橋（門(mén)）式起重機(jī)鋼絲繩外部磨損因素分析

南昌鐵路局 特種設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)所 李有根

橋（門(mén)）式起重機(jī)鋼絲繩外部磨損因素分析

南昌鐵路局 特種設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)所 李有根

鋼絲繩是起重機(jī)械的重要零部件，與制動(dòng)器和吊鉤一起被稱(chēng)為起重機(jī)械安全生產(chǎn)三大重要構(gòu)件。鋼絲繩受力復(fù)雜，它是起重機(jī)械的承重元件，受卷筒的纏繞和導(dǎo)向輪的彎曲作用；鋼絲繩在被拉伸的同時(shí)，還產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，所以在使用中很容易受到損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)突然破斷，引發(fā)重大的惡性事故。本文，筆者以一種典型的起重機(jī)械——橋（門(mén)）式起重機(jī)為例，對(duì)于引起橋（門(mén)）式起重機(jī)鋼絲繩外部磨損的常見(jiàn)因素進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理措施，以期盡量減少由鋼絲繩引發(fā)的起重機(jī)械傷害事故，保障人員的安全，減少經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，對(duì)于起重機(jī)械，特別是橋（門(mén)）式起重機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造和維修也具有一定的指導(dǎo)作用。

一、橋（門(mén)）式起重機(jī)械鋼絲繩損傷表現(xiàn)形式

鋼絲繩的損壞往往是由各種因素綜合積累造成的，而有關(guān)鋼絲繩常見(jiàn)損傷形式的論述也很多，但并不統(tǒng)一。GB5972–86《起重機(jī)械用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范》制定了鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)其判定項(xiàng)目可以歸納出鋼絲繩主要損傷表現(xiàn)形式，具體有斷絲、繩股斷裂、繩芯損壞引起的繩芯減小、彈性減小、內(nèi)外部磨損、內(nèi)外部腐蝕、變形和由于熱或電弧造成的損壞等。本文，筆者主要討論鋼絲繩的外部磨損。

二、分析鋼絲繩外部磨損因素的必要性

GB5972–86中指出了鋼絲繩外部磨損的原因：鋼絲繩外層繩股的鋼絲表面的磨損是由于鋼絲繩在壓力作用下與滑輪和卷筒的繩槽接觸摩擦造成的。在吊載加速和減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，鋼絲繩與滑輪接觸的部位特別明顯，表現(xiàn)為外部鋼絲磨成平面狀。潤(rùn)滑不足、不正確的潤(rùn)滑以及灰塵和砂粒等因素都會(huì)加劇鋼絲繩的磨損。

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼絲繩外部磨損的分析設(shè)定了一個(gè)前提，即“在所有情況下，檢驗(yàn)人員應(yīng)弄清鋼絲繩的損壞是否由機(jī)構(gòu)上的缺陷所造成，如果是這樣，應(yīng)建議在換新鋼絲繩之前消除缺陷”。實(shí)際上，由于起重機(jī)工作狀況復(fù)雜，卷筒、滑輪、小車(chē)架以及滑輪罩等的制造和安裝精度等對(duì)鋼絲繩的磨損都有一定的影響，使得該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼絲繩外部磨損的分析并不全面，對(duì)于某些因機(jī)構(gòu)上的缺陷造成的外部磨損還應(yīng)進(jìn)行必要的分析。

三、導(dǎo)致鋼絲繩外部磨損因素的分析

1.與卷筒和滑輪槽壁有關(guān)的正常工作磨損。滑輪、卷筒和鋼絲繩共同組成了橋（門(mén)）式起重機(jī)小車(chē)的卷繞系統(tǒng)，將驅(qū)動(dòng)裝置的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成被起吊物的升降直線運(yùn)動(dòng)。正常工作情況下，鋼絲繩的外部磨損主要表現(xiàn)為：在升降運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，鋼絲繩不斷與卷筒和滑輪槽壁摩擦，不斷磨損外層鋼絲，導(dǎo)致鋼絲繩的截面積逐漸減小，鋼絲繩破斷載荷也相應(yīng)地降低，最終導(dǎo)致斷絲。可見(jiàn)，卷筒和滑輪槽的材料硬度對(duì)鋼絲繩壽命有直接影響，比較起來(lái)，鑄鐵較鑄鋼有利。在槽底鑲鋁合金或尼龍襯墊，可降低鋼絲繩的接觸應(yīng)力，從而提高鋼絲繩的使用壽命，但這會(huì)使起重機(jī)構(gòu)造變得復(fù)雜，只有對(duì)鋼絲繩壽命有特殊要求時(shí)，才推薦使用。此外，保證鋼絲繩良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，可以減小鋼絲繩的摩擦，從而減少其磨損。

鋼絲繩在與卷筒和滑輪槽壁繞行方式不同，鋼絲繩的安裝要求也不相同。相對(duì)于卷筒而言，鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩中心線偏離螺旋槽中心線兩側(cè)的角度不應(yīng)大于3.5°，當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險(xiǎn)時(shí)，如抓斗起升機(jī)構(gòu)卷筒，可考慮采用深槽。相對(duì)于滑輪而言，鋼絲繩繞進(jìn)或繞出滑輪槽時(shí)的最大偏斜角不應(yīng)大于5°，否則繩槽側(cè)壁將受到較大橫向力的作用，從而損壞槽口，使鋼絲繩脫槽或割破鋼絲繩，導(dǎo)致事故發(fā)生。

2.與小車(chē)鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的磨損。受某些條件限制，橋（門(mén)）式起重機(jī)小車(chē)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和裝配往往會(huì)影響鋼絲繩的正常升降，尤其是有主副起升或者繩抓的雙卷筒的小車(chē)，對(duì)鋼絲繩的磨損尤為明顯。對(duì)于雙卷繞系統(tǒng)，小車(chē)不能過(guò)大，只能壓縮小車(chē)空間結(jié)構(gòu)，但這樣鋼絲繩就很容易受到小車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的梁、筋板或者蓋板的摩擦，造成鋼絲繩的非正常磨損。筆者在從事起重機(jī)械檢驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常遇到此類(lèi)問(wèn)題，但有關(guān)鋼絲繩損傷方面的論文卻不會(huì)提及，可能因?yàn)檫@是小車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造問(wèn)題，與鋼絲繩正常工作狀態(tài)無(wú)關(guān)，而且一旦遇到此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，可以采取切割干涉鋼絲繩運(yùn)行的相關(guān)鋼板來(lái)補(bǔ)救，但此時(shí)的鋼板或筋板已對(duì)鋼絲繩造成了很大損害。繩抓在下極限位置時(shí)小車(chē)蓋板與鋼絲繩產(chǎn)生摩擦如圖1所示，吊鉤在上極限位置時(shí)小車(chē)下部鋼板與鋼絲繩的摩擦如圖2所示。

實(shí)際上，鋼絲繩在小車(chē)鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡是可以預(yù)知的，它集中運(yùn)動(dòng)在吊具處于最高位置和最低位置之間。吊具處于最高位置時(shí)，根據(jù)鋼絲繩和小車(chē)鋼結(jié)構(gòu)相鄰各鋼板的相對(duì)位置，在不考慮滑輪效率的情況下，利用理論力學(xué)的靜態(tài)平衡原理可求出各鋼絲繩與鉛垂方向的角度，利用三角函數(shù)和幾何原理的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合已知的吊具最高位置和小車(chē)的鋼結(jié)構(gòu)尺寸，可以對(duì)鋼絲繩是否會(huì)被干涉，干涉多少進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)小車(chē)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，要綜合考慮上述因素，一旦發(fā)現(xiàn)可能存在干涉，要予以調(diào)整，以避免鋼絲繩與小車(chē)的非正常磨損。吊具在最高位置時(shí)，鋼絲繩和小車(chē)鋼板的相對(duì)位置如圖3所示。

3.與滑輪罩有關(guān)的磨損。鋼絲繩與滑輪罩的磨損也是很常見(jiàn)的。筆者認(rèn)為主要有三種情況：一是設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的，如動(dòng)滑輪組運(yùn)行到上極限位置時(shí)，動(dòng)滑輪兩側(cè)的鋼絲繩張角過(guò)大，這樣就很容易與滑輪罩產(chǎn)生摩擦；二是由于工作當(dāng)中，薄弱的滑輪罩受到撞擊變形，會(huì)與鋼絲繩發(fā)生摩擦，產(chǎn)生磨損；三是制造質(zhì)量問(wèn)題，做工不精細(xì)，造成鋼絲繩與滑輪罩摩擦，這種情況以電動(dòng)葫蘆最為常見(jiàn)，電動(dòng)葫蘆中鋼絲繩與滑輪罩的磨損如圖4所示。

對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的處理，要把好設(shè)計(jì)關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)要正確分析鋼絲繩和滑輪罩之間的摩擦。對(duì)于工作中產(chǎn)生的滑輪罩撞擊變形應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行修理，以防止變形后的滑輪罩對(duì)鋼絲繩的磨損。對(duì)于因制造質(zhì)量問(wèn)題而產(chǎn)生的鋼絲繩與滑輪罩的磨損，應(yīng)在使用前給予矯正或者不與驗(yàn)收合格。

GB6067.1–2010起重機(jī)械安全規(guī)程要求，滑輪應(yīng)有防止鋼絲繩脫出繩槽的裝置或結(jié)構(gòu)。在滑輪罩的側(cè)板和圓弧頂板等處與滑輪本體的間隙不應(yīng)超過(guò)鋼絲繩公稱(chēng)直徑的0.5倍。

4.運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)，由于慣性產(chǎn)生撞擊引起的磨損。起重機(jī)的工作運(yùn)行情況復(fù)雜，除了起吊升降運(yùn)動(dòng)外，還包括小車(chē)和大車(chē)的運(yùn)行，加速、減速和制動(dòng)，有時(shí)還帶有大噸位的載荷等，因此，對(duì)于工作中的鋼絲繩受到的各種類(lèi)似撞擊的外部損傷也不能忽視。表現(xiàn)比較多的有，在小車(chē)運(yùn)行時(shí)突然制動(dòng)或者減速時(shí)所產(chǎn)生的鋼絲繩對(duì)小車(chē)各相關(guān)鋼板的撞擊，鋼絲繩或動(dòng)滑輪組對(duì)裸滑線防護(hù)板的撞擊，質(zhì)量較輕和體積較小的副鉤動(dòng)滑輪組嵌入正在作業(yè)的主鉤各根鋼絲繩之間而很難取出等，這些問(wèn)題都會(huì)給起重機(jī)械作業(yè)留下很大的安全隱患。運(yùn)行時(shí)鋼絲繩與小車(chē)鋼板長(zhǎng)期撞擊產(chǎn)生的缺口如圖5所示，運(yùn)行時(shí)16 t副鉤嵌入左側(cè)主鉤鋼絲繩如圖6所示。

筆者認(rèn)為，可適當(dāng)增大吊具在上極限位置時(shí)動(dòng)滑輪兩側(cè)鋼絲繩的張角，以增加其穩(wěn)定性，同時(shí)也要考慮到鋼絲繩不會(huì)觸磨到小車(chē)鋼板或滑輪罩。在起重小車(chē)維修時(shí)，在一些對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生干涉，甚至撞擊嚴(yán)重的地方可加裝橡膠一類(lèi)的緩沖材料，以保護(hù)鋼絲繩免受此類(lèi)撞擊或磨損帶來(lái)的的損傷。

新修訂的起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則中，對(duì)于滑線防護(hù)板的檢驗(yàn)沒(méi)有進(jìn)行說(shuō)明。筆者認(rèn)為，滑線防護(hù)板不但需要在驗(yàn)收時(shí)把好關(guān)，在定檢過(guò)程中也應(yīng)該保留對(duì)其的檢驗(yàn)，尤其是屬于首撿范疇的設(shè)備，更應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.其他形式的外部磨損。如鋼絲繩脫槽、鋼絲繩纏繞混亂、鋼絲繩扭結(jié)產(chǎn)生的各種外部磨損等，還有的是人為因素造成的，如歪拉斜吊產(chǎn)生的各種鋼絲繩外部磨損等。但無(wú)論哪種磨損都應(yīng)該及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)修理，不可帶病作業(yè)，以防止磨損加劇引起鋼絲繩截面減小，抗拉強(qiáng)度降低，發(fā)生破斷，從而引發(fā)起重機(jī)械安全事故，導(dǎo)致不可挽回的損失。

四、結(jié)論

綜上，引起鋼絲繩磨損的因素有設(shè)計(jì)方面的，有制造方面的，也有使用過(guò)程中的。在實(shí)際問(wèn)題中，造成鋼絲繩磨損的原因是復(fù)雜的，相關(guān)人員需根據(jù)具體情況，提出合理的解決措施，把事故隱患消除于萌芽之中。