港口輪胎起重機對滑輪的使用要求

（天津港機械設備租賃有限公司，天津 300456）

摘 要：（1）選擇較高硬度的材料提高滑輪的使用周期。（2）硬度相對較高鋼制滑輪的耐磨程度，以及其鋼絲使用壽命的影響條件。（3）盡可能是滑輪的使用強度得到提升，以保證起重機的安全使用。

關鍵詞：起重機;滑輪;使用周期

在起重機械運行過程中，鋼絲繩轉動是比較傳統的轉動方式，具有使用時間長、安全性能好、可靠程度高等優勢，在起重機整體運轉過程中，鋼絲繩轉動的作用舉足輕重。提高鋼絲繩傳動性能的重要途徑之一，是提高滑輪的品質，使得滑輪具有高的耐磨性、高的輪緣強度和高的運動精度。在鋼絲繩轉動的過程中，對轉動力與載荷起到承受作用的便是滑輪，而且滑輪還能夠使力的方向發生改變，是整個運轉系統的最基本的部件之一，在起重機械中存在的數量很多，且普遍位于高空位置，如果出現破損，更換難度較大，不僅如此，滑輪還是確保起重機安全使用的重要部件。因此研究與改進的主要目標是提高滑輪的耐磨性和提高安全使用周期。近年來，根據港口起重機國際市場的需求，某些公司提出“不更換滑輪”的理念，采用高硬度鋼質滑輪，以此改變了滑輪作為易損部件的性質。為此，針對滑輪材料與硬度的不同，工作過程中搭配不同材質的鋼絲繩會產生不用程度的疲勞磨損，本文針對這一問題進行系統分析，從而合理匹配鋼絲繩和滑輪，處理好兩者在耐磨性方面的矛盾對設備用戶具有重要意義。

1 鋼質滑輪的磨損機理與耐磨性比較研究

在滑輪進行工作的過程中，最主要的一對摩擦附件便是繩槽與鋼絲繩，兩者相接觸地方的接觸狀態、運動關系、應力強度、金相組織結構、材料特性等都會影響它們之間磨損的速度。鋼絲繩繞過滑輪過程中，起方向引導作用的部位主要是滑輪側壁，同時，它還能夠保證鋼絲繩可以在繩槽內順利運動，避免發生脫輪現象，另外，位于繩槽底部的接觸面呈圓弧曲面，能夠對鋼絲繩起到支撐作用，還能夠在一定程度上改變鋼絲繩的傳力方向。因為滑輪側壁與底部在工作時的狀態不同，兩者的磨損機制與磨損程度也存在差異，只有滑輪槽與鋼絲繩之間的偏角在5o時，鋼絲繩在運動過程中才不會與槽壁發生摩擦，此時的槽壁的使用磨損可以不在考慮范圍之內，主要的磨損發生在滑輪槽底與鋼絲繩的接觸部位。如果滑輪平行擺放（如天津港在用的QLY25，QLY40，QLY50，QLY65型輪胎起重機的變幅機構的平衡滑輪全部平行擺放）其首先磨損的部位是滑輪繩槽側壁。平衡擺放的滑輪磨損機理是：變幅重載運行時鋼絲繩與滑輪繩槽底部接觸，輕載或空載時變幅運行時由于平衡滑輪組的重力向下的緣故，鋼絲繩與繩槽側壁磨損。目前以上四種噸位的輪胎起重機其變幅機構的滑輪磨損全部在繩槽側壁，滑輪側壁變薄或彎曲變形。

（1）滑輪繩槽底部的磨損機理。鋼絲繩繞過滑輪工作時，滑輪與鋼絲繩因進行連續的滾動接觸而產生很大的疲勞磨損，這是運行中的主導摩擦，同樣不能忽略的是鋼絲繩在纏繞瞬間地滑輪底部也會產生一定程度的粘著、氧化、切削等復合磨損。試驗表明，鋼絲繩的相對硬度是直接影響滑輪磨損速度的主要因素。從鋼絲繩硬度范圍（HRC47～52）的角度出發，可以將繩槽硬度分為四個基本等級，分別為低硬度、中硬度、中高硬度、高硬度（見表1），其中，中高硬度等級的滑輪與鋼絲硬度相一致。

鋼絲繩滑輪磨損試驗表明，對于未經熱處理的Q235、ZG35等低硬度鋼質滑輪，繩槽底表面形成明顯的鋼絲繩壓痕，而中高硬度以上的滑輪繩槽表面無明顯壓痕顯示。新滑輪開始使用階段存在早期磨合磨損現象，滑輪表面硬度不同其磨損量也不同（見表2）。經過早期磨合后，磨損曲線普遍趨于平緩，斜率便小（見圖1）。其原因，對于中、低硬度滑輪而言，主要是這兩種滑輪的硬度低于鋼絲繩鋼絲的硬度，在配合運動過程中，實際上產生了對滑輪槽底的冷作加工，形成表面硬化效應，根據實測冷作加工前后的硬度如表3;對于中高硬度和高硬度滑輪，由于繩槽底部表面硬度等于或大于鋼絲硬度，滑輪經過早期非穩定磨損后，磨損曲線逐漸趨于水平，即經初期磨合后繩槽底部繼續磨損的速度極慢。

（2）鋼絲繩結構形式，滑輪直徑D與鋼絲繩直徑d （D/d）的比值等因素對滑輪磨損的影響。從鋼絲與鋼絲接觸狀態的角度看，主要可以分為點、線、面三種接觸方式。

其中，線接觸方式為主的鋼絲繩，在結構方面稍密實，強度較高，撓性稍差，但鋼絲繩的使用壽命比較高。因此，在起重機中被廣泛應用。 不同的鋼絲繩結構形式，其表面與繩槽底部的接觸面積亦不同，繩槽底部的法向載荷也隨之差異。鋼絲繩與滑輪的接觸弧長，進出繩間的夾角等，它們又與比值D/d相關，比值D/d越大，法向載荷越小。故選用大比值D/d的滑輪和選用多層不旋轉繩，均能有效降低繩槽槽底法向載荷，從而減少滑輪和鋼絲繩的磨損。在結構空間允許的情況，盡量選用較大直徑的滑輪和卷筒。另外卷筒的結構形式對鋼絲繩的磨損也起到至關重要的作用。

2 不同硬度的鋼質滑輪對鋼絲繩使用壽命的影響

利用通用鋼絲繩公司（美國）生產直徑14.5mm的鋼絲繩，配用常州滑輪廠按試驗要求設計制造的六種不同硬度的滑輪（見表4），在試驗臺上進行分別循環試驗，試驗的參數（載荷、行程、頻率、滑輪與鋼絲繩直徑等）完全相同，鋼絲繩報廢標準按GB5972-86《起重機械用鋼絲繩檢驗和報廢實用規范》實施。

實驗表明，由低硬度到高硬度滑輪的實驗過程中，相應的鋼絲繩壽命曲線呈現出兩個峰值，呈M形，繩槽硬度無論過低還是過高，都會對鋼絲繩壽命產生消極影響，從表5與圖2的顯示結果來看，將表面硬度控制在HRC30和HRC50左右，使用壽命最長。

3 鋼絲繩滑輪最佳匹配建議

鋼絲繩與滑輪是互為匹配的一對磨損件。從降低設備營運成本角度看，提高鋼絲繩壽命有顯著經濟效益;滑輪在大型起重機上數量多，多數安裝在高空結構件上，維護更換比較困難，提高滑輪耐磨性，減少維護和更換頻率，對提高整機使用可靠性和降低維護成本同樣十分重要。

綜合滑輪耐磨性及不同硬度滑輪對鋼絲繩使用壽命影響的研究結果，提出如下鋼絲繩與滑輪最佳匹配建議。

（1）港口起重機滑輪槽硬度的最佳硬度需要控制在HRC45-HRC50與HRC28-HRC36。其中，前者主要應用在當鋼絲繩線速度超過3 m/s時，或滑輪繩槽存在側向磨損不均勻時，如目前在港口大量使用的輪胎起重機的滑輪平行擺放的變幅機構及門座起重機臂架頭部導向滑輪等情況中。后者則主要應用在鋼絲繩線速度小于3m/s時，或滑輪槽不存在側向磨損邊緣時，如門座式起重機中的大部分導向滑輪，臂架頭滑輪除外。

（2）從當前我國鋼絲繩的生產材質與工藝情況來看，如果是六股的鋼絲繩，需要優選1770N/mm2破斷強度的鋼絲繩，還要搭配HRC28～HRC36中硬度滑輪才能使用，這樣做能夠提升滑輪的耐用性，降低磨損，還能夠強化抗疲勞性，延長鋼絲繩的使用壽命。

（3）針對多股但不旋轉的鋼絲繩，因其與繩槽的接觸面壓力相對較低，所以需要搭配HRC45～HRC50中高硬度滑輪進行使用，可以在很大程度上提升鋼絲繩與滑輪的使用壽命。

（4）一般的鑄鋼滑輪與Q235、16Mn板材熱軋成型滑輪，與其他滑輪相比，在耐磨程度方面比較弱，相應的鋼絲繩在使用壽命方面也比較短;如果繩槽硬度大于HRC53，則鋼絲繩在使用壽命方面與其他硬度滑輪相比會明顯偏低。這一點，在對起重機滑輪進行造型的過程中，一定要充分重視。

港口使用的起重機不宜使用普通鑄鋼滑輪及Q235、16Mn板材熱軋成型制成的滑輪。起升機構宜使用HRC30～HRC40的中硬度滑輪;變幅機構宜使用HRC45～HRC50中高硬度的滑輪。另外、變幅機構的平衡滑輪宜立式擺放。

作者簡介：王靖昊（1987-），男，天津武清區人，本科，助理工程師，研究方向 ：港口流動機械。