起重機滑輪輪槽磨損及檢驗檢測

魏焱焱

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院江陰分院，江蘇江陰 214400）

0 引言

在橋式起重機實際作業(yè)過程中，要分析鋼絲繩與滑輪繩槽之間的接觸磨損，需要先分析起升系統(tǒng)中滑輪及兩側(cè)鋼絲繩的受力情況，進而建立鋼絲繩與滑輪繩槽接觸模型。根據(jù)使用場所的不同情況進行差異化的設定，使結(jié)果更加有效。

在對疲勞損傷的研究中，陳剛以港口起重機為研究對象，運用有限元分析方法對起重機相關結(jié)構(gòu)進行分析研究，得到滑輪輪槽最大接觸應力點位置的疲勞壽命結(jié)果；程風運用參數(shù)化技術(shù)及有限元分析軟件研究了起重機結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性，對起重機起升過程進行仿真，計算起重機的疲勞壽命。針對露天使用起重機無法監(jiān)控起重機應力狀態(tài)的問題，研發(fā)起重機在線檢測可視化仿真系統(tǒng)，通過鋼絲壽命預測整個鋼絲繩的使用壽命，為滑輪輪槽實時檢測提供了檢驗參考。

滑輪繩槽表面接觸磨損情況主要是研究鋼絲繩和滑輪繩槽之間接觸應力分布情況，這種分布主要為非線性接觸，可以選用ANSYS軟件進行有限元分析。

1 起重機滑輪輪槽磨損研究

起重機工作過程中，滑輪組工作系統(tǒng)承受著來自鋼絲繩的拉力作用，工作一段時間后，會產(chǎn)生疲勞磨損，疲勞磨損即接觸疲勞，2個接觸體在相對滑動或滾動時，接觸區(qū)域形成的循環(huán)應力超過材料疲勞強度，出現(xiàn)裂紋并不斷擴展，最終產(chǎn)生磨損的過程。滑輪組產(chǎn)生的疲勞磨損一般包括萌生、擴展、斷裂3個階段。因此需要對整個滑輪繩槽使用階段的摩擦損耗進行研究，然后根據(jù)損耗情況，制定出詳細合理的綜合解決方案，保障設備的安全運行。

1.1 滑輪疲勞壽命

疲勞磨損一般經(jīng)過裂紋的產(chǎn)生、擴展和斷裂，是較為普遍的磨損失效形式。因此滑輪的輪疲勞壽命研究內(nèi)容主要包含3點：①初裝換輪疲勞壽命計算；②滑輪在不同接觸力下的疲勞循環(huán)次數(shù)；③滑輪淬火層被鋼絲繩磨平后再次出現(xiàn)壓痕的時間。

1.2 滑輪壓痕失效分析

出現(xiàn)一定程度的滑輪壓痕后，就會產(chǎn)生滑輪壓痕失效問題，主要原因包括：

（1）在長期使用過程中，滑輪壓痕會萌生出裂紋，縫隙會逐漸拓展。滑輪輪槽在拉力的往復作用下發(fā)生塑性形變，在滑輪輪槽表面留有印痕，在輪槽內(nèi)形成很深的滑移帶。

（2）滑輪槽表面循環(huán)磨損機理。起重機工作吊起物體的瞬間，物體會產(chǎn)生輕微搖動，鋼絲繩和滑輪會在一定程度上形成擺動，產(chǎn)生摩擦，造成輪槽磨損。當起重機橫向運動時，會加劇磨損程度。

2 防治滑輪輪槽出現(xiàn)壓痕的主要措施

2.1 控制鋼絲繩纏繞方式

輪槽出現(xiàn)壓痕的重要原因是沖擊載荷。在起重運輸過程中，加速或者提升所產(chǎn)生接觸應力是均勻應力的（1～2）倍，因此研究鋼絲繩纏繞系統(tǒng)非常關鍵。實際應用過程中，應適時地控制好加速度，降低滑輪承受的沖擊負荷，降低鋼絲繩與輪槽之間的摩擦因數(shù)。

2.2 加強鋼絲繩與滑輪的接觸應力

通過分析起重機工作過程中鋼絲繩和滑輪的運行原理可以得出，滑輪的壓痕主要是因為滑輪組的主要受力點集中在滑輪槽底部，吊具起吊重物時候，由于晃動等因素的影響，鋼絲繩的交變摩擦力會對滑輪槽產(chǎn)生疲勞磨損，在滑輪底部產(chǎn)生明顯的壓痕。裂紋擴展至斷裂發(fā)生，就會出現(xiàn)嚴重后果。因此，可以根據(jù)表層面積，安裝與鋼絲繩直徑配套的襯墊，加強鋼絲繩和滑輪的接觸應力，減少鋼絲繩與滑輪槽之間的摩擦。

2.3 定期更換潤滑脂

起重機械長時間工作必然會在鋼絲繩和滑輪槽之間產(chǎn)生磨損，輪槽表面磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)會融入潤滑脂中，導致鋼絲繩和滑輪槽之間的阻力增大，加劇磨損程度。因此應該及時更換潤滑脂，降低磨損消耗。

3 起重機滑輪受力分析

某大型鋼鐵廠冶金橋式起重機主要工作參數(shù)：跨度22 m，起重量63 t/15 t，起升高度15 m，工作級別A7，小車運行速度（4.16～41.6）m/min, 起升下降速度（0.902～9.02/12.5）m/min，大車運行速度（8～80）m/min，葫蘆工作級別M5。起升部分由鋼絲繩纏繞系統(tǒng)動滑輪和定滑輪組構(gòu)成，纏繞系統(tǒng)對稱構(gòu)成，分為左右兩側(cè)。對該設備的滑輪磨損進行受力分析，得出滑輪的磨損程度。

現(xiàn)場對整個搬運過程進行檢驗分析。裝卸過程：起重機將裝有鋼水的鋼包從地面起升至一定高度，通過運行小車把鋼包放置在轉(zhuǎn)爐平臺，空載回程。

啟動時的慣性阻力比靜阻力大出幾倍，這個過程繩槽磨損比較嚴重。慣性阻力計算公式：Wa=k（Gn+Gz）a其中，Wa是啟動時的慣性阻力，k是考慮旋轉(zhuǎn)件的慣性阻力系數(shù)，a是啟動平均加速度。通過計算得出起升、下降、橫向移動過程中滑輪的受力情況，最終得出滑輪輪槽磨損的情況，并根據(jù)磨損情況制定檢測方案。

4 滑輪輪槽磨損檢測方法

（1）滑輪組依照標準安裝，日常維護保養(yǎng)過程中，要定期清除油槽和油孔雜質(zhì)，同時檢查是否安裝正確。

（2）滑輪組外觀檢驗時，可通過手動移動滑輪組，如無法移動說明滑輪磨損嚴重需要更換。

（3）檢驗中一旦發(fā)現(xiàn)滑輪出現(xiàn)裂痕，要停止使用立即報廢，更換新的滑輪組。

（4）檢測滑輪組時，要保證滑輪與鋼絲繩之間接觸靈活，保證輪槽的平滑度，保證滑輪與鋼絲繩之間的潤滑效果。

（5）在滑輪組一部分出現(xiàn)磨損而不需要報廢的情況下，要定期維護保養(yǎng)，出現(xiàn)損壞加劇現(xiàn)象，及時更換滑輪。重鑄后再次投入運行的滑輪，出現(xiàn)裂縫后不允許再進行焊接，應直接報廢。

5 結(jié)束語

介紹近年來起重機磨損的相關研究，運用有限元分析方法，ANSYS軟件進行分析，得出滑輪的使用壽命和滑輪壓痕失效分析，給出防治滑輪輪槽出現(xiàn)壓痕的主要措施，通過實例分析滑輪的主要受力情況，總結(jié)出滑輪輪槽磨損檢測方法。