2.1.1使用頻率

鋼絲繩的使用頻率以總運轉小時數和平均日工作小時數來衡量。在總運轉小時數一定的情況下（如橋式抓斗卸船機反應在某一數值的卸貨量），使用越頻繁，即日平均工作小時數越高，鋼絲繩就越容易疲勞，磨損和斷絲就越快，使用壽命就越短。

2.1.2載荷情況

前面已經提到，橋式抓斗卸船機鋼絲繩所受到動、靜載荷，附加載荷和阻力載荷的綜合作用，在上述各載荷中，動、靜載荷的級別和性質對鋼絲繩的使用壽命影響尤為明顯。當鋼絲繩頻繁承受較大的動、靜載荷特別是較大的沖擊載荷時，就可能增加鋼絲繩的微量伸長率，載荷超過彈性極限時，鋼絲繩斷裂的隱患就增加。

2.1.3潤滑狀況

鋼絲繩是由若干運動元件（鋼絲、股繩、襯芯等）所組成，各個元件之間仍存在或多或少的相對運動，它和齒輪、軸承、鏈條等運動副有相似的情況。鋼絲繩在受到拉伸、彎曲和扭轉時，每根鋼絲、每股扭繩以及襯芯各自和相互之間都有摩擦和磨損。在它通過滑輪等轉向或壓緊裝置時不免有滑動，也同樣有相對的摩擦和磨損。具體有下列幾種現象產生：①由于潤滑不足、壓力過大，在上述實際接觸摩擦部位出現連續(xù)磨損和粘著磨損。②由于塵屑、磨料的附著和摻入而引起磨料磨損。③如果鋼絲繩暴露在潮濕、酸、堿或酸性氣體時會引起腐蝕和化學侵蝕。鋼絲和股繩內部的腐蝕因不易察覺而有繼續(xù)發(fā)展不斷降低強度的傾向，故極為危險。外部腐蝕不難看出，并可以迅速加以防止。而通過檢查發(fā)現外部腐蝕，還能給潤滑失效所引起的內部腐蝕提供信號。④由于超載、沖擊或彎曲過度使鋼絲結構變化、強度降低的疲勞現象為一種不易察覺的逐漸累積突然破壞形式。⑤由于鋼絲相互之間，鋼絲與繩輪、鼓輪之間；比壓過大而油膜強度不足，以至出現印痕和變形。⑥由于金屬直接接觸所帶來的摩擦熱而引起的高溫和繼之快速的冷卻，有使鋼絲淬火而形成脆性硬度的傾向。如鋼絲表面已變脆，則其脆化表面更易開裂、疲勞而終于斷裂。

因此，保證鋼絲繩充足的潤滑和正確合理使用鋼絲繩的潤滑油，對于延長鋼絲繩的使用壽命至關重要。有資料表明，對鋼絲繩進行系統(tǒng)潤滑，可使鋼絲繩壽命延長2～3倍，所以，要定期對鋼絲繩進行潤滑，使之經常處于良好的潤滑狀態(tài)。

2.1.4合理選型

鋼絲繩在制造時按鋼絲成股和股成繩的繞制方向有同向捻和交互捻兩種，同向捻鋼絲繩是鋼絲成股和股成繩時繞制方向相同，這類鋼絲繩的撓性好，適合起升機構鋼絲繩多次繞過滑輪和卷筒的實際工作情況，但若不采用預變形處理，則易松散和扭轉；交互捻鋼絲繩鋼絲成股和股成繩時繞制方向相反，不松散，但撓性稍差。除上述兩種鋼絲繩外，近年來在起重機中還使用一種不扭轉鋼絲繩，這種鋼絲繩由內外兩層繩股組成，但兩層繩股的繞向相反，內外層繩股旋轉力矩平衡，因此自由端不產生旋轉，同時，它的支撐點比普通鋼絲繩約增加3.3倍，有較大的抗擠壓強度，不易變形，總破斷拉力大于普通起升鋼絲繩的破斷拉力。由此可知，由于橋式抓斗卸船機的鋼絲繩主纏繞系統(tǒng)為起升機構，應優(yōu)先選用不扭轉鋼絲繩，其次選用經預變形的同向捻鋼絲繩或交互捻鋼絲繩。由于起升機構空載時普通同向捻鋼絲繩易松散和扭轉，起升機構中應盡量少用。

2.1.5設計制造因素影響

在卸船機的主纏繞系統(tǒng)中，滑輪直徑與鋼絲繩直徑比值，以及鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點連線產生偏角的影響是設計制造因素影響的主要方面。

滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值，低架小于25；高架小于30。滑輪直徑過小，鋼絲繩容易造成鋼絲繩過大的彎曲，加劇了鋼絲繩的磨損和疲勞損壞，影響使用壽命。

在起升作業(yè)時，鋼絲繩從卷筒上繞進或繞出，并由卷筒一端移向另一端，使鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點連線產生偏角α，若鋼絲繩的最大拉力為Ｆ，則：

Ｆｘ＝Ｆｃｏｓα ；Ｆｙ＝Ｆｓｉｎα

顯然，Ｆｘ是鋼絲繩繞入卷筒的有效分力，它拉動鋼絲繩繞進或繞出卷筒。因此，設計時希望Ｆｘ有較大的數值；Ｆｙ是有害分力，在滑輪上，它使鋼絲繩與滑輪輪槽側面產生摩擦力，Ｆｙ的數值過大，甚至會使鋼絲繩脫槽；在卷筒上，它使鋼絲繩的圈與圈之間產生摩擦力，Ｆｙ的數值過大，可能導致鋼絲繩不能依次排列，產生亂繩現象。由此可知，α的數值越小越好。所以，國家標準規(guī)定α≤1°30′，對光面卷筒放寬到α≤2°。

2.2 鋼絲繩斷絲數的報廢標準

當鋼絲繩磨損斷絲到一定程度時，就要進行報廢更換。鋼絲繩更換遵循普通國標原則，鋼絲繩的表面鋼絲被磨損或腐蝕達鋼絲直徑40%時應更換；鋼絲繩如因內、外部磨損、腐蝕以及伸長等原因而使其直徑減少15%，那么即使無斷絲也要報廢；某一繩股，如發(fā)現軋扁或軋斷，繩股凸出，鋼繩扭結等現象應立即更換；繩心外露、變質、變脆缺油的鋼絲繩必須更換。局部外層鋼絲伸長呈“籠”形時；鋼絲繩發(fā)生扭結、彎折塑性變形、麻芯脫出、受到電焊渣或高溫作用影響鋼絲繩的性能指標時應報廢。

對于6股和8股的鋼絲繩，斷絲主要發(fā)生在外表；而對于多層繩股的鋼絲繩（典型的多股結構）就不同，這種鋼絲繩斷絲大多數發(fā)生在內中部，因而是“不可見的”斷裂。表1考慮了這些因素，因此，單把各種因素結合起來考慮時，應按照下表報廢標準，它適用于各種結構的鋼絲繩。

表1 鋼絲繩報廢標準

注：①d——鋼絲繩直徑。②填充鋼絲不能看作承載鋼絲，因此要從檢驗數中扣除。多層股鋼絲繩僅考慮可見的外層繩股。帶鋼芯的鋼絲繩，其繩芯看作內部繩股而不予考慮。

雖然鋼絲繩的報廢更換有章可循，然而在實際工作中，由于檢測時主要采用傳統(tǒng)的人工目視、手摸的落后檢測手段，存在耗時、耗工、效率低下和檢測不可靠、不準確的缺點，因此，大部分采用定期強制更換鋼絲繩的方法，如廈門華夏電力公司嵩嶼電廠按照積累的經驗數據在規(guī)程中規(guī)定：起升、開閉鋼絲繩，卸煤量達55萬噸左右應予更換；小車牽引鋼絲繩磨損斷絲達報廢標準或卸煤量達120萬噸左右，應予更換。由于諸多因素的影響，通過對被強制更換的鋼絲繩檢查發(fā)現，很多情況下存在鋼絲繩斷絲數和磨損量遠未達到報廢標準就更換，這樣就造成很大的浪費。

3 提高鋼絲繩安全經濟性的途徑探索

3.1 鋼絲繩的科學選型

3.1.1防旋轉或非防旋轉鋼絲繩的選擇

防旋轉鋼絲繩就是當鋼絲繩吊起一個無導向重物時，它并不沿著縱向軸旋轉，或者幾乎不旋轉，或者鋼絲繩的端頭結構不轉，或幾乎不轉。實現此特性的結果來自于繩芯的旋向與繩本身的旋向相反。當防旋轉鋼絲繩承重時，由繩芯產生的扭力與外股產生的扭力相反，因此導致了平衡的效果。

當選擇鋼絲繩時，最重要的決定在于選擇防旋轉或非防旋轉鋼絲繩。作出此決定必須非常謹慎，錯誤的選擇將導致嚴重的后果，比如：鋼絲繩的短壽命，結構的變更，突然或出人意料的斷裂等。必須選擇防旋轉鋼絲繩的情況是：在單組滑輪時，提升無導向的載荷； 在多組滑輪時，提升無導向的載荷到相當的高度。必須選擇非防旋轉鋼絲繩的情況是： 提升有導向的載荷；在多組滑輪時，提升無導向的載荷到較低的高度（比如電動葫蘆）；提升載荷時，由左旋和右旋鋼絲繩成對作業(yè)。

當鋼絲繩在卷筒上卷繞時，鋼絲繩被彎曲，受到輕微的扭轉。繩槽向右排列的的卷筒將把扭轉帶入左旋鋼絲繩。右旋鋼絲繩將會被同樣方向的繩槽反扭轉（松開）。當繩離開卷筒時，所附加的扭轉或反扭轉并不總全是從繩上釋放，當多次提升后，扭轉量將會維持，并逐漸在繩上累積。 少量扭轉可能消極地影響防旋轉鋼絲繩的結構。這種鋼絲繩對任何扭轉都更敏感，因為其繩芯的旋向與外股的旋向相反。因此，在單層卷繞中，如果選用防旋轉鋼絲繩，卷筒旋向應與鋼絲繩的旋向相反。

鑒于以上情況，橋式抓斗卸船機一般采用非防旋轉交互捻鋼絲繩。

3.1.2鋼絲繩品牌的選擇

鋼絲繩的品牌眾多，有國內生產的不同品牌，也有國外生產的不同品牌。如何選用一種適合本公司使用實際的鋼絲繩，要從其安全性和經濟性綜合考慮，均衡出一種性價比較高的質量穩(wěn)定的品牌，除了不斷進行嘗試摸索，比較選擇外，還應加強同同行的交流。

目前，國內多家同行使用德國迪茲鋼絲繩廠生產的DIEPA P825型鋼絲繩，其性能和使用壽命得到較高的評價。DIEPA P825型鋼絲繩具有以下優(yōu)點：具有以下特點：極佳的抗彎曲疲勞性能；很好的抗拉強度；與滑輪、卷筒表面的接觸性能良好；抗彎曲疲勞強度高；鋼絲繩內部磨損小，不會出現內部斷絲情況；柔韌性高；極佳的耐腐蝕性能；完全沒有內應力；

在外股和鋼芯之間填充機械性能高、而且能夠自潤滑的耐擠壓的聚酰胺為墊襯，使外股在載荷下的擠壓力均勻的傳遞到鋼芯，保證鋼絲繩的斷絲不發(fā)生在鋼芯，只發(fā)生在鋼絲繩表面，是非常安全的鋼絲繩；在使用過程中不用考慮鋼絲繩鋼芯的潤滑，鋼芯不會生銹。

DIEPA P825型鋼絲繩是種非防旋轉迪帕特殊鋼絲繩，是特殊設計制造的，以抵抗附加的扭轉，使得最終通常沒有，或僅有極少量的扭轉殘余。扭轉殘余量，即使有的話，也是非常之小，對鋼絲繩的性能無負面作用。帶塑料芯的迪帕特殊鋼絲繩一般會抵抗由卷筒繩槽方向決定的錯誤旋向鋼絲繩所帶來的反扭轉。

3.2 引進科學的檢測手段

目前，對于鋼絲繩的檢測，大部分僅停留于人工檢測，而人工檢測只能部分檢測出鋼絲繩的外部損傷，而對鋼絲繩的內部斷絲、磨損、銹蝕、尤其是疲勞等狀況則根本無法檢測，因而許多重大事故隱患難以發(fā)現。例如，鋼絲繩在使用一段時間以后，人工外觀檢測不到斷絲，但通過解剖發(fā)現鋼絲繩鋼絲繩芯脆斷嚴重，繩股的內部鋼絲也存在局部斷絲現象。

二十一世紀初，弱磁檢測技術在鋼絲繩探傷領域有了突破性的發(fā)展，基于弱磁檢測技術的全新的檢測儀也進一步完善，替代傳統(tǒng)的強磁檢測技術以成為不可避免的趨勢。為此，我們注意到了國內自主創(chuàng)新的、在全球范圍內唯一采用弱磁檢測方法的TCK鋼絲繩檢測技術。該技術在理論上通過研究損傷場強和各項磁場矢量變量其和差關系，建立了其與鋼絲繩損傷面積△S之間的數學模型，通過監(jiān)測圍繞鋼絲繩出現主漏磁場Hz、局部漏磁場Hi（即：內外斷絲造成的局部漏磁場Hd、內外磨損造成的漏磁場Hm、內外銹蝕所產生的局部漏磁場Hx及斷面變小、鋼絲焊點等所產生的其它漏磁場Hq等）以確定鋼絲繩內部和表面缺陷，并通過實驗得到了證明。

如圖3所示：在鋼絲繩周圍取一個環(huán)節(jié)，檢測環(huán)帶面積上的磁通密度或磁場強度，即可判定損傷面積△S。

圖3

B=μH

其中：μ——導磁率

在空氣和真空中μ=1

所以：H = B

H∞ΔS

△S0

S0max ＝0→2π

S0min ＝0→0

在環(huán)帶上組裝m個傳感器，形成一種模式識別型的環(huán)形傳感器，不但能識別某點場強的物理量，且可以識別鋼絲繩損傷點所處的空間位置。鋼絲繩損傷點的面積ΔS變成了場強Hi的函數，實驗證明，完全正確，運算速度也非常之快，可準確判定鋼絲繩的更換時間，使鋼絲繩的使用壽命延長到確實失效限度；在生產和使用過程中，可確保人身和財產安全，減輕安檢人員的勞動強度。這個數學模型的建立對斷絲之類的缺陷已經完全滿足了。對于銹蝕、磨損、疲勞、變形等在捻距中也能被測出。這項新技術實現了鋼絲繩各種損傷的定量檢測，解決了鋼絲繩量化檢測的難題。TCK儀器結構如圖4所示，這是一種磁化和檢測的兩體方案。

圖4的左側為為磁化器。 圖4的右側為檢測器，簡稱探頭，圖5為系統(tǒng)框圖。

左側:1、磁化方向 2、鋼絲繩 3、導向輪4、絞鏈5、220v交流電源 6、手柄 7、導輪調整螺栓8、直流線圈外殼

圖5 TCK鋼絲繩無損檢測器系統(tǒng)框圖

3.3 提高創(chuàng)新創(chuàng)效能力

由于橋式抓斗卸船機在清艙作業(yè)過程中，通常采用甩抓斗的方式來抓取船艙底層邊緣的煤，這樣，抓斗上方20米段的起升鋼絲繩不可避免會與船艙口摩擦，導致起升鋼絲繩的磨損和斷絲加劇，縮短鋼絲繩的使用壽命。這時，起升鋼絲繩的其它部位的磨損與斷絲還遠遠未達到報廢標準，如果因為抓斗上方20米段鋼絲繩的磨損與斷絲提前超標而進行更換，勢必造成很大的浪費，因此在起升鋼絲繩卷筒上增加鋼絲繩的預留圈數，在抓斗上方20米段鋼絲繩的磨損與斷絲提前超標時，把磨損與斷絲提前超標的鋼絲繩截斷，把預留量釋放出來補償截斷的鋼絲繩，可以實現不更換鋼絲繩而延長鋼絲繩的使用壽命的目的，預留量越多，可截斷補償的次數也越多，經濟效益就越顯著。經驗表明，通過這一手段，起升鋼絲繩的使用壽命至少可以延長三分之一。當然，截斷補償次數也不能無限增加，應該綜合考慮其安全性。因為隨著有效使用時間的推移，起升鋼絲繩的其它部位的磨損與短絲情況也將逐漸靠近報廢標準，所以在進行截斷補償時應精密點檢整根鋼絲繩的磨損與斷絲狀況是否在可用范圍內，以實現安全使用鋼絲繩的可控在控。通過長期的經驗積累，補償截斷次數一般可以達到2-3次，達到3次時，鋼絲繩的使用壽命就延長到翻倍的水平。

另外，在起升、開閉鋼絲繩的卷筒壓板固定端(預留段，起升鋼絲繩約20米，開閉鋼絲繩約40米)，一般很少參與往復卷繞，不受頻繁的彎應力的影響，每次在更換鋼絲繩時，這些鋼絲繩沒有出現磨損與斷絲現象，因此，鑒于經濟性考慮，這些鋼絲繩可以繼續(xù)作為抓斗內鋼絲繩使用。以廈門華夏電力公司嵩嶼電廠為例，該公司每年卸煤量為320萬噸，每年卸船機的起升、開閉更換頻率為5次，每次再利用抓斗內鋼絲繩6根（每根長度為20米），一年可再利用600米的起升、開閉鋼絲繩，算下來可節(jié)約鋼絲繩費用16.5萬元。

3.4 保證充足的潤滑

港口機械卷揚機上用的鋼絲繩是安全件，鋼繩在出廠前一般都作過初級潤滑防銹處理，但它只能對儲存、運輸和使用初期起作用，長期使用過程中，原有的潤滑油將慢慢流失和散發(fā)掉，故必須加強潤滑保養(yǎng)，定期給鋼繩涂潤滑油，才能確保鋼繩內外表面附著有油膜，從而保證了應有牽引力，延長鋼繩的使用壽命，減少事故的發(fā)生，鋼繩潤滑劑主要有4種作用：①減少鋼繩內部絲之間、股之間及鋼繩與滑輪等因運動屈張而產生的摩擦、磨損，減少斷裂的可能性；②為鋼繩的繩芯、鋼絲以及各股提供內部與外部的防腐保護，減少銹蝕，延長鋼繩的壽命；③增加鋼繩的柔韌性，使載荷在繩股上分配均勻，減少彎曲疲勞；④涂抹在鋼繩上的潤滑劑可作為鋼繩與滑輪組及滾筒之間的緩沖物。

潤滑油是鋼絲繩的重要組成部分，這一點經常被低估。鋼絲繩如果沒有足夠的潤滑油，或者用了錯誤的潤滑油，將不可避免地導致過早疲勞損傷或鋼絲繩的內部腐蝕。對于鋼絲繩的潤滑油選擇，必需遵循以下原則：①粘附性要好；②滲透性要好；③揮發(fā)性要小；③極壓抗磨性高；⑤抗腐蝕性能要強；⑥抗外界的干擾作用要強。

常用鋼繩潤滑油脂有：美孚公司的Mobil arma798鋼繩防銹保護潤滑劑；殼牌公司的Classlube系列、Malleus鋼繩潤滑劑，CONOCO公司用于鋼繩的CABLELUBE重負荷潤滑劑，ORION(歐立能)87號鋼索潤滑油，中國石化潤滑油公司的長城牌鋼繩減摩潤滑脂等。

目前，橋式抓斗卸船機比較合理的潤滑方式是稀油潤滑與油脂潤滑相結合。特別是在鋼絲繩更換時的潤滑極為關鍵。通常應先用鋼索油（稀油）進行涂抹或浸泡，目的是使鋼絲繩內部及繩芯得到充足潤滑，以減少鋼絲繩的鋼絲與鋼絲之間、股與股之間以及股與鋼絲繩芯之間的磨損。然后在鋼絲繩的外表再涂上油脂，用于減少鋼絲繩與滑輪、鋼絲繩與卷筒之間的摩擦。在鋼絲繩的使用過程中還應定期潤滑，可以采用電動稀油集中潤滑裝置，即在鋼絲繩所卷繞的某定點滑輪上方定期噴涂潤滑油，以達到充足潤滑的效果。

3.5 避免超載超速作業(yè)

實踐證明，卸船機司機的操作水平對鋼絲繩的安全和壽命有直接的影響。在卸船機作業(yè)過程中，司機超載超速越頻繁，牽引式橋式抓斗卸船機的起升/開閉鋼絲繩和牽引鋼絲繩所受的瞬間沖擊載荷將越大，對鋼絲繩的傷害也越大。

當卸船機的小車(水平方向運動)或抓斗（水平與垂直方向運動的合成）超載超速時，在瞬間加速度過大，由動力學知識Ft=mvt－mv0，即在t很小的情況下使mvt－mv0數值很大，從而導致鋼絲繩所受的沖擊力F很大，鋼絲繩所受的載荷明顯加劇，這顯然會對鋼絲繩造成傷害。

如下圖所示，承載抓斗的卸船機小車沿著卸船機小車軌道運動，其速度為v0，抓斗的重心至鋼絲繩與小車滑輪接觸點的距離為r。抓斗及物料的重量為G（約40噸），起升/開閉鋼絲繩的拉力為T，當抓斗作勻速直線運動即處于平衡狀態(tài)時，重力G與鋼絲繩的拉力為T0的大小相等。當做高速運動的抓斗突然急剎車時，抓斗因慣性將繞鋼絲繩與小車滑輪接觸點以r為半徑向前快速擺動，由理論力學的知識可知，起升/開閉鋼絲繩的拉力T＝G（CosΦ＋v2/g r），以小車為分析對象時，小車受到通過鋼絲繩作用其上面的慣性離心力P，其大小與鋼絲繩受到的拉力T相等，方向相反，由此可知，抓斗的行走速度越大，鋼絲繩受到的拉力T也越大，慣性離心力P也越大，其水平向前方向的分力也越大，產生了一個破壞性的水平向前的“主動牽引力”。在破壞性“主動牽引力”的作用下，可能克服制動器的制動力，在瞬間產生向前俯沖的現象。所以，為安全起見，小車在剎車前應該提前減速，這點很關鍵，它可以避免鋼絲繩承受過大的沖擊動載荷，對改善鋼絲繩的受力，延長鋼絲繩的使用壽命，提高安全經濟性的主要環(huán)節(jié)之一。

圖6 卸船機抓斗受力及動力學分析示意圖

3.6 完善精密點檢制度

完善鋼絲繩的精密點檢制度，是維護跟蹤鋼絲繩的安全經濟性的重要途徑。鋼絲繩在使用期間，一定要按規(guī)定進行定期檢查，并將檢查結果認真做好記錄。通過對鋼絲繩隨時監(jiān)控，為安全、合理使用鋼絲繩提供依據。

在其使用過程中，應對全長各個部位進行檢查。由于客觀上要對整條鋼絲繩進行檢查十分困難，但是，對于那些經過實踐證明容易損壞的部位必須進行頻繁、仔細檢查，因為一旦這些部位嚴重損壞不能被及時發(fā)現，將可能產生災難性的后果。

3.6.1鋼絲繩外部檢查

直徑檢查：直徑是鋼絲繩極其重要的參數。通過對直徑測量，可以反映該處直徑的變化速度、鋼絲繩是否承受到過較大的沖擊載荷、捻制時股繩張力是否均勻一致、繩芯對股繩是否保持了足夠的支撐能力。

磨損檢查：鋼絲繩在使用過程中產生磨損現象不可避免。通過對鋼絲繩磨損檢查，可以反映出鋼絲繩與匹配輪槽的接觸狀況，在無法隨時進行性能試驗的情況下，根據鋼絲磨損程度的大小推測鋼絲繩實際承載能力。

斷絲檢查：鋼絲繩在投入使用后，肯定會出現斷絲現象，尤其是到了使用后期，斷絲發(fā)展速度會迅速上升。由于鋼絲繩在使用過程中不可能一旦出現斷絲現象即停止繼續(xù)運行（雖然對于新鋼絲繩而言，這種現象是不允許的），因此，通過斷絲檢查，尤其是對一個捻距內斷絲情況檢查，不僅可以推測鋼絲繩繼續(xù)承載的能力，而且根據出現斷絲根數發(fā)展速度，間接預測鋼絲繩使用壽命。

3.6.2鋼絲繩內部檢查

對鋼絲繩進行內部檢查要比進行外部檢查困難得多，但由于內部損壞（主要由銹蝕和疲勞引起的斷絲）隱蔽性更大。因此，為保證鋼絲繩安全使用，必須在適當的部位進行內部檢查。檢查的方法：將兩個尺寸合適的夾鉗相隔100-200毫米夾在鋼絲繩上反方向轉動，股繩便會脫起。操作時，必須十分仔細，以避免股繩被過度移位造成永久變形（導致鋼絲繩結構破壞）。檢查的內容：小縫隙出現后，用起子之類的探針撥動股繩并把妨礙視線的油脂或其它異物撥開，對內部潤滑、鋼絲銹蝕、鋼絲及鋼絲間相互運動產生的磨痕等情況進行仔細檢查。特別應該注意到，檢查斷絲，一定要認真，因為鋼絲斷頭一般不會翹起而不容易被發(fā)現。檢查完畢后，稍用力轉回夾鉗，以使股繩完全恢復到原來位置。如果上述過程操作正確，鋼絲繩不會變形。

鋼絲繩其它檢查。前面敘述的檢查僅是對鋼絲繩本身而言，這只是保證鋼絲繩安全使用要求的一個方面。除此之外，還必須對與鋼絲繩使用的外圍條件、匹配輪槽的表面磨損情況、輪槽幾何尺寸及轉動靈活性進行檢查，以保證鋼絲，繩在運行過程中與其始終處于良好的接觸狀態(tài)、運行摩擦阻力最小。纏繞卷筒和滑輪應定期檢查，以確保這些部件在其軸承上運轉正常。不靈活或被卡住的滑輪或轉動件引起急劇的磨損且不均勻，因而引起對鋼絲繩的嚴重磨損。不起作用的平衡輪能引起繞過的鋼絲繩受載不均衡。所有滑輪槽底半徑應與繩的公稱直徑相適應。若槽底半徑變得太大或太小，則應重新車削繩槽或更換滑輪。

3.6.3建立翔實的臺帳記錄

建立翔實的臺帳記錄，可以實現對鋼絲繩的使用狀況進行跟蹤，為鋼絲繩的安全經濟性評價提供依據。通過對同一品牌鋼絲繩在不同時間區(qū)域內的記錄統(tǒng)計，進行縱向比較，同時還可以對不同品牌鋼絲繩的安全經濟性進行橫向分析比較，經過性價比反過來可以促進為鋼絲繩的選型提供依據。

在每次定期檢驗中，應記載每次對鋼絲繩檢驗的情況，包括鋼絲繩的內外磨損、斷絲（不同捻距范圍內的斷絲數）、潤滑狀況、變形狀況、腐蝕狀況等。同時，還應建立卸煤量的實時跟蹤表和鋼絲繩更換的時間點統(tǒng)計表，這樣可以為鋼絲繩的更換點用物流量的方式表達，實現把鋼絲繩報廢的國標標準與累計的經驗數據相結合，對鋼絲繩的安全狀況做到可控在控，從而對經濟性提供最佳參考，而且還可以對鋼絲繩的預更換時間進行預估，為鋼絲繩采購量和時間提供參考，達到一矢多的的效果。

4 結論

通過對港口卸船機鋼絲繩使用的安全經濟性分析和對如何提高鋼絲繩安全經濟性的途徑探索，有助于更好地協調鋼絲繩斷裂隱患的安全性和未到報廢標準就定期強制更換的不經濟性的矛盾，做到安全性與經濟性統(tǒng)籌兼顧，對港口卸船機乃至其它起重行業(yè)的鋼絲繩維護這一重點和難點工作起到一定的借鑒作用。

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