一種新型抓斗導(dǎo)繩裝置

馬建新

華能南通電廠

1 引言

某單位現(xiàn)有1 500 t/h橋式卸船機(jī)，使用通用的咸陽40NAT6×29Fi+IWRC/1770鋼繩芯鋼絲繩。統(tǒng)計表明，抓斗開閉鋼絲繩的報廢大多因為斷絲磨損切頭所致，開閉鋼絲繩平均20萬t切1次頭，1根平均切5次頭。該橋式卸船機(jī)1年卸煤約200萬t，一般需更換4根開閉鋼絲繩和2根提升鋼絲繩，開閉鋼絲繩的使用壽命約為提升鋼絲繩的一半。開閉鋼絲繩通過的導(dǎo)繩裝置(俗稱井字輪)是鋼絲繩最易損壞的部位，對開閉鋼絲繩通過導(dǎo)繩裝置時產(chǎn)生損壞的原因進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)方案以延長橋式卸船機(jī)鋼絲繩的使用壽命。

2 鋼絲繩磨損原因分析

正常情況下，開閉鋼絲繩斷絲兩端斷面呈收縮圓錐形，為載荷超過破斷拉力造成。但抓斗滑輪組處鋼絲繩的損壞，斷絲斷口常常為扁平狀，是先被嚴(yán)重擠壓變形(其寬度超過直徑)，再經(jīng)抓斗滑輪組反復(fù)折彎造成鋼絲繩的斷絲。

取樣此處鋼絲并清洗，鋼絲表面裂紋特征更加明顯。通過金相分析，內(nèi)部裂紋與白色組織貫通，白色組織為馬氏體[1]。馬氏體是一種硬而脆的組織，是把鋼加熱到臨界溫度以上急劇冷卻形成的。以鋼絲繩的常用鋼為例，當(dāng)鋼絲繩表面加熱到接近或稍微超過700℃，隨后以比較快的速度冷卻就能形成馬氏體。在使用中鋼絲繩外層表面上出現(xiàn)馬氏體的現(xiàn)象，表明鋼絲表面產(chǎn)生過足夠的摩擦熱。可判斷是擠壓受熱硬化造成鋼絲繩的抗疲勞性能下降。

這種擠壓受熱硬化不是抓斗滑輪組原因造成的，而是抓斗導(dǎo)繩裝置造成的。在抓取船艙內(nèi)或堆場上散貨時，抓斗呈傾斜狀態(tài)，鋼絲繩的折彎角很大，且單根鋼絲繩的拉力可能會達(dá)到15～20 t。雖然導(dǎo)繩輪轉(zhuǎn)動靈活，但此時迅速提起開閉鋼絲繩，一方面鋼絲繩與抓斗導(dǎo)繩裝置發(fā)生擠壓，造成鋼絲繩表面鋼絲嚴(yán)重變形；另一方面開閉鋼絲繩與導(dǎo)繩輪發(fā)生劇烈摩擦發(fā)熱，隨后開閉鋼絲繩在流動的空氣中迅速冷卻，鋼絲繩表面形成了硬而脆的馬氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，在鋼絲內(nèi)部形成很大內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致易開裂；同時經(jīng)過抓斗滑輪組的反復(fù)折彎，造成這一段鋼絲繩集中斷絲，進(jìn)而使此段鋼絲繩報廢。此時必須及時對鋼絲繩進(jìn)行切頭處理，否則會影響生產(chǎn)，頻繁的切頭直接影響橋式卸船機(jī)鋼絲繩的使用壽命。

開閉鋼絲繩通過抓斗導(dǎo)繩裝置處是鋼絲繩最易損壞部位。需采取措施減少抓斗開閉鋼絲繩擠壓摩擦發(fā)熱。操作上應(yīng)減少抓斗在傾斜狀態(tài)下作開閉動作，包括避免抓斗傾斜狀態(tài)下放置在堆場或碼頭上。但在散貨高低不平，以及堆場散貨量少或船艙清艙階段的情況下，抓斗傾斜狀態(tài)下開閉動作是不可避免的。所以要延長鋼絲繩的使用壽命就必須對抓斗鋼絲繩導(dǎo)繩裝置進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

3 新型抓斗導(dǎo)繩裝置技術(shù)改進(jìn)

3.1 導(dǎo)輪材質(zhì)改進(jìn)

新型導(dǎo)繩裝置導(dǎo)輪采用耐磨材料MC尼龍。原導(dǎo)輪采用鑄鋼材質(zhì)，易磨損鋼絲繩。耐磨材料MC尼龍的綜合機(jī)械性能遠(yuǎn)優(yōu)于工程塑料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性能優(yōu)越、高韌性、自潤滑、耐腐蝕、抗老化、重量輕、吸音減震、無毒等特點，是替代銅和不銹鋼及其他有色金屬的理想材料[2]。相對于鋼絲繩尼龍導(dǎo)輪表面質(zhì)地軟，在與抓斗開閉鋼絲繩的結(jié)合運行中，通過最外層鋼絲傳遞的鋼絲繩壓力會被尼龍輪繩槽表面吸收，尼龍材料發(fā)生彈性變形，不至于使表面圓形的鋼絲因受到擠壓而變?yōu)楸馄綘睢?/p>

采用耐磨材料MC尼龍導(dǎo)輪后，長期運行的開閉鋼絲繩表面鋼絲仍能保持良好的圓形，鋼絲表面線束壓入尼龍繩糟表面得到很好的軟保護(hù)，減少了對鋼絲繩的磨擦與擠壓，提高了開閉斗鋼絲繩的使用壽命。但受耐磨材料MC尼龍強(qiáng)度局限，此改進(jìn)適合小噸位抓斗使用。

3.2 導(dǎo)繩裝置導(dǎo)輪形狀的改進(jìn)

導(dǎo)輪原形狀為圓柱形，抓斗開閉鋼絲繩和圓柱形導(dǎo)輪接觸為線接觸；新型導(dǎo)繩裝置導(dǎo)輪采用腰鼓型導(dǎo)輪(見圖1)，開閉鋼絲繩和腰鼓型導(dǎo)輪接觸為面接觸，增加接觸面積減小鋼絲繩表面壓強(qiáng)，減小對鋼絲繩的擠壓和鋼絲繩壓應(yīng)力，可減少鋼絲繩表面馬氏體的形成，從而延長開閉斗鋼絲繩的使用壽命。

圖1 新舊抓斗導(dǎo)繩裝置對比圖

導(dǎo)繩裝置井字孔洞大小與導(dǎo)輪寬度存在矛盾。原來普遍采用導(dǎo)輪窄的方案,見圖1(a)，4個圓柱形導(dǎo)輪構(gòu)成中間正方形的邊寬度，比通過此孔鋼絲繩直徑寬2 mm，保證井字孔洞與所通過鋼絲繩合理的配合間隙，減少鋼絲繩在導(dǎo)輪井字孔洞內(nèi)滑動摩擦。這樣的方案會導(dǎo)致導(dǎo)輪寬度不夠,內(nèi)部軸承兩側(cè)不能安裝骨架油封或擋油環(huán)，犧牲了導(dǎo)輪潤滑性能。現(xiàn)在導(dǎo)輪兩側(cè)采用大倒角結(jié)構(gòu)，一方面保證4只異形導(dǎo)輪構(gòu)成井字孔洞與所通過鋼絲繩合理的配合間隙(見圖1(b)中A尺寸)，減少鋼絲繩在導(dǎo)輪井字孔洞內(nèi)滑動摩擦；另一方面增加導(dǎo)輪寬度，有利于在軸承兩側(cè)安裝骨架油封或擋油環(huán)，提高軸承潤滑性能，減少鋼絲繩與導(dǎo)輪滾動摩擦力，從而延長開閉斗鋼絲繩的使用壽命(見圖1(b)中B尺寸)。

3.3 導(dǎo)繩裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)

新型導(dǎo)繩裝置采用雙井字架結(jié)構(gòu)(見圖1(b))，由原有4只導(dǎo)輪改為8只導(dǎo)輪，進(jìn)一步增加鋼絲繩與導(dǎo)輪接觸面積，減小鋼絲繩表面壓強(qiáng)，減輕對鋼絲繩的擠壓變形，降低鋼絲繩鋼絲表面摩擦溫升，避免被淬火。有關(guān)資料推薦滑輪直徑與鋼絲繩直徑之比為20～22.4，該卸船使用VSG40.0-0.9-26000型抓斗，原有導(dǎo)繩裝置導(dǎo)輪直徑(150 mm)與鋼絲繩直徑(40 mm)之比為3.75，與正常滑輪直徑與鋼絲繩直徑之比相差太多，易加速鋼絲繩彎曲疲勞破壞。抓斗傾斜時采用雙井字架結(jié)構(gòu)導(dǎo)繩裝置，鋼絲繩會同時接觸2只導(dǎo)輪，增加鋼絲繩的折彎角度，相當(dāng)于增加了導(dǎo)輪直徑，增加了滑輪直徑與鋼絲繩直徑之比，減少了鋼絲繩彎曲疲勞破壞，進(jìn)一步延長了開閉斗鋼絲繩的使用壽命。

4 結(jié)語

新型導(dǎo)繩裝置采用了MC尼龍耐磨材料、腰鼓型導(dǎo)輪、雙井字架結(jié)構(gòu)，可以減少鋼絲繩鋼絲表面摩擦，降低鋼絲繩壓強(qiáng)，避免鋼絲繩表面摩擦溫升被淬火，減少鋼絲繩彎曲疲勞破壞，延長鋼絲繩的使用壽命。新技術(shù)還可以減少檢修人員和運行人員的工作量，減少設(shè)備的非停，確保設(shè)備穩(wěn)定性和安全性，具有一定的推廣價值。