GB/T 34198—2017《起重機用鋼絲繩》標準探析

汪朝杰

（青島市特種設備檢驗研究院 青島 266300）

1 研究背景

在GB/T 34198—2017《起重機用鋼絲繩》正式實施之前，鋼絲繩的通用標準有 GB/T 20118—2006《一般用途鋼絲繩》和 GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》,其他系列標準有 GB 8903—2005（后經修訂為 GB/T 8903—2018《電梯用鋼絲繩》），GB 26722—2011《索道用鋼絲繩》，YB/T 5196—2005《飛機操縱用鋼絲繩》，YB/T 5359—2010《壓實股鋼絲繩》等。

目前還沒有明確界定重要用途和一般用途的定義。從目前的實際情況來看，重要用途和一般用途的分類方法也是不適應行業發展需要的。GB/T 20118—2017《鋼絲繩通用技術條件》由貴州鋼絲繩股份有限公司負責起草，替代了GB/T 20118—2006。《船舶工程用鋼絲繩系泊》《礦山起重鋼索》這些專項標準將逐步取代原GB/T 8918—2006《重要用途鋼絲繩》。從目前的使用狀況看，通用標準涉及的范圍太廣泛，針對性不是很強，因為每一個行業在使用鋼絲繩方面都有自己的特點和需求，將來的趨勢將是使用專業標準更加合理。

鋼絲繩大量用于起重機械作業的起重機構、變幅機構、牽引機構等，以及大量使用于架空索道、桅桿起重機等其他行業。這些工況中均要求鋼絲繩具有良好的撓性、較強的承載力、較小的傳動噪音、可靠的工作性能及持久耐受性。隨著工業化生產程度逐漸提高、起重機載重量的不斷加大，對鋼絲繩的質量要求也越來越高，現行的鋼絲繩標準已經很難適應目前行業變化需求。

2 GB/T 34198—2017《起重機用鋼絲繩》帶來的變化

下面只研究起重機用鋼絲繩，GB/T 34198—2017主要起草單位為江蘇狼山鋼繩股份有限公司，該標準目前提供了起重機用鋼絲繩選型、制造、驗收、使用等方面的統一規范標準。

GB/T 34198—2017 的特點：

國內鋼絲繩強度級差在 100 MPa 左右，歐盟相關標準使用強度級差在 200 MPa 左右，GB/T 34198—2017使用 200 MPa，這樣更有利于鋼絲繩的設計、制造和生產與國際接軌。這個標準的鋼絲繩等級分為 1 770 級、1 960 級、2 160 MPa 級[1]。

1）工作狀態多變，受力情況復雜是起重機所用鋼絲繩的特點。鋼絲繩的鋼絲在作業時會反復產生拉伸性、彎曲性、擠壓性等應力特性(鋼絲繩與滑輪、卷筒等接觸擠壓， 鋼絲與鋼絲之間相互擠壓)，鋼絲繩在捻壓時產生的殘余應力，鋼絲繩在作業過程中反復產生鋼絲繩與鋼絲繩的接觸擠壓(繩股與繩股的接觸擠壓）以及鋼絲繩在繞過滑輪時，鋼絲繩與輪槽的摩擦，再加上繩芯與繩芯之間的摩擦，極易使金屬材料產生疲勞，最終導致鋼絲繩斷絲、斷股，直至斷裂。有試驗結果顯示：

（1）鋼絲繩受鋼絲繩彎曲半徑的變化，對其壽命造成影響。這是由于鋼絲輪直徑減小，鋼絲繩彎曲變形加劇，彎曲應力增大，從而加快了鋼絲繩的磨損，引起鋼絲繩的疲勞損傷，減少了鋼絲繩的壽命，從而引發鋼絲繩斷裂[2]。

（2）斷絲出現在繩端或近繩端時，表示此部位受力較大。鋼絲繩斷絲如果在一定區域內較為聚集且相對集中的情況下，鋼絲繩應作報廢處理。

2）本標準還規定了潤滑脂含量，天然纖維芯和復合纖維芯繩不低于15%，合成纖維芯不低于5%，但用戶另有要求的除外。GB/T 20118—2017 和GB 8918—2006 均未對繩芯中的潤滑脂含量進行量化。

3）本標準提出，起重機使用的鋼絲繩，由于其作業速度大、頻率高，對其表面潤滑脂指標要求高于NB/SH/T 0387—2014《鋼絲繩用潤滑脂》的規定，并增加了工作錐入度及粘附率要求，其他起重機鋼絲繩用潤滑脂指標不變。鋼絲繩在油膜破壞的情況下，最后會出現鋼絲繩在滑動旋轉后斷絲現象，從表面浮銹、內銹，逐漸到內外的鋼絲脆化。特別是使用場所工作級別較高、工作頻率頻繁的起重機用鋼絲繩，對潤滑脂的要求更嚴格。潤滑脂的主要作用有：

（1）減少鋼絲繩與滑輪、繩內股、內鋼絲之間運動產生的摩擦應力，減少斷裂的機會；

（2）減少鋼絲繩的繩股之間、繩芯之間因外部環境尤其是潮濕、含酸含堿環境而形成的銹蝕；

（3）增加鋼絲繩的柔性，減輕鋼絲繩彎曲時所受的疲勞，使負重均勻地分布到繩股上；

（4）在一定程度上緩沖鋼絲繩和滑輪組、鋼絲繩和卷筒之間的擠壓應力和沖擊。

不同狀態對潤滑脂效果的影響也是不容小覷。高溫下容易導致潤滑脂化學成分發生改變而產生化學反應，這種化學反應通常是不可逆的。高溫下還容易使潤滑油從體系中分離，形成分油，從而使潤滑脂的性能下降而失去潤滑作用。低溫狀態下油脂會變得更加黏稠，硬度也會提高，甚至會導致油脂流速下降而停止，潤滑失效使鋼絲繩的性能大大降低。所以在某些特殊環境下，對潤滑脂的選用是有嚴格要求的。

此外，高溫下對油脂要求不能流動，低溫下也不能龜裂，在涂油時也要兼顧涂油方式的方便，潤滑脂的品質對鋼絲繩的耐疲勞、耐腐蝕影響也非常大。因此，在對起重設備鋼絲繩進行潤滑保養時，需要選擇適當的潤滑油脂，充分有效地發揮潤滑的理想效果，使鋼絲繩的壽命有效延長，這是需根據起重機的工作環境、工作負荷和其工作用途而定的[3]。

本標準還特別指出，為了保證每根鋼絲在繩股中得到充分潤滑，除了使用者另有要求外，需要在合攏點前在鋼絲繩中加入潤滑脂。在使用鋼絲繩時，特別是鋼絲繩彎曲時，每個繩股之間或每股的鋼絲與鋼絲之間摩擦會加劇發生，此時有效的潤滑就會減少因摩擦而發生的金屬磨損；另外有效潤滑還可以減緩或完全停止鋼絲繩受腐蝕過程，阻止或延緩電化學發生。

4）本標準更加合理、更加嚴格地規定了股中的制繩鋼絲接頭。這一標準的要求是：股中的鋼絲直徑在0.4 mm 以上，必須采用對焊連接；同一股中的鋼絲接頭間距應大于鋼絲繩直徑的18 倍（此條與GB/T 20118—2017 的8.3 條規定一致）。

5）對鋼絲繩捻距要求，此標準提出了更為具體的規定。要求圓股鋼絲繩、壓實(股)鋼絲繩的捻距不大于鋼絲繩公稱直徑的7.5 倍，三角股鋼絲繩和四股壓實鋼絲繩的捻距均不超過鋼絲繩公稱直徑的9 倍，這是在GB/T 8918—2006 和GB/T 20118—2017 中沒有的，但GB/T 8903—2018《電梯用鋼絲繩》的5.2.3條有此規定。捻距對鋼絲繩的影響主要有：

（1）在可比條件下，捻距較大時，由于鋼絲繩的彎曲程度小，鋼絲繩強度損失小，鋼絲繩承載后的永久伸長和彈性伸長也較小。

（2）如果鋼絲繩或股的捻距取值比較大，捻制后的鋼絲會大部分處于彈性變形狀態。因此當捻距值過大，繩或股處于自由狀態時，繩中的股或股中的絲容易恢復到捻制前的直線狀態，使股或繩松散。

（3）可撓性的好壞與捻距大小有相當密切的關系，當繩的結構和繩徑相同時，捻距大的可撓性差，這主要是由于繩彎曲時，鋼絲沿繩彎曲方向所具有的抗彎模量大小不同，捻距大的抗彎模量大。

（4）捻距較大的鋼絲繩，其耐磨性要小于捻距小的鋼絲繩。這主要由于捻距較小時，鋼絲繩與卷筒或滑輪之間的接觸點較多，即繩的支撐表面較大，彼此之間的接觸力分布較為均勻，受擠壓應力的極限值相對較小。當提升或卷揚用鋼絲繩使用周期相同時，捻距較小的鋼絲繩的外層鋼絲相對捻距大的鋼絲繩的磨損程度較輕。

（5）捻距小，可撓性好、耐磨性高。鋼絲繩在承受彎曲時，鋼絲繩內的應力值比較小，因此相對較大捻距的鋼絲繩，鋼絲繩的疲勞壽命要高一些。捻距的大小對鋼絲繩的機械性能也有明顯影響。所以在確定捻距的時候，要綜合各方面的因素，尤其要考慮使用的具體狀況及要求。

（6）對于以承受拉伸靜載荷為主的拉緊、拉曳等用途的鋼絲繩，應選擇較大的捻距，對以承受交變應力為主的鋼絲繩，如提升、卷揚用鋼絲繩，經選擇較小的捻距，以提高鋼絲繩的可撓性、疲勞強度，并可減小卷筒、滑輪的直徑尺寸。

但是過小的捻距，會造成捻制過程中的強度損失增大及鋼絲繩的生產率下降，故選擇鋼絲繩捻距值時應考慮各種因素，尤其是要考慮鋼絲繩的具體使用條件和使用要求。

6）對直徑的要求，本標準規定圓股鋼絲繩和壓實(股)鋼絲繩的直徑允許偏差為 0 ～＋4%，比GB/T 20118—2006、GB/T 8918—2006 中的要求更嚴格，GB/T 20118—2006、GB/T 8918—2006 規定的允許偏差均是0 ～＋5%（其中GB/T 20118—2006 有鋼絲繩公稱直徑≥8 mm 的前置條件）[4，5]。

這幾個標準都規定了鋼絲繩直徑的偏差只有正偏差，沒有負偏差。鋼絲繩是由多股鋼絲捻合而成的，其公稱直徑是指鋼絲繩中心線上的直徑，也是鋼絲繩的重要參數之一。

鋼絲繩公稱直徑越大，承重能力越大，但鋼絲繩的重量也會因此而加重。鋼絲繩的早期失效，很多是因為鋼絲繩的直徑較小，與卷筒或滑輪不匹配，而承受過大的彎曲和與輪槽過大的擠壓應力所致。因此應盡量選擇直徑較大的卷筒或滑輪，對鋼絲繩有效直徑和繩槽匹配進行嚴格控制，以增加鋼絲繩的使用壽命。

GB/T 3811—2008《起重機設計規范》的6.3.3.2.3條要求，滑輪、卷筒繩槽半徑r與鋼絲繩公稱直徑d的比值為r=(0.53 ～0.6)d[6]。

GB/T 29086—2012《鋼絲繩 安全 使用與維護》規定：“起重機用鋼絲繩槽的有效直徑應控制在鋼絲繩直徑的 5%～10%”[7]。 這個說法是錯的或者說是描述錯了，應該是“起重機用鋼絲繩繩槽有效直徑的增加量應控制在鋼絲繩直徑的5%～10%”。一般把鋼絲繩的直徑公差最好控制在+2%～+4%的范圍內較為合適。

7）在 GB/T 34198—2017 的附錄 D 的系列表中可以看到，同類鋼絲繩的破斷拉力與鋼絲繩的直徑和抗拉強度有關，鋼絲繩的破斷拉力在不同股結構的鋼絲繩中肯定存在差異，但表中給出的破斷拉力值是同類鋼絲繩所應達到的破斷拉力的最小值，因此，只要是相同直徑、相同抗拉強度的同類鋼絲繩，都能達到表中規定的破斷拉力。股結構不同引起的破斷拉力的區別也只是在給定的最小破斷拉力以上有所不同，不能小于給定的最小值。

在鋼絲同一橫截面上最大直徑與最小直徑之差為鋼絲的不圓度。其值應不大于鋼絲公稱直徑的公差之半。

鋼絲表面應無銹蝕、竹節、微裂紋等影響性能的缺陷；鋼絲不得散亂、扭轉或呈“∞”字形。

除需方另有要求，直徑大于12 mm 單層股捻鋼絲繩用鋼芯應為獨立鋼絲繩芯。

若需方無特殊要求，壓實股鋼絲繩用鋼芯由供方確定是否為壓實股鋼芯，但破斷拉力應滿足GB/T 34198—2017 要求。

8）從GB/T 8706—2017《鋼絲繩 術語、標記和分類》的3.3.2 條的“表2 普通類型的股結構代號”中的“結構類型：組合平行捻，代號：WS，股結構示例：41WS 即（1-6/8-8+8-16）”可以分析，股芯1，第1 層6 絲，第2 層8 絲，第1 層與第2 層用斜線分開說明這2 層之間是點接觸，第3 層是8+8（1 粗1 細16 絲）與第2 層是瓦林吞式結構用-分開是線接觸，第4 層與第3 層用-分開是線接觸，這時只有西魯式結構。37M（這里的M 就是指點接觸，GB/T 8706—2017 中的表2 規定）即(1-6/12/18)首先說明這3 層鋼絲用/分開，3 層之間都是點接觸，各層鋼絲的捻角相等，但是捻距是不一樣的，基本可以說這3 層鋼絲的直徑是一樣的，數量相差6 絲[8]。

圖1 所示的2 種結構都屬于WS，只是股中心絲不同。

圖1 組合平行捻

3 總結

起重作業中，鋼絲繩突然斷裂危害巨大，輕則物毀，重者傷人。積極探索鋼絲繩使用壽命延長的方法，促進安全生產水平的提高，有效保護鋼絲繩，是平時工作中的重點。隨著工業化生產程度的加大，起重機工作級別的提升，對起重機用鋼絲繩及維護的要求越來越高。這一標準的發布規范了鋼絲繩生產單位和使用單位的標準，有力地推動了起重機的安全使用水平，對起重機用鋼絲繩乃至起重機行業的發展意義深遠。當前，如何切實落實好這一標準各項要求，將是下一步需加快研究完善的重要課題。