起重鋼絲繩選擇新論

摘 要:為了在起重機械中合理安全的使用鋼絲繩，最大限度地發揮鋼絲繩的作用，本文根據傳統鋼絲繩的選用和鋼絲繩的特性論述了起重鋼絲繩的新的選用技術。

關鍵詞:起重鋼絲繩選擇

中圖分類號:TH210.3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0048-01

引言

在建筑機械中，鋼絲繩是不可缺少的起重材料。目前，鋼絲繩的許用破斷力標準是根據經驗按實際使用負荷的4～8倍取值，根據使用工況和用途不同而取不同的倍數。鋼絲繩在使用中股繩表層鋼絲磨損斷裂，承載力轉移到表層以下鋼絲上，當這一部分鋼絲承載能力達不到實際負荷時，就可能造成事故，若該部分鋼絲還有很高承載能力時，此時報廢又是材料的浪費。如何解決這個矛盾，可從鋼絲繩的內部結構和國家規定的四條報廢條件談起，從中找出鋼絲繩許用破斷力的選擇公式。在同一使用條件中，將根據鋼絲繩軟硬不同而選用不同破斷力的鋼絲繩，根據該公式可推得將鋼絲繩報廢的四個標準簡化為只需一個極易判別的新標準，即股繩下一層鋼絲剛出現斷裂現象報廢。這有利于鋼絲繩壽命充分利用，并避免大繩小用的浪費現象。

1 報廢條件探索

新鋼絲繩在使用一段時間后，通過卷揚機卷繞系統、導向系統和轉向滑車的反復彎曲和伸直后，由磨損和疲勞導致表層鋼絲逐漸折斷，鋼絲繩在自身的伸直彎曲運動中造成了鋼絲間內部的磨損，鋼絲繩在保養條件不好時，銹蝕也能削弱承載力面積，由于實際承載面積減小，繩中的鋼絲應力增加。另外，使用時間和彎曲次數的增加，鋼絲繩的韌性下降，當承載力面積下降使應力大于允許使用應力時，就不能保證鋼絲繩的安全性，繼續使用就可能釀成事故，必須報廢。

根據《鋼絲繩使用安全技術》，鋼絲繩報廢的四種條件為:①嚴重銹蝕，實測銹蝕直徑減小達10%;②每個捻距斷絲為總面積的10%;③磨損使鋼絲繩直徑減小10%;④嚴重變形。根據以上報廢標準，可以粗略計算出報廢時鋼絲繩理論有效強度負荷。

2 根據報廢標準，理論上鋼絲繩的選擇

2.1 根據標準第①條，鋼絲繩鋼絲直徑減小10%，計算有效承力面積

式中

ρ1——鋼絲直徑減小10%時的有效承力面積;

d——鋼絲直徑。

2.2 根據標準第②條斷絲10%

ρ2=1－10%=90%

式中

ρ2—— 斷絲10%時的有效承力面積。

2.3 標準第③條，磨損使鋼絲繩直徑減小10%以上，應該報廢

2.4標準第④條為嚴重變形，這種情況一般屬意外情況造成，應根據實際情況降級使用或報廢

根據以上四條報廢標準條件分析，報廢時有可能同時存在報廢條件的只有①、②兩條。當這兩條同時滿足時，鋼絲繩實際削弱后的有效面積為:

S0=S×ρ1×ρ2K=S0/S

S0=S×81%×90%=72.9%S (1)

K=72.9%(2)

式中

S0—— 報廢時鋼絲繩最小截面積;

S—— 新鋼絲繩的實際截面積;

K—— 截面有效系數。

2.5 根據此推論，鋼絲繩在實施此標準時鋼絲繩破斷力選擇應是

F=P·n/K (3)

式中

P—— 繩中張力(N)

n—— 沖擊負荷系數(一般選1.25～2.0)

例:選擇繩中張力P=20000N，沖擊負荷較大，取n=2.0，應采用破斷力多大的鋼絲繩，代入式中，F=54870N。

解得:繩子中張力為20000N的鋼絲繩，在沖擊負荷較大的場合應選F=54870N的鋼絲繩，報廢按國家規定標準。

3 超重鋼絲繩選擇新論

按上述破斷力選擇明顯低于國家鋼絲繩破斷力選擇標準。按標準規定，破斷力應選擇繩中張力的4～8倍，而上式計算只有2倍多，究其原因，它忽略了鋼絲繩在一個捻距斷絲10%時，要是有10個節每股表面斷絲有可能是全部，而鋼絲繩破斷時破壞節都在10節左右。

根據鋼絲繩破斷實際情況，鋼絲繩的破壞主要是由股繩表面磨損斷絲造成的，而股繩面層以下磨損是很小的，可以忽略;致于多次彎曲，韌性下降，下降量很小，可以忽略;使用中的鋼絲繩銹蝕也可以忽略。

3.1 鋼絲繩的結構分析

鋼絲繩的排列是由鋼絲合成股，由股編成繩，繩的磨損即是股的表面絲的磨損。

一股繩中的鋼絲分布層為n=3層。

用算式表示為:1+6+12+18+24+…

也可寫為:1+6+〔1+2+…+(n－1)〕

根據鋼絲股層數不同可求每股總絲數:

(4)

每股表面層絲數:

d=6(n－1)(5)

3.2 計算式推理

根據股繩外絲磨損原理，磨損斷裂后，根據絲層n的不同產生的實際有效截面積率:

(6)

外絲磨斷后有效破斷力

F有=F·B(7)

式中

F—— 鋼絲繩標準破斷力。

實際使用中考慮沖擊負荷系數K，F有即繩子中張力P，(7)式可寫為

K·F有=F·B

∵F有=P

∴F =KP/B(8)

將(6)式代入(8)式

(9)

式中

K—— 沖擊負荷系數(一般取1.25～2)。

由式(9)可知，只要預先根據使用負荷求出繩中張力P，根據使用環境對繩中的軟硬要求選定每股層數n，根據沖擊負荷選定K值，即可選擇鋼絲繩破斷力，由鋼絲繩手冊中找出需用鋼絲繩直徑。

為保證鋼絲繩使用安全，每股外層鋼絲一旦斷裂完，下層鋼絲剛有斷裂現象時，鋼絲繩必須報廢，以確保使用安全。這種以下層鋼絲繩有斷裂現象來判斷鋼絲繩報廢，有利于平時對鋼絲繩的檢查判斷，也能使鋼絲繩得到充分的使用。