抓斗卸船機鋼絲繩使用及管理

劉壽恩

（神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責任公司，廣東 珠海519000）

1 背景

1.1 設備參數

某碼頭4 臺抓斗卸船機額定能力為1800t/h 的，于2013 年1 月份投入使用。抓斗卸船機小車為四卷筒差動式鋼絲繩牽引小車，可沿卸船碼頭軌道工作或非工作性運行，主要用于卸煤（容重為0.8～0.95t/m3），兼顧少量海沙。

1.2 使用環境

卸船機運行與高溫、潮濕的鹽霧環境，主要用于5-10 萬噸級散貨船接卸。卸船機在作業過程中，抓斗從船艙抓取煤炭，小車行走運至漏斗上方卸料，煤炭由漏斗斗出口處的振動給料器排出，再經分岔門有選擇地輸送到安裝在棧橋上的兩條皮帶機中的其中的一條上，經輸送帶及轉接塔系統轉運至后方的堆取料機，在堆場進行堆存。

1.3 鋼絲繩使用及管理

4 臺抓斗卸船機起升、開閉鋼絲繩設計選用鋼絲繩型號為6×36WS+IWRC, 強度等級為1770MPa，直徑為42.5mm，符合GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》標準。在日常使用過程中，建立了完善的使用及管理制度，采取定期檢查，定性及定量相結合的方式進行維修及更換。在鋼絲繩品牌選用方面，進口品牌鋼絲繩及國產品牌鋼絲繩均使用過，以國產鋼絲繩為主。根據使用數據統計，各品牌鋼絲繩對卸船機均具有良好的適應性。

1.4 存在問題

2018 年11 月份至2019 年4 月份，4 臺抓斗卸船機在運轉過程中，起升長繩及開閉短繩出現多次斷股情況，其中起升長繩出現一次斷繩情況，安全隱患較大。通過查閱質量證明書，該批次鋼絲繩根據國家標準GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》檢驗合格。為明確鋼絲繩鋼絲繩損壞原因，完善鋼絲繩管理制度，以提高抓斗卸船機使用的安全性，本文從鋼絲繩質量、現場工況兩個方面進行了分析。

2 鋼絲繩失效分析

2.1 鋼絲繩質量分析

該批次鋼絲繩頻繁出現失效情況后，鋼絲繩生產廠家技術人員及碼頭運維技術人員依據相關標準及規范，對該批次鋼絲繩進行了采樣，送至具有相關資質檢驗機構進行了質量復核，對鋼絲繩自身質量問題進行了排查。

為了對產品質量及配套制作工藝進行綜合分析，本次檢驗共采集2 個樣品：

樣品1：全新未使用鋼絲繩，長度約2 米。

樣品2：澆鑄好梨形繩頭短繩，長度約2.5 米。

檢驗項目：鋼絲繩破斷拉力

檢驗依據：GB/T 8358-2014 《鋼絲繩實際破斷拉力測定方法》

檢測結果如下：

序號 檢測結果 樣品1 實際破斷拉力為1258KN，合格標準值為≥1140KN 樣品2 946.9KN 時閉式索節連接處出現滑動，鋼絲繩未出現斷絲、斷股。合格標準為≥1140KN，且在1140KN 時閉式索節連接處不允許滑動，鋼絲繩不允許出現斷絲、斷股

根據檢測結果分析：

（1）鋼絲繩破斷拉力指標滿足GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》要求。

（2）梨形繩套澆鑄工藝存在缺陷，未滿足GB/T 30588-2014《鋼絲繩繩端合金熔鑄套接》要求。

檢測結果表明，鋼絲繩破斷拉力指標滿足產品質量要求，配套制作工藝存在缺陷，但無法明確制作工藝缺陷與鋼絲繩失效之間的直接關系。

根據建立旱情評價指標體系和發展旱災治理技術的需要以及上述干旱分區的原則，結合淮河流域的相關統計資料，篩選出對流域干旱情況地域分異影響較大的幾個指標，分別為地貌、降雨量、受災率（受旱面積與播種面積之比）、成災比（成災面積與受災面積之比）、耕地有效灌溉率（有效灌溉面積與播種面積之比）、糧食作物占播種面積的比例以及糧食單產量等7項。

2.2 鋼絲繩失效分析

為了進一步明確鋼絲繩故障原因，技術人員繼續采集失效鋼絲繩樣品，送至具有相關資質檢測機構進行鋼絲繩失效分析。

本次失效分析共采集3 個樣品：

樣品1：起升長繩，在靠近繩頭位置發生斷繩，將繩頭附近2m 鋼絲繩及配套繩頭送檢。

樣品2：開閉短繩，在靠近繩頭位置出現斷股。

樣品3：開閉短繩，在靠近繩頭位置出現斷股。

圖1 斷裂鋼絲繩樣貌

序號 檢測結果 樣品1 鋼絲繩斷裂原因為由磨損擠壓引起的疲勞斷裂,鋼絲繩表面由于摩擦產生高溫,導致材質發生變化,由索氏體+鐵素體轉變為馬氏體,馬氏體組織是一種硬而脆的組織,易發生裂紋 樣品2 鋼絲繩繩芯斷裂主要是擠壓引起的疲勞斷裂 樣品3 鋼絲繩繩芯由擠壓引起疲勞斷裂,繩芯斷裂后,增大了外層股負載,力集中于外層股,外層股不足以承擔進而斷裂 ?

根據檢測結果分析：鋼絲繩在使用過程中，受到非正常的磨損擠壓，嚴重部位已經出現材質變化，長期擠壓導致疲勞斷裂。

另外，鋼絲繩能譜分析、金相顯微觀察、力學性能分析三項結果顯示，鋼絲繩各項指標均符合國標GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》要求。

圖2 斷口整體形貌放大圖

2.3 現場工況分析

為進一步確認鋼絲繩損壞原因，碼頭對不同噸位散貨船作業進行了觀測統計。根據統計結果，超過5 萬噸級船舶，艙沿離艙壁距離較遠，尤其是在濕黏煤作業時，艙沿下方留料過多，采用“甩斗”操作能明顯提升清艙階段的卸船效率。實際作業中，操作人員多數情況下會采取該種作業方式來提升卸船的效率。

通過綜合分析，基本可以明確，鋼絲繩出現異常損壞的主要原因為，作業過程中鋼絲繩與艙沿的異常摩擦，由磨損擠壓引起的疲勞斷裂。

3 改進措施

3.1 人員技能提升

根據原因分析，在現有作業模式下，卸船機操作人員的技能水平會對鋼絲繩的使用產生較大的影響。而卸船機操作人員技能要求較高，需要較長的培訓周期。在進行操作人員培養過程中，應注重理論與實際相結合，從根本上提升人員的技能。需加強特殊作業模式的練習，例如在進行邊艙物料抓取的過程中，盡量避免鋼絲繩與艙沿發生摩擦擠壓，須杜絕抓斗在重載情況下與艙沿發生摩擦擠壓。

3.2 維修工藝管控

通過分析表明，梨形繩套的加工工藝存在缺陷。工藝缺陷易導致鋼絲繩受力不均。在日常的維修保養工作中，相關技術人員應加強梨型繩套制作工藝管控，提高制作質量。包括合金型號選用、繩端垂直度保證、鋼絲繩繩端綁扎質量控制、澆鑄溫度控制等，形成完善的操作標準票。另外，相關工屬具的制作也應關注，實際使用過程中，用于澆鑄繩頭的支架，若出現垂直高度不夠的問題，也會直接直接影響鋼絲繩的使用。

3.3 日常潤滑管理

鋼絲繩屬于易磨損部件。需根據不同的作業貨種，建立完善的潤滑管理制度選用專用油品，確認合理周期，提高潤滑質量，延長鋼絲繩的使用壽命。

4 未來發展方向

4.1 鋼絲繩檢測無人化

現有的鋼絲繩檢查主要通過人工進行，已無法完全滿足鋼絲繩安全管理的要求，無法實現鋼絲繩全生命周期安全監測。目前存在的主要問題包括：

（1）鋼絲繩的安全使用管控困難。

（2）人工檢測鋼絲繩效率低下。

（3）鋼絲繩檢測結果不可靠。

（4）鋼絲繩用繩成本浪費巨大。

由于人工檢查的局限性和不確定性，為了確保鋼絲繩安全，使用單位只能采取“犧牲成本換取安全”的做法，定期或定量對鋼絲繩進行更換。增加了備件更換的成本。

目前，市場上已出現利用弱磁原理進行鋼絲繩檢測的監測系統，可以實現自動在離線，實時檢測，超限報警等功能。該類系統可實現鋼絲繩在線檢測的自動化，無人化，鋼絲繩使用及管理的可視化，智能化，真正實現鋼絲繩的科學管理。未來，將會有越來越多的鋼絲繩系統配備該類檢測設備，大大提升鋼絲繩的使用安全性。

圖3 新型鋼絲繩在線檢測系統

4.2 快速裝配式繩頭

由于傳統的澆鑄式梨形繩套在鋼絲繩出現損傷時更換耗時長，工藝管控較復雜，且存在一定的安全風險，目前正逐步被新型螺旋式繩套所替代。螺旋式繩套的更換時間大大縮短，根據統計，維修時間能由原來6 個小時縮短至1 個小時以內，大大減少了對生產作業的影響。抓斗卸船機作為常用的散貨設備，鋼絲繩系統能否安全穩定運行，直接影響安全生產及作業效率。在日常使用及維保過程中，針對鋼絲繩系統的使用，除了需對使用數據進行收集分析，針對異常損壞情況，應從各個方面進行損壞原因分析，明確影響因素，優化管理模式，進行預防性維修，實現設備的本質安全。