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          1. 晉昌盛起重索具集團,標志,logo

            怎么防治起重機配件用鋼絲繩的損傷

            作者:晉昌盛 來(lái)源:晉昌盛起重索具集團 點(diǎn)擊數:3294 加入時(shí)間:2018年08月16日
            起重配件鋼絲繩使用的安全性是人們長(cháng)期以來(lái)一直關(guān)心的問(wèn)題,因鋼絲繩的損傷或破斷而產(chǎn)生的重大 事故時(shí)有發(fā)生。為了確保使用中鋼絲繩的安全運行,掌握鋼絲繩的損傷規律及防治方法很有 必要。車(chē)輪組就起重機上使用的鋼絲繩而言,規格品種繁多、使用千差萬(wàn)別,但一般隨著(zhù)使用時(shí)間 的持續,都會(huì )出現損傷現象。筆者通過(guò)多年工作實(shí)踐的總結,歸納起主要損傷現象有以下六 種,即:磨損、疲勞、銹蝕、變形、咬繩、過(guò)載。 
              1 磨損 
              鋼絲繩在操作時(shí)與其它物體接觸并有相對運動(dòng),產(chǎn)生摩擦。在機械的、物理的和化學(xué)的作用 下,鋼絲繩的表面也不斷磨損。磨損是鋼絲繩最常見(jiàn)的損傷方式,一般分為外部磨損、變 形磨損和內部磨損三種情況。圖1所示為單絲磨損的幾種斷面形狀。 

              1.1 外部磨損 
              鋼絲繩在使用過(guò)程中其外周與滑輪槽、卷筒組、鉤頭等物體表面接觸而引起的磨損屬于外 部磨損。在外部磨損后繩徑將變細,外周表面的細鋼絲被磨平。圖2是鋼絲繩表面磨損的兩 種類(lèi)型。 

              鋼絲繩的外部磨損使承受載荷的鋼絲截面積減小,鋼絲繩的破斷載荷也相應降低。圖3是通 過(guò)試驗得到的鋼絲繩直徑減小率與破斷載荷降低率的關(guān)系曲線(xiàn)。由曲線(xiàn)可以看出,單周磨損 較 全周磨損更惡劣,吊鉤組所以應盡可能使單周磨損的鋼絲改為全周均勻磨損。在鋼絲繩的全長(cháng)范圍 內, 應盡可能地做到均勻磨損。如起重機鋼絲繩在使用中期換頭,一般可延長(cháng)鋼絲繩使用壽命 30%~40%。 

              1.2 變形磨損 
              由于振動(dòng)、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損,叫做變形磨損,這是一種局部磨損現象。如卷筒表面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊,起重機起升鋼絲繩相互打纏,或者由于滑輪與卷筒中心偏 斜而產(chǎn)生的咬繩現象,都會(huì )使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。如把磨損后的表面細鋼絲剖開(kāi),變形磨 損和外部磨損的區別如圖1所示。這種變形磨損因局部擠壓而變形,其鋼絲橫斷面在擠壓處 向兩旁伸展成翅形。從外表看,鋼絲寬度擴展,雖鋼絲繩截面積減小不多,但 局部擠壓處的鋼絲表面材質(zhì)硬化了,極易斷絲。 
            1.3 內部磨損 
              在使用過(guò)程中,鋼絲繩經(jīng)過(guò)卷筒或滑輪時(shí)所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側,各 根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時(shí),由于鋼絲繩的彎曲,鋼絲繩內部各根細鋼絲就 會(huì )相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移,這時(shí)股與股之間接觸應力增大,使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局 部壓痕深凹。當反復循環(huán)拉伸彎曲時(shí),在深凹處則產(chǎn)生應力集中而被折斷,構成了內部磨損 。通常細鋼絲表面的壓力與鋼絲繩的壓力成正比,在張力相同情況下,由于受壓面積不同, 單位面積承受的壓力也不同。從表面受壓磨損來(lái)看,采用線(xiàn)接觸鋼絲繩比采用點(diǎn)接觸鋼絲繩 有利,采用面接觸鋼絲繩比采用線(xiàn)接觸鋼絲繩更有利。此外,鋼絲繩的彎曲程度、運動(dòng)速度 ,對鋼絲繩的內部磨損均有影響。很明顯,選擇線(xiàn)接觸或者面接觸類(lèi)型的鋼絲繩是減少內部 磨損的有效途徑。 
            2 疲勞 
              鋼絲繩在使用過(guò)程中主要承受彎曲疲勞和拉伸、扭曲、振動(dòng)引起 的疲勞。 
            2.1 彎曲疲勞 
              鋼絲繩重復通過(guò)滑輪或卷筒中撓上撓下,無(wú)數次的彎曲,容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞,韌性下降, 最 終導致斷絲。而疲勞斷絲出現在股的彎曲程度最厲害的一側外層鋼絲上。通常情況下,疲勞 斷絲的出現意味著(zhù)鋼絲繩已經(jīng)接近使用后期。 
              試驗表明,鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比值(即卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比值)、安 全系數和鋼絲繩結構均有密切的關(guān)系。 
            2.2 拉伸、扭曲和振動(dòng)引起的疲勞 
              起重機鋼絲繩在起動(dòng)和制動(dòng)的始末,捆扎鋼絲繩在承受載荷的前后,變化的拉伸應力會(huì )引起 金屬疲勞。此外,鋼絲繩經(jīng)常受到扭曲和振動(dòng)也是產(chǎn)生疲勞的原因。 
              疲勞損傷的原理是在變應力的作用下,細鋼絲表面首先由于各種滑移形成初始裂紋,然后裂 紋尖端在切應力的作用下反復塑性變形,使裂紋擴展直至斷裂。其疲勞引起的斷絲一般斷口 平齊,多半出現在表層鋼絲上,它們很有規律。 
            2.3 防止鋼絲繩疲勞損傷的途徑 
              1)在條件許可的情況下,應盡可能使卷筒和滑輪的直徑加大。 
              2)在安排滑輪布局時(shí),應盡量避免使鋼絲繩反向彎曲,如圖4所示。試驗數據表明,反向彎 曲的破壞約為同向彎曲的2倍。 

              3)盡可能選擇結構好的鋼絲繩,如WS,TX型等線(xiàn)接觸鋼絲繩。使用這些鋼絲繩能成倍地提 高使用壽命。 
            3 銹蝕 
              鋼絲繩一般在露天使用,日曬雨淋會(huì )使鋼絲繩腐蝕,尤其是在有害氣體與惡劣環(huán)境下使用 的鋼絲繩,腐蝕造成的損傷就更嚴重。因腐蝕而受損的鋼絲繩表面存在氧親和性的差異, 使 表面的某一局部金屬成為陽(yáng)極,另一鄰近的局部金屬成為陰極,形成了大量的小電池。在小 電池的作用下,表面便形成很多圓形腐蝕坑,并逐步加深。這些坑就成了應力集中點(diǎn)、疲 勞裂紋的源泉。與此同時(shí),腐蝕使鋼絲繩的截面積減小、彈性和承受沖擊的能力降低。 
              防止鋼絲繩銹蝕損傷的方法有兩種,一種是勤涂油,對于經(jīng)常處于運動(dòng)狀態(tài)的鋼絲繩涂油 是必不可少的。新鋼絲繩麻芯一般含有12%~15%的油脂,而報廢的鋼絲繩在損耗最大的部位 僅含2.4%的油脂,在同一根鋼絲繩的繩端,即使沒(méi)有經(jīng)過(guò)滑輪也仍含有12.7%~14.5% 的油脂。試驗表明,涂油鋼絲繩在試驗后期發(fā)生的斷絲約為不涂油的半數。一根鋼絲繩最初 的含 油量只能維持壽命的40%,其后如不加油則斷絲急劇增加。二是對使用環(huán)境惡劣、相對運動(dòng) 較少的鋼絲繩可選擇鍍鋅、鍍鋁等特種鋼絲繩。這些鋼絲繩暴露在大氣中的鍍鋅或鍍鋁表面 會(huì )形成氫氧化鋅和氫氧化鋁薄膜,能有效地防止鋼絲繩的腐蝕。 
               4 變形 
              很多斷繩事故是因為鋼絲繩事先受到過(guò)變形損傷而沒(méi)有引起人們的足夠重現,結果釀成大 禍。變形的主要原因有以下幾種: 
               4.1 外傷 
              在操作過(guò)程中,鋼絲繩與其它設備不正常的接觸容易造成外傷。最明顯的外傷是鋼絲繩在滑 輪里滑槽,在卷筒上跳出擋板,結果常常使幾十米乃至數百米的鋼絲繩因為局部軋壞而報廢 。 
              防止鋼絲繩外傷的關(guān)鍵在于完善起重機設備?;啈O置可靠的防滑槽擋圈,擋圈與滑輪外 圈的間隙不大于鋼絲繩直徑的1/5。卷筒上的鋼絲繩不能松弛太多,以防繩圈跳出擋板在纏 緊時(shí)軋壞。 
               4.2 壓潰 
              鋼絲繩在卷筒上卷亂后容易產(chǎn)生壓潰現象。鋼絲繩在卷筒上卷亂時(shí),相互傾軋,在操作時(shí)會(huì ) 發(fā)出“軋吱軋吱”的聲響。由壓潰造成的鋼絲繩損傷會(huì )在局部迅速出現斷絲與壓扁的痕跡。 
              防止的措施是應按設計規范選擇滑輪與卷筒的偏角,必要時(shí)可在起升機構中設置排繩器或者 壓繩裝置,防止鋼絲繩出現卷亂現象。 
               4.3 扭結 
              鋼絲繩在局部扭曲后產(chǎn)生的永久變形叫做鋼絲繩扭結。扭曲的方向與鋼絲繩旋向一致的稱(chēng)為 正扭結,反之稱(chēng)為負扭結。普通鋼絲繩帶有自轉性,如果繩股的端部不加捆扎便施加張力, 則繩股會(huì )向倒捻方向旋轉,這是造成鋼絲繩扭結的內在因素。鋼絲繩在扭結后,經(jīng)過(guò)多次起 吊受載,也只有局部繩芯外露,一般沒(méi)有斷絲現象。但試驗表明,鋼絲繩在扭結損傷后強度 將 顯著(zhù)降低。正扭結的強度只有原強度的60%~80%,負扭結的強度還不到原強度的50%。嚴 重時(shí)強度將降低到只有原來(lái)的10%~20%。 
              防止鋼絲繩扭結可采取以下措施: 
              1)在重要的起重設備上選用不旋轉鋼絲繩。 
              2)在鋼絲繩的自由端設置轉子(也稱(chēng)防轉裝置)。 
              3)加強操作人員工作責任心,發(fā)現扭結跡象立即停止操作,釋放還原。 
              5 咬繩 
              鋼絲繩咬繩損傷現象一般發(fā)生在多層卷繞的起重機卷筒上,有槽雙層卷繞的起重卷筒更甚。 
              第一層鋼絲繩沿卷筒繩槽排滿(mǎn)后,第二層 鋼絲繩 與空擋方向呈β角,鋼絲繩能平順地落在下層鋼絲繩的空擋內,但過(guò)了卷筒與滑輪的中心 線(xiàn) ,繞入的鋼絲繩向有繩圈的鄰槽方向偏斜α角,該α角隨著(zhù)鋼絲繩軸向移動(dòng)而增大。于是繞 入 的鋼絲繩不再能整圈有規律地卷繞在下層鋼絲繩空擋,而是每卷繞一周就有一個(gè)跨越點(diǎn), 可稱(chēng)為節點(diǎn)。在節點(diǎn)處,繞入的鋼絲繩不再對下層鋼絲繩產(chǎn)生壓力,而是首先對已被 卷繞在卷筒上的鄰圈產(chǎn)生壓力。在鋼絲繩繞過(guò)節點(diǎn)的瞬間,由張力產(chǎn)生的壓力先全部作用在 相鄰鋼絲繩表面,一般當α角不大時(shí),受壓面積也很小,鋼絲繩常常很快從相鄰鋼絲繩的表 面擦過(guò),落入位置。但由于鋼絲繩都是由很細的鋼絲繞成的,在壓力作用下,絲與絲之間既 容易相互嵌入,又必定產(chǎn)生滑移,產(chǎn)生了剪切運動(dòng)。 

              多層卷繞卷筒要徹底消除咬繩現象是困難的,但能采取一些措施減少由于咬繩引起的不良影 響。例如:正確選擇鋼絲繩在卷繞過(guò)程中的軸向位移方向,即第一層鋼絲繩起始繩槽的旋向 ,這對第二層鋼絲繩是否產(chǎn)生咬繩關(guān)系極大。如果把卷筒鋼絲繩排列成如圖6所示,就幾乎 不存在α角,也就基本消除了咬繩現象。根據統計,卷筒結構改進(jìn)后的每根鋼絲繩的使用 壽命能延長(cháng)4~5倍。另外,可根據整根鋼絲繩在卷筒上的受載情況采用變截面卷筒。有時(shí)我們可以根據卷筒的前 若干圈鋼絲繩不經(jīng)常使用而又不能缺少的特點(diǎn),把這若干圈鋼絲繩存在卷筒的一側卷繞幾 層,而把工作頻繁的重載受力區段單層卷繞,這樣既消除了咬繩現象,又極大地改善鋼絲繩 的接觸狀況。采用變截面卷筒后,鋼絲繩的使用壽命可顯著(zhù)延長(cháng)。對多層卷繞的 鋼絲繩也可采取定期截頭的方法,即先把新鋼絲繩有意識地放長(cháng)2~3圈的長(cháng)度,以后按情況 定期從繩 端截去半圈,實(shí)質(zhì)上是不斷地移動(dòng)節點(diǎn),避免鋼絲繩在節點(diǎn)處損傷過(guò)快。 

              6 過(guò)載 
              鋼絲繩隨著(zhù)載荷的增加會(huì )有微量的伸長(cháng),當載荷超過(guò)彈性極限時(shí),鋼絲繩就可能斷裂。通常 把鋼絲繩承受的靜載荷控制在破斷載荷的1/10~1/5,叫作安全負荷。安全負荷表示的是鋼 絲繩允許承受的額定靜負荷。但鋼絲繩實(shí)際上往往處于運動(dòng)狀態(tài),鋼絲繩在工作時(shí)除了要承 受貨物、吊物、自重等靜載荷外,還要受到因加速度和沖擊引起的動(dòng)載荷,因彎曲引 起的附加載荷,因摩擦引起的阻力載荷等等。由此可見(jiàn),當除了靜載荷以外的其它載荷增多 時(shí),實(shí)際的安全系數就降低了,鋼絲繩往往由此而引起過(guò)載。 
              因過(guò)載而破斷的鋼絲繩,其斷口呈松散狀,6股的鋼絲繩斷口位置大多數不在一起,繩芯外 露,這是鋼絲繩因過(guò)載而斷裂的特征。過(guò)載的鋼絲繩即使不發(fā)生斷裂事故,也會(huì )大大地縮短 使用壽命。圖7是由試驗得到的安全系數與鋼絲繩壽命的關(guān)系曲線(xiàn),從圖中可見(jiàn)安全系數 降低將導致鋼絲繩使用壽命急劇下降。 

              為了防止鋼絲繩過(guò)載,應采取以下措施: 
              1)正確選用安全系數,力求減少靜載荷以外的其他載荷對鋼絲繩的影響。如彎曲載荷 可以 通過(guò)加大滑輪和卷筒直徑來(lái)減小,動(dòng)載荷可以通過(guò)提高起重機司機的操作水平、改進(jìn)起重機 性能來(lái)減少,摩擦阻力可以通過(guò)調整滑輪槽的形狀及補充潤滑油來(lái)減少等等。 
              2)嚴格遵守安全操作規程,杜絕人為的超負荷現象。 
              3)在起重機上安裝負荷指示器、或超負荷限制器、或報警器,消除過(guò)載現象。 
              除了上述6種鋼絲繩的基本損傷類(lèi)型外,還有高溫幅射等因素也會(huì )使鋼絲繩造成損傷。但總 的來(lái)看,鋼絲繩的損傷一般是有規律的,關(guān)鍵在于我們如何去進(jìn)s一步認識這些規律,從而 找出有效的防止方法,盡量延長(cháng)鋼絲繩的使用壽命。
            上一篇:橋式起重機常見(jiàn)的一些故障原因及預防
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