門座起重機(jī)鋼絲繩破損分析

吳洪武，譚東才，張 平

（三一重工股份有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

門座起重機(jī)是一種具有代表性的、旋轉(zhuǎn)類有軌運(yùn)行起重機(jī)，因?yàn)榫哂心茏屵\(yùn)輸車輛順利通過(guò)的門架結(jié)構(gòu)而得名，廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、造船及大型水電站建設(shè)等。

某型門座起重機(jī)鋼絲繩在工作1000 h 后，出現(xiàn)了鋼絲繩的斷絲、破損現(xiàn)象，而鋼絲繩正常使用壽命一般為1500～2000 h（圖1）。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)破損情況的考察和理論分析，找出破損原因，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)改善鋼絲繩受力、加強(qiáng)對(duì)鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)等，使鋼絲繩使用壽命達(dá)到1500 h 以上，提高了門座起重機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。下面將對(duì)這一破損原因進(jìn)行具體分析。

圖1 門座起重機(jī)

1 鋼絲繩破損原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1.1 鋼絲繩與耐磨板摩擦造成鋼絲繩破損

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，發(fā)現(xiàn)有段15 m 左右的鋼絲繩出現(xiàn)磨損斷絲異常。分析認(rèn)為，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是安裝導(dǎo)致鋼絲繩所在中心不在機(jī)器房開口中心位置，偏向一側(cè)，導(dǎo)致鋼絲繩與耐磨板相互摩擦，鋼絲繩已將耐磨板磨出凹槽，以致于鋼絲繩直接與機(jī)器房頂鋼板刮擦（圖2），同時(shí)鋼絲繩軸線與耐磨套（安裝在防雨盤內(nèi)）軸線不平行，導(dǎo)致耐磨套偏磨嚴(yán)重。

出現(xiàn)上述破損的根本原因是鋼絲繩角度偏差與周圍零部件摩擦。采用如下方法可避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象：

圖2 鋼絲繩與耐磨板刮擦

（1）鋼絲繩穿過(guò)機(jī)器房頂所開方口，鋼絲繩設(shè)計(jì)位置在方口的中心位置，鋼絲繩在卷筒上卷繞（圖3）。鋼絲繩沿卷筒方向移動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)盤上小孔帶動(dòng)上下盤相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)保證鋼絲繩能水平運(yùn)動(dòng)。

（2）鋼絲繩通過(guò)轉(zhuǎn)盤孔內(nèi)有耐磨套，耐磨套軸線角度與鋼絲繩傾斜角度相同。

圖3 鋼絲繩出孔

1.2 鋼絲繩與滑輪間應(yīng)力造成鋼絲繩破損

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，鋼絲繩與滑輪頻繁接觸段出現(xiàn)磨損斷絲異常（圖4、圖5）。經(jīng)分析認(rèn)為，出現(xiàn)破損的原因是鋼絲繩與滑輪間產(chǎn)生應(yīng)力。繞滑輪時(shí)，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，而內(nèi)部鋼絲之間互相擠壓出現(xiàn)細(xì)微變形也會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，鋼絲受到反復(fù)出現(xiàn)的載荷作用，在最弱和應(yīng)力最大的地方先是形成裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致疲勞斷絲。同時(shí)，鋼絲繩與滑輪表面接觸時(shí)，拉伸載荷不僅會(huì)使鋼絲之間產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，而且鋼絲繩與滑輪輪槽之間也會(huì)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。在這些應(yīng)力的作用下，鋼絲繩會(huì)被快速地磨損，導(dǎo)致使用壽命大大降低。

圖4 鋼絲繩與滑輪處磨損

圖5 鋼絲繩斷絲

產(chǎn)生上述問(wèn)題的根本原因是鋼絲繩與滑輪間產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力及接觸擠壓應(yīng)力。經(jīng)過(guò)原理分析，采用如下方法可減輕磨損程度。

（1）對(duì)同種規(guī)格鋼絲繩而言，所繞的滑輪直徑增大，鋼絲繩的疲勞壽命會(huì)隨之顯著增大，但是在鋼絲繩的實(shí)際使用過(guò)程中，直徑的增大會(huì)造成滑輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，這對(duì)鋼絲繩的正常工作極為不利，也會(huì)影響其使用壽命。所以，鋼絲繩在彎曲受力的工況下，其使用壽命與滑輪直徑有直接關(guān)系。因此，在設(shè)計(jì)階段即考慮該問(wèn)題，在設(shè)計(jì)之初必須進(jìn)行合理的匹配、找到最佳匹配點(diǎn)。

（2）鋼絲繩的疲勞壽命和鋼絲繩與滑輪之間的接觸擠壓應(yīng)力有著密切關(guān)系。鋼絲繩與滑輪之間一般有3 種接觸狀態(tài)：點(diǎn)接觸、線接觸、面接觸。從受力角度來(lái)看，面接觸的有效接觸面積最大、接觸擠壓應(yīng)力最小，因而其使用壽命最高，因此在選擇鋼絲繩及設(shè)計(jì)鋼絲繩與滑輪槽的大小時(shí)，事先考慮鋼絲繩與滑輪之間為面接觸的形式，這樣可以減小擠壓應(yīng)力對(duì)鋼絲繩的磨損、增長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。這也是需要在設(shè)計(jì)階段考慮的問(wèn)題。

1.3 鋼絲繩接觸殘留散石料造成鋼絲繩破損

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩上粘有如沙石料、鐵礦石、煤塊等散料雜物，這是由門座起重機(jī)的工作環(huán)境決定的。門座起重機(jī)主要用于散雜物的裝卸，而且一般處于風(fēng)較大的港口碼頭，作業(yè)過(guò)程中不可避免地會(huì)有一些散料從抓斗處泄漏。由于鋼絲繩上涂有機(jī)油，散石料很容易黏在鋼絲繩上。當(dāng)散石料隨著起升運(yùn)動(dòng)進(jìn)入滑輪或卷筒時(shí)，由于鋼絲繩與滑輪、鋼絲繩與卷筒的擠壓作用，沙石料會(huì)造成鋼絲繩的破損。

由于門座起重機(jī)的工作環(huán)境無(wú)法改變，散石料的存在無(wú)法避免，因此只能要求現(xiàn)場(chǎng)施工人員加強(qiáng)對(duì)鋼絲繩上散石料的清理，最好是每次工作完成后即進(jìn)行一次清理。同時(shí)，經(jīng)常加油保持鋼絲繩良好的潤(rùn)滑，也會(huì)延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼絲繩破損問(wèn)題的原因分析，制定出對(duì)應(yīng)的解決方案。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)整改后，目前該起重機(jī)的鋼絲繩作業(yè)時(shí)間已經(jīng)達(dá)到正常使用的1500 h 以上，未出現(xiàn)中途異常斷絲、破損的現(xiàn)象，使用效果得到有效驗(yàn)證。將來(lái)借鑒并優(yōu)化此項(xiàng)技術(shù)，可以避免后續(xù)門座起重機(jī)鋼絲繩出現(xiàn)類似問(wèn)題，對(duì)于提高門座起重機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力、贏得客戶對(duì)產(chǎn)品的信心和滿意度都有極大幫助。