港口起重機鋼絲繩常見損傷與維護措施

程方洪

（三亞港務局港務公司 海南三亞）

鋼絲繩具有強度高、自重輕、彈性好、承載能力強以及在運行和卷繞工作中無噪聲、不易驟然整根折斷、工作平穩可靠等優點，廣泛運用在各類起重機。在港口裝卸作業中，人機交叉、晝夜作業，起重機作為裝卸作業的主要設備。若鋼絲繩因損傷而斷裂，則易引起重大的起重傷害事故，危及人員、設備的安全。因此分析鋼絲繩損傷原因，提出預防鋼絲繩損壞的對策，對加強港口安全生產，提高經濟效益起到重要的作用。

一、鋼絲繩常見損傷形式分析

1.磨損

（1）外部磨損。鋼絲繩外部磨損指鋼絲繩外層繩股的鋼絲表面的磨損，是由于其在運動過程中，鋼絲繩表面與滑輪和卷筒等物體表面接觸并產生相對運動，形成摩擦造成的。外部磨損導致鋼絲繩徑變細，外部的鋼絲被磨成平面狀，嚴重時引起鋼絲繩表面斷絲，降低了鋼絲繩安全使用的負載能力。當外部磨損造成鋼絲繩實際直徑比公稱直徑減少超過10%或外層鋼絲磨損達40%時，即使沒出現斷絲現象，也應該更換。影響外部磨損的因素：①鋼絲繩表面潤滑情況。良好的潤滑可大大減少鋼絲繩外部磨損，潤滑不良或鋼絲繩表面沾有灰塵和砂礫都會使磨損加劇。②鋼絲繩的結構影響。相對而言，線、面接觸鋼絲繩比點接觸型的鋼絲繩外部磨損小，而對于相同結構、相同繩徑的鋼絲繩，鋼絲直徑大的耐磨性能較好。③滑輪材料的影響。相對金屬材料的滑輪，合成材料的滑輪或局部嵌有合成材料的滑輪因摩擦因數低，因此鋼絲繩的外部磨損較少。

（2）內部磨損。鋼絲繩內部磨損是指鋼絲繩的股與股之間、絲與絲之間出現相對滑移產生摩擦，造成鋼絲繩的內部磨損。鋼絲繩在使用過程中，在卷筒和滑輪組穿繞時，各鋼絲的曲率半徑不可能相同，造成鋼絲繩內股與股、絲與絲的相對滑移。鋼絲繩每經過一次穿繞，鋼絲繩就由直變彎、再由彎變直，這樣反復循環拉升彎曲，深凹處產生應力集中而被折斷，形成了內部磨損。影響內部磨損的因素：①滑輪、卷筒的直徑。滑輪、卷筒的直徑愈小，鋼絲繩彎曲應力愈大，繩的內部磨損也愈大。②鋼絲繩的結構影響。線、面接觸鋼絲繩的鋼絲單位面積承受的壓力比點接觸鋼絲繩的鋼絲小，因此耐磨能力較好。

2.疲勞

鋼絲繩的疲勞指鋼絲繩在使用過程中，承受彎曲、拉伸、壓縮、扭轉等力的作用，這些交變載荷和沖擊載荷使鋼絲繩產生橫向和縱向的振動、內部產生摩擦、擠壓應力，導致鋼絲繩幾何形狀的破壞和負載能力的下降。按交變應力的不同，疲勞可分為彎曲疲勞、拉壓疲勞、扭轉疲勞、振動疲勞等。

（1）彎曲疲勞。鋼絲繩在使用過程中，反復在卷筒和滑輪組穿繞，鋼絲繩由直變彎，再由彎變直。這樣反復彎曲，使鋼絲繩產生疲勞，韌性下降，最終導致斷絲。疲勞斷絲往往出現在鋼絲繩的外層鋼絲上，當斷絲數達到GB/T 5972-2009的數量要求時，應予以報廢。

（2）拉壓疲勞、扭轉疲勞、振動疲勞。起重機在吊運載荷的過程中，頻繁啟動、制動、起升和下放物件，反復受到拉伸、扭曲、振動等應力的綜合作用，當次數超過一定數值后，鋼絲繩將出現金屬疲勞現象。影響疲勞的因素：①鋼絲繩潤滑情況。表面經常涂油，潤滑良好的鋼絲繩的疲勞性能優于不涂油的鋼絲繩，這是因為涂油可大大減少鋼絲繩的磨損。對于不同繩芯的鋼絲繩，因為麻芯鋼絲繩比金屬芯、尼龍芯鋼絲繩柔性好，浸油效果好，能很好的對鋼絲繩進行潤滑，所以疲勞壽命較高。②鋼絲繩的結構影響。線、面接觸鋼絲繩的疲勞壽命明顯高于同規格的點接觸鋼絲繩。這主要是因為點接觸鋼絲繩股中，絲與絲之間是點接觸狀態，鋼絲表面承受擠壓應力比線、面接觸鋼絲繩大；而對于不同強度的鋼絲繩，因為低強度鋼絲繩中鋼絲彎曲、扭轉性能較好，造成低強度鋼絲繩的疲勞壽命較高。③滑輪的影響。滑輪直徑增大，增大了彎曲角度，減少了鋼絲繩中鋼絲的彎曲應力。相對金屬材料的滑輪，合成材料的滑輪或局部嵌有合成材料的滑輪改善了與鋼絲繩的接觸條件，摩擦因數降低，耐疲勞壽命提高。

3.腐蝕

港口所處的環境由于海風、日照、鹽霧、高溫、高濕等使鋼絲繩極易受潮銹蝕，特別是鹽霧中的氯離子，對鋼絲繩有強烈的腐蝕穿透能力，很容易穿透金屬表面的氧化層和防護層，與內部金屬發生電化學反應。同時港口在裝卸如煤炭、化肥、礦物、石膏、水泥等大宗散裝貨物時，大量微小固體顆粒、空氣中的灰塵和懸浮的物料粉粒極易吸附在鋼絲繩表面，使鋼絲繩腐蝕，導致鋼絲繩表面粗糙，截面積減小，彈性和承受沖擊的能力降低。影響腐蝕的因素：①鋼絲繩潤滑情況。經常對鋼絲繩涂油能極大地減少腐蝕對鋼絲繩的影響。②鋼絲繩的材料影響。鍍鋅、鍍鋁等特種鋼絲繩因鋼絲表面會形成氫氧化鋅、氫氧化鋁的保護薄膜，能有效防止鋼絲繩的腐蝕。

4.變形

鋼絲繩失去正常形狀而產生可見的畸形稱為變形。鋼絲繩的變形從外觀上區分，主要有3種情況。

（1）扭結。扭結是指鋼絲繩在局部扭曲后產生的永久性變形，是由于鋼絲繩成環狀在不允許繞其軸線轉動的情況下被繃緊而造成的一種變形。扭曲的方向與鋼絲繩的旋向一致的為正扭結，反之為負扭結。鋼絲繩產生扭結后，強度往往顯著降低，正扭結的強度只有原強度的60%～80%，負扭結的強度還不到原強度的50%，嚴重時強度將降低到只有原來的10%。影響扭結的因素：①鋼絲繩的結構影響。阻旋轉鋼絲繩因為在承載時只有很少的旋轉量，所以比非阻旋轉鋼絲繩抗扭結能力強。但是，如果選用抗旋轉能力較小的鋼絲繩，則可以通過借助旋轉接頭來產生旋轉，以使可能產生的危害降到最小。②操作人員的責任心。當發現鋼絲繩出現扭結的跡象時，要立即停止操作，將鋼絲繩釋放還原，避免造成更嚴重的破壞。

（2）局部壓扁。局部壓扁往往是鋼絲繩與其他設備不正常接觸造成的局部幾何形狀的變形。一是由鋼絲繩在卷筒上卷繞錯亂，造成鋼絲繩相互擠壓變形；二是鋼絲繩越過卷筒凸緣及擋繩裝置或滑輪槽及擋繩裝置，造成鋼絲繩的局部軋壞，導致幾十甚至上百米的鋼絲繩因局部的軋壞而報廢。影響局部壓扁的因素：①起重設備的技術狀況。起重設備是否設置可靠的卷筒、滑輪的擋繩裝置，并且卷筒、滑輪的外圈與擋繩裝置上的擋繩桿或擋繩板的間隙應不大于鋼絲繩公稱直徑的0.5倍；②操作人員的操作技能。操作人員在操作中要做到穩、準、安全，避免急加速、減速。在釋放鋼絲繩時，不要將鋼絲繩放的過多，以免造成卷筒上鋼絲繩松繩，導致起升時鋼絲繩在卷筒上卷繞錯亂甚至被強拉出卷筒的擋板，使鋼絲繩局部軋壞而報廢。

（3）波浪形變形。波浪形變形是指鋼絲繩無論在承載還是在卸載狀態下，其縱向軸線呈螺旋線形狀的變形。波浪形變形不一定產生強度的損失，但變形嚴重時，可能產生跳動造成鋼絲繩傳動不規則。長期工作之后，會引起磨損加劇和斷絲。

二、防治措施

1.合理選擇鋼絲繩

針對港口作業強度大、連續作業、人機交叉等作業特點，為確保安全生產，因此要優先選用強度高、安全系數大的線、面接觸鋼絲繩。港口起重機用鋼絲繩的使用實踐證明，線接觸鋼絲繩的使用壽命比點接觸鋼絲繩長2～3倍。對多層卷繞的，優先選用產生扭曲變形小的鋼繩芯鋼絲繩。

為有效降低起升作業時旋轉載荷造成的危害，應選用在承載時只有很少旋轉量的阻旋轉鋼絲繩。如選用非阻旋轉鋼絲繩時，則需要在鋼絲繩的自由端設置旋轉接頭來產生旋轉，將旋轉載荷造成的危害降到最小。

2.正確儲存和安裝鋼絲繩

鋼絲繩應儲存在涼爽、干燥的倉庫內，避免陽光曝曬，而且要加墊墊高，不與地面直接接觸。如果放在戶外，則鋼絲繩應用防雨布覆蓋。

鋼絲繩在釋放、安裝過程中應盡量避免砂粒等污物粘在鋼絲繩表面，以減少鋼絲繩的損傷。當鋼絲繩從卷盤或繩卷展開時，應該逐圈展開，并應采取措施避免繩的打結、扭曲或彎折現象，卷入卷筒要防止亂繩。鋼絲繩安裝后，起重機應用≥10%的額定載荷進行運轉操作，確保鋼絲繩穩定就位。

3.加強卷筒、滑輪、鋼絲繩的檢修和保養

（1）卷筒。應每月1次對卷筒和卷筒上鋼絲繩尾端的固定情況進行檢查，當卷筒出現裂紋或者卷筒壁厚磨損達壁厚的20%以上時，卷筒應報廢。

（2）滑輪。加強對滑輪的檢查，滑輪繩槽應光潔平滑，不得有損傷鋼絲繩的缺陷。當滑輪出現裂紋、滑輪繩槽不均勻磨損達3 mm以上及繩槽壁厚磨損達原壁厚的20%等情況時，則應報廢。經常檢查滑輪防脫繩裝置是否完好，防脫繩裝置上的擋繩桿或擋繩板與滑輪最外緣的間隙，不應超過鋼絲繩公稱直徑的0.5倍。

（3）鋼絲繩。應經常涂抹潤滑油，保持良好的潤滑狀態。應加強檢驗，每個工作日應盡可能對鋼絲繩可見部位進行外觀觀察，及時發現一般的損壞和變形。每月至少1次的定期檢驗，定期檢驗應盡量做到全長檢查，重點對起重機鋼絲繩使用受載最頻繁的區段實施。如：鋼絲繩尾端的固接部位、通過滑輪組或繞過滑輪的繩段、繞過平衡滑輪和卷筒上的繩段、由于外界因素（如艙口、緣圍等）可能引起鋼絲繩磨損的部位。

4.加強操作人員的教育培訓

操作人員必須持證上崗，操作中要嚴格遵守起重機安全操作規程。每年至少1次對操作人員進行崗位技能培訓，提高操作人員的操作技能。加強操作人員的工作責任心，落實好交接班制度，養成班前檢查、班中注意觀察、班后復查的良好習慣。