提高卸船机起升钢丝绳寿命的方法.doc

提高卸船机起升钢丝绳寿命的方法摘要：通过对钢丝绳的质量，钢丝绳的结构型式，钢丝绳缠绕方式，绳槽尺寸，钢丝绳的弯曲安全系数的选取，摩擦与润滑，非稳定性载荷以及工作环境等方面的分析与论述探讨影响钢丝绳使用寿命的因素，对提高卸船机起升钢丝绳的寿命，保证安全生产，提高作业效率和经济效益等都具有重要的意义。关键词：提高卸船机起升钢丝绳寿命的方法正文：钢丝绳是卸船机械重要部件之一也是保证起重作业安全的关键环节。起升钢丝绳具有强度高、自重轻、弹性好，能承受冲击，过载能力强，工作平稳等优点。但由于种种原因，使起升钢丝绳在使用过程中过早损伤或破断，没有达到它的预期使用寿命，从而不仅增加了企业使用成本，降低了生产效率，甚至造成不可预期的安全事故。因此，研究影响钢丝绳使用寿命的因素，对正确使用钢丝绳、延长钢丝绳的使用寿命、保证安全生产、提高作业效率和经济效益等都具有十分重要的意义。下面，笔者根据多年的实践经验对影响卸船机起升钢丝绳寿命的因素进行分析、探讨。1、钢丝绳的质量钢丝的质量是决定钢丝绳使用寿命的主要因素。起升钢丝绳所用钢丝，通常采用含碳量为0.50.8，直径为mm的优质碳素圆钢经过多次冷拔热处理得到直径为0.22mm的高强度钢丝。根据钢丝的韧性将钢丝分为三级，分别用于不同用途。卸船机所用钢丝绳的抗拉强度一般为14001700 N/mm2。若选型合适，起重用钢丝绳本身应具有较长使用寿命。若钢丝的材质不能保证，钢丝绳就会先天不足，使用寿命必然降低。例如，钢丝的含碳量或含硫、含磷量偏高，都会使钢丝的脆性增大，此时的钢丝反复弯折几次即可断丝，用这样的钢丝制造成的钢丝绳，当绳绕过滑轮和卷筒时，在很短的时间内就会有断丝情况，并很快达到报废断标准。另外，钢丝生产工艺对钢丝质量也起着决定性作用。例如，钢丝冷拔时，应根据不同材质钢丝的抗拉强度，确定合理的总压缩率和每次的压缩率。如果一味地追求生产效率而增大压缩率，将影响钢丝的机械性能。因此，为了保证钢丝绳本身的质量，提高卸船机起升钢丝绳的使用，寿命应选购正规厂家的钢丝绳。2、钢丝绳的结构型式2.1 按股中相邻二层钢丝的接触状态可分为点接触、线接触和面接触钢丝绳（1） 点接触钢丝绳是采用相同直径钢丝捻制。由于各层钢丝的捻距不等，各层钢丝互相交叉，形成点接触。受载时钢丝间的接触压力大，钢丝的交叉增大了横向压力，造成二次弯曲，容易磨损、疲劳断丝，寿命较低，但柔软性好，制造工艺较简单。所以，常作为起重作业的捆绑吊索。（2） 线接触钢丝绳是采用不同直径的钢丝捻制。将细钢丝布置在粗钢丝的沟槽内，使不同层钢丝与钢丝之间形成线接触，使受载时钢丝的接触应力较小，无二次弯曲应力。线接触钢丝绳承载力高、挠性好、耐疲劳、耐磨损、抗挤、寿命较长。因此，在起重机的工作机构中一般优先采用线接触钢丝绳。（3） 面接触钢丝绳通常以圆钢丝为股芯，最外一层或几层采用异形断面的钢丝，层与层之间是面接触，用挤压方法绕制而成。其特点是结构紧密，钢丝接触应力小、无二次弯曲应力，表面光滑挠性好、强度高，耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀、抗挤压，寿命长。但由于制造工艺复杂，价格高，起重机上很少使用。2.2 按钢丝绳的捻向可分为交互捻、同向捻和不扭转钢丝绳（1） 交互捻钢丝绳（也称交绕绳）。其丝捻成股与股捻成绳的方向相反。由于股与绳的捻向相反，使用中不易扭转和松散，但挠性稍差。（2） 同向捻钢丝绳（也称顺绕绳）。其丝捻成股与股捻成绳的方向相同。这类钢丝绳的挠性和寿命都较交互捻绳要好，但若不采用预变形处理，则易扭转、松散。（3） 不扭转钢丝绳。这种钢丝绳由内外两层绳股组成，但两层绳股的绕向相反，内外层绳股的扭转力矩平衡，因此自由端不产生旋转，同时，它的支撑点比普通钢丝绳约增加3.3倍，有较大的抗挤压强度，不易变形，总破断拉力大于普通钢丝绳的破断拉力常在起升高度较大的起重机上使用，并越来越受到重视。由此可知，起重用钢丝绳应优先选用不扭转钢丝绳，其次选用交绕绳或经预变形的顺绕绳。由于普通同向捻钢丝绳易松散和扭转，一般只用来做牵引绳，起升机构中应尽量少用。、钢丝绳的缠绕方式若起升机构使用右旋钢丝绳，当卷筒绳槽的走向从左向右时，绳必须从卷筒上方绕出。当卷筒绳槽的走向从右向左时，绳必须从卷筒下方绕出；若起升机构使用左旋钢丝绳，当卷筒绳槽的走向从左向右时。绳必须从卷筒下方绕出，当卷筒绳槽的走向从右向左时，绳必须从卷简上方绕出。否则，钢丝绳在卷筒上就会散乱，从而降低钢丝绳的使用寿命。对于不扭转钢丝绳，由于结构特殊，在缠绕时一定不要破坏或干扰原绳股之问的固定节距，以避免绳芯滑移或外层绳股松弛形成鸟笼形状。因此，钢丝绳的绕缠一定要由专业人员进行，以保证缠绕正确，从而保证钢丝绳的使用寿命。4、摩擦与润滑钢丝绳的摩擦现象分为钢丝之间的摩擦及钢丝绳与其它物体的摩擦。绳内各绳股之间和钢丝之间的摩擦为内部摩擦，钢丝绳与其它物体的摩擦为外部摩擦。4.1摩擦内部摩擦钢丝绳经过卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各根细钢丝的曲率半径不可能完全相同。同时，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使相邻股间的钢丝产生局部压痕。当反复循环拉伸弯曲时，在压痕处则产生应力集中而被折断。外部摩擦钢丝绳在使用过程中其外周与滑轮槽、卷筒壁、钩头等物体表面接触而引起的摩擦属于外部摩擦。外部摩擦使钢丝绳外层绳股表面产生磨损磨损后钢丝绳的绳径将变细。外周表面的细钢丝被磨平。使承受载荷的钢丝截面积减小，钢丝绳的破断载荷也相应降低钢丝绳的寿命将会缩短。因此，要减小摩擦，必须保证对钢丝绳进行良好的润滑，此外，还可以通过调整滑轮材料（如铸铁、铝合金等）或在滑轮轮槽内镶嵌摩擦系数相对较小的材料（如铝合金、尼龙衬垫等）来减小摩擦系数。4.2润滑润滑就是减小摩擦阻力，降低摩损，进而减少断丝，断股，延长钢丝绳的寿命。钢丝绳在不断变换的拉升、松弛、滚动、牵引过程中，绳丝之间、绳与轮绳与绳之间经常产生运动摩擦，有些场合这种摩擦的频率是非常高的。润滑的作用就是降低这种摩擦系数，使钢丝绳中钢丝受力均匀，提高钢丝的疲劳弯曲性能。这就要求在钢丝绳的使用周期中自始至终保持良好的润滑性能，要求润滑油在钢丝间、钢丝与滑轮间受压状态下保持一定的油膜，防止金属间直接摩擦。基于环境因素和润滑油的性能不同，不良的润滑油会流失或脱落油膜不能形成，失去了润滑作用造成钢丝绳的摩损和损坏，降低使用寿命。钢丝绳的润滑对其使用寿命影响很大。有资料表明，对钢丝绳进行系统润滑，可使钢丝绳寿命延长23倍。所以，要定期对钢丝绳进行润滑，使之经常处于良好的润滑状态。对钢丝绳的润滑也应按要求操作，在钢丝绳润滑之前，应将钢丝绳表面上积存的污垢和铁锈清除干净，然后用加热80左右的润滑油蘸浸钢丝绳，使润滑油能充分浸透到钢丝绳的内部绳芯中去。5、绳槽尺寸滑轮槽底的半径对钢丝绳使用寿命至关重要，必须合适。如果绳槽过大，绳轮绳槽超过公称直径15以上，会导致钢丝绳缺乏足够支撑，引起过早断丝；如果绳槽过小，会挤压钢丝绳，使其变形，常会出现两条明显磨痕和相应的断丝。可见，绳槽过大与过小，都会严重影响钢丝绳寿命。6、钢丝绳的弯曲6.1 弯曲曲率半径即绳径比（D/d）钢丝绳的弯曲曲率半径，往往以滑轮直径与钢丝绳直径之比D/d表示。钢丝绳在使用中所受的弯曲应力和拉应力越大、应力交变频率越高或交变应力的幅值越大，则金属疲劳现象就会越早地出现。在拉力相同的情况下，滑轮直径减小，钢丝的弯曲变形、弯曲应力就会加大，因而钢丝的磨损加快、疲劳损伤加快，钢丝和钢丝绳的寿命就短。反之，滑轮直径加大，钢丝绳的弯曲变形弯曲应力就会减小，交变应力的幅值也相应减小，则钢丝绳的寿命就越长。但当绳轮直径大到某一数值后（如：D/d30），钢丝绳的寿命增长率就会显著缓慢。所以，在设计时，必须对影响其寿命的绳轮直径（即按钢丝绳中心计算的滑轮和卷简的卷绕直径）作出限制，不得低于设计规范规定的值。6.2弯曲方向在安排滑轮布局时，应尽量避免使钢丝绳反向弯曲，如图所示。实验数据表明，反向弯曲的疲劳破坏约为同向弯曲的倍。反向弯曲时，钢丝绳受到多次反向弯曲，其弯曲应力的方向也随之变化，在此交变应力作用下，必然减小钢丝绳的寿命。因此，在绳轮系统设计时，应尽可能使钢丝绳一个方向弯曲。如果确实难以统一为一个方向时，可尽量增大钢丝绳进出折转角。7、安全系数的选取钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长，当载荷超过弹性极限时，钢丝绳就可能断裂。通常把钢丝绳承受的静载荷控制在破断载荷的10%20%。此为安全负荷。安全负荷表示的是钢丝绳允许承受的额定静负荷。但钢丝绳实际上往往处于运动状态，钢丝绳在工作时除了要承受货物、吊具、自重等静载荷外，还要受到因加速度和冲击引起的动载荷，因弯曲引起的附加载荷，因摩擦引起的阻力载荷等等。由此可见，当除了静载荷以外的其它载荷增多时，实际的安全系数就降低了，钢丝绳往往由此而引起过载。过载的钢丝绳即使不发生断裂事故，也会太大地缩短其使用寿命。如图所示，钢丝绳寿命是随着安全系数的增大而增长的当安全系数从4增大到7时，钢丝绳使用寿命都提高2倍以上，所以，安全系数应在条件允许的范围内尽可能选取大值。同时，应力求减少静载荷以外的其他载荷对钢丝绳的影响，并杜绝人为的超负荷现象。8、非稳定载荷非稳定载荷，这里主要指钢丝绳受到剧烈的冲击振动的载荷。钢丝绳在使用过程中，如果运行速度频繁发生急剧变化，将造成冲击载荷。每次冲击虽然只是瞬间加载，但隐含着极大的危害性。冲击负荷超过钢丝绳允许使用工作应力时就会产生断绳现象。即使冲击载荷不一定导致钢丝绳断裂，但多次冲击，将会严重缩短钢丝绳的使用寿命。对于已经使用了一段时间的钢丝绳，与新绳相比，由于伸缩性较小，耐冲击性会更低。为此，应避免在运行中速度急剧变化，避免突然、剧烈加载以及猛烈地制动，这样可以减少钢丝绳的损伤。9、工作环境钢丝绳在雨水，冰雪，风沙，海边港口的盐雾，盐水和工业污染的大气（如CO，含硫气体）等恶劣环境中，由于电化学反应的作用和细菌的侵蚀，对钢丝及绳芯纤维有较大的腐蚀作用，直接影响到钢丝绳的使用性能和使用寿命。这是由于腐蚀不仅使钢丝绳的金属面积减小从而降低破断强度还将引起表面粗糙，并从中开始出现裂纹以至加速疲劳，严重的还会引起钢丝绳的弹性降低。此外，在高温环境下工作，易使钢丝绳绳芯润滑油脂干涸，韧性降低，从而造成钢丝绳使用寿命大大降低。所以，在恶劣环境中使用的卸船机械，一是要勤润滑，二是可采用镀锌或镀铝等特种钢丝绳