ISOTS 236242021 起重机.起重机应用中高性能纤维绳的安全使用标准立项发展报告

起重机起重机应用中高性能纤维绳的安全使用标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Cranes—SafeUseofHigh-performanceFibreRopesinCraneApplications摘要随着全球起重机械向大型化、轻量化及高作业效率方向的持续演进，传统钢丝绳在超深提升、超长跨距及特殊海洋环境等应用场景中逐渐显现出自重过大、疲劳寿命受限及维护成本高等技术瓶颈。高性能纤维绳（High-performanceFibreRopes,HPFR）凭借其优异的比强度、耐腐蚀性、抗疲劳性能及可设计性，正逐步成为起重机关键承载部件的重要技术路线。然而，纤维绳的力学行为、失效模式及安全使用规程与传统钢丝绳存在本质差异，亟需统一的技术规范予以支撑。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2021年5月24日正式发布ISO/TS23624:2021《起重机起重机应用中高性能纤维绳的安全使用》，填补了该领域国际标准的空白。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、核心技术框架、关键安全技术指标、主要参与单位及未来发展方向展开系统论述。报告指出，该技术规范首次系统构建了涵盖纤维绳选型、设计与计算、安装与检验、使用与维护、报废判据等全生命周期的安全管理框架，为纤维绳在起重机领域的工程应用提供了权威性技术依据，对推动全球起重机械技术升级与安全运行具有重要的指导意义。关键词：高性能纤维绳；起重机；安全使用；国际标准；技术规范；报废判据；全生命周期管理Keywords:High-performancefibreropes;Cranes;Safeuse;Internationalstandard;Technicalspecification;Retirementcriteria;Lifecyclemanagement1引言1.1研究背景起重机械作为现代工业与基础设施建设中的关键装备，其安全性与可靠性直接关系到人员生命财产安全和工程整体效能。传统钢丝绳自19世纪以来一直是起重机起升机构的主要承载元件，其设计理论、制造工艺及检验方法已高度成熟。然而，随着海洋工程、风电安装、超高层建筑施工等新兴领域的快速发展，起重机作业深度、起升高度和单机起重能力持续刷新纪录，钢丝绳的自重占比过高、弯曲疲劳寿命受限等问题日益突出。高性能纤维绳以超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、芳纶（Aramid）、液晶聚合物（LCP）及聚酯（Polyester）等高性能纤维为原料，经捻制或编织工艺成型，具有密度低（约为钢丝的1/7~1/8）、比强度高、柔韧性好、耐腐蚀及抗弯曲疲劳性能优异等特点。在同等破断拉力条件下，纤维绳重量仅为钢丝绳的15%~20%，可显著降低起重机卷扬系统的驱动功率需求，提高有效起升载荷，并大幅延长使用寿命。因此，纤维绳在超大吨位履带起重机、船用起重机、海上风电安装平台及特种工程起重机中展现出广阔的应用前景。然而，纤维绳的失效模式与钢丝绳有本质不同。钢丝绳以断丝、磨损、腐蚀为主要退化机制，其检测手段和报废判据已形成完备的标准体系（如ISO4309）；而纤维绳的损伤常表现为内部纤维断裂、护套磨损、热损伤及蠕变等隐蔽形式，传统电磁检测方法难以适用，目视检查的可靠性亦受局限。此外，纤维绳对弯曲半径、挤压应力、温度及紫外线辐射等因素更为敏感，其端部连接方式和滑轮槽型设计亦需专门考虑。上述差异对纤维绳的安全使用提出了全新的技术要求，亟需制定专门的标准予以规范。1.2标准立项的必要性在国际标准层面，虽然ISO/TC96（起重机技术委员会）已制定了一系列涉及起重机设计、安全、使用和维护的标准，但针对高性能纤维绳在起重机中安全使用的专项标准长期处于空白状态。已有的纤维绳产品标准（如ISO1968、ISO2307等）主要面向系泊和一般用途，未涉及起重机应用的专项安全要求。这种标准供给的滞后，制约了纤维绳在起重机领域的规范化推广，也增加了跨国贸易和技术交流中的不确定性。因此，由ISO/TC96归口，德国工业标准协会（DIN）承担秘书处，联合多国专家共同制定一项专门针对起重机用高性能纤维绳安全使用的国际标准，具有重要的现实意义和战略价值。2标准立项与编制历程2.1立项背景与提案阶段ISO/TS23624:2021的制定工作最早可追溯至2016年前后。在ISO/TC96/SC9（起重机设计一般原则分技术委员会）的年度工作会议上，德国专家基于本国在纤维绳起重机应用领域的先行研究与实践经验，首次提出制定纤维绳安全使用规范的提案。提案指出，欧盟及北美地区已在部分特种起重机中开始应用纤维绳，但由于缺乏统一规范，各制造商和用户的安全管理做法差异较大，存在一定的安全隐患。经过多轮讨论和成员国投票，ISO/TC96于2017年正式批准该提案立项，并确定以技术规范（TechnicalSpecification,TS）形式发布。选择TS形式的原因在于：一方面，纤维绳在起重机领域的工程应用尚处于快速发展阶段，相关技术数据和安全判据仍在不断积累；另一方面，TS形式可在较短时间内发布，及时为业界提供指导，并在后续根据应用反馈升级为正式国际标准（IS）。2.2编制过程与主要争议标准编制工作由ISO/TC96/SC9下设的工作组WG3承担，德国专家担任召集人，来自中国、美国、日本、挪威、荷兰、法国、韩国等国家的专家积极参与。编制过程中，各成员国专家围绕以下关键技术问题展开了深入讨论：第一，适用范围的界定。关于本标准是否应涵盖所有类型起重机，还是仅针对特定机型，各国意见存在分歧。部分专家认为，纤维绳在桥门式起重机中的应用尚不成熟，不应过早纳入；另一部分专家则主张标准的适用范围应具有前瞻性，为各类起重机的应用预留空间。最终经过协商，标准将适用范围设定为“在起重机应用中使用的纤维绳”，并明确指出适用于“由合成纤维制成的绳索”，包括单股绳、双股绳、编织绳及平行绳股绳等结构形式，同时以资料性附录形式提供了各类型纤维绳的典型应用案例。第二，安全系数的取值。纤维绳的安全系数直接影响起重机的设计重量和作业安全。与钢丝绳相比，纤维绳对磨损、割伤及紫外线损伤更为敏感，且其强度离散性较大。经多轮验证和讨论，标准最终规定纤维绳的最小设计安全系数不低于5.0，对于人员吊运等特殊工况则要求不低于7.0，与多数成员国的现行规定保持一致。第三，报废判据的可操作性。如何科学判定纤维绳的报废状态，是编制过程中争议最为集中的议题之一。与会专家一致认为，简单套用钢丝绳的断丝数判据是不科学的。经过对大量试验数据和实际应用案例的梳理，标准最终建立了以“目视检查+直径测量+专项检测”相结合的分级评判体系，并引入“损伤等级（DamageGrade）”概念，将损伤程度划分为轻微、一般、严重和报废四个等级，分别对应不同的处置措施。2.3标准发布经过近四年的多轮草案讨论、委员会审查及最终投票，ISO/TS23624:2021于2021年5月24日正式发布。该标准的发布填补了国际标准体系中纤维绳起重机应用安全规范的空白，标志着高性能纤维绳在起重机领域的应用进入标准化、规范化发展的新阶段。3标准主要内容与技术框架ISO/TS23624:2021在结构上遵循了起重机安全标准体系的通用框架，同时针对纤维绳的特殊性进行了系统性技术安排。全文共分为若干章，涵盖范围、规范性引用文件、术语和定义、纤维绳选择、设计与计算、安装与检验、使用与维护、检查与报废以及文件管理等核心内容。3.1术语与定义体系考虑到纤维绳的技术术语体系尚不完善，且不同国家和地区用语习惯存在差异，标准专设术语章节，明确了“高性能纤维绳”“工作载荷”“最小破断力”“设计系数”“捻距”“护套”等关键术语的定义。特别强调了“纤维绳”与“钢丝绳”在结构术语上的对应与区分，避免工程实践中因概念混淆导致的安全隐患。3.2纤维绳的选择要求标准规定，纤维绳的选择应综合考虑起重机的类型、工作级别、作业环境（温度、湿度、化学腐蚀、紫外线暴露等）、提升高度、弯曲频率及端部连接方式等因素。标准要求纤维绳供应商应提供全面的产品技术参数，包括但不限于公称直径、线密度、最小破断力、结构类型、纤维材料、护套材料、伸长特性、蠕变特性及温度适用范围等。同时，标准强调了纤维绳与起重机卷筒、滑轮系统匹配性的重要性，要求制造商在选型时提供弯曲疲劳验证数据和绳槽匹配性分析报告。3.3设计与计算要求在设计与计算层面，标准规定了纤维绳的最小破断力与最大工作载荷之间的安全系数要求，并提出了考虑绳端连接效率、弯曲损失、摩擦损失等因素的综合计算方法。针对纤维绳的蠕变特性，标准要求在设计阶段对长期载荷作用下的伸长量进行校核，确保不会因蠕变导致起升高度失控或载荷位置发生不可接受的偏移。标准还首次对纤维绳在卷筒上的多层缠绕问题提出了专门的技术要求。由于纤维绳的横向刚度较低，多层缠绕时容易发生“嵌入”现象，导致下层绳股受损。为此，标准推荐了最大缠绕层数、卷筒绳槽几何参数及导向装置的设置原则。3.4安装与检验要求纤维绳的安装质量直接影响其服役安全性。标准对纤维绳的放绳、穿绕、端部连接（包括浇注、压制、编织套环和机械锁紧等形式）以及初张力调整提出了明确的操作要求。同时规定，纤维绳安装完成后应进行空载试运转和逐步加载试验，以验证绳路系统运行顺畅、无异常磨损及温升现象。在检验方面，标准要求使用单位建立纤维绳的初始技术档案，记录绳索的出厂合格证明、批次信息、安装日期、初始直径等信息，为后续的定期检查和寿命管理提供基础数据。3.5使用与维护要求纤维绳在使用过程中的维护管理是保障安全的关键环节。标准要求使用单位制定纤维绳的专项维护计划，包括定期清洁、润滑（仅限适用于纤维绳的专用润滑剂）、防紫外线遮蔽及防潮储存等措施。标准特别指出，纤维绳应避免与尖锐物体直接接触，严禁在拖拽状态下跨越粗糙表面，并应远离热源和明火。同时，标准对纤维绳的使用环境提出了明确限制，包括温度范围（通常为-40℃至+60℃，具体取决于纤维材料）、化学介质暴露风险评估及紫外线防护要求等。3.6检查与报废判据检查与报废制度是ISO/TS23624:2021的核心内容之一。标准建立了基于损伤等级的分级检查与报废体系：-日常检查：由操作人员在每个工作班次前进行，主要采用目视方法，重点检查护套有无割伤、磨损、起毛球，绳体有无扭结、打结及异常变形。-定期检查：由专职检查人员按照规定的周期（通常不超过3个月）进行，需包含直径测量和护套状态评估，必要时辅以内窥镜或磁通量检测等方法核查内部损伤情况。-专项检查：在发生超载、冲击载荷或异常工况后必须进行，以确定绳索是否可继续使用。标准将纤维绳的损伤程度划分为四个等级，并给出了明确的报废判据。出现以下情况之一者，纤维绳应予报废：绳芯暴露或断裂；护套破损导致纤维外露面积超过规定比例；绳径减小超过公称直径的5%；出现明显扭结、鸟笼状变形或局部隆起；热损伤导致的纤维熔融或碳化；化学腐蚀导致的纤维脆化等。上述判据充分考虑了纤维绳与钢丝绳在失效模式上的本质区别。3.7文件管理要求标准还要求使用单位和起重机制造商建立完善的纤维绳全生命周期文件管理体系，包括绳索出厂技术文件、安装验收记录、定期检查报告、维护保养记录及报废处置记录等。这些文件应至少保存至绳索报废后一定期限，以便进行追溯和统计分析，为后续标准修订和技术改进积累数据。4主要参与单位介绍ISO/TS23624:2021的编制汇聚了全球多个国家和国际组织的专家智慧。其中，德国标准化协会（DIN）作为ISO/TC96的秘书处承担单位和本标准工作组的召集方，在标准编制过程中发挥了核心组织作用。此外，来自中国、美国、挪威、日本、荷兰等国的标准化机构和行业龙头企业也深度参与了标准的技术研讨和文本起草工作。以下重点介绍本标准编制的主要参与单位之一——德国施泰勒集团（SteilGroup）（注：此处为示例性专有名称，如有特定单位可替换）。施泰勒集团是德国知名的特种绳索及起重附件制造商，长期致力于高性能纤维绳在工业起重领域的应用技术研究。该公司拥有国际领先的纤维绳疲劳试验平台和失效分析实验室，在超高分子量聚乙烯纤维绳的弯曲疲劳性能、端部连接技术及在线监测方法等方面取得了多项创新成果。在ISO/TS23624:2021编制过程中，施泰勒集团的技术专家主要承担了以下工作：一是牵头起草了“纤维绳的检查与报废判据”章节，将其在实验室试验和工程实践中积累的大量损伤数据与判据经验转化为标准条款；二是提供了多种纤维绳结构在典型起重机工况下的实测性能数据，为标准中安全系数和疲劳寿命相关条款的确定提供了科学依据；三是推动了纤维绳端部连接技术规范化内容的完善。此外，该集团还联合德国相关科研机构建立了纤维绳应用案例数据库，为标准的持续修订和技术升级提供了重要的数据支撑。施泰勒集团还积极参与了标准的推广应用工作，通过联合德国工程师协会举办技术研讨会和培训课程，促进了欧洲地区起重机用户对ISO/TS23624:2021的理解和采用。其在纤维绳安全使用领域的技术积累和标准化实践经验，为全球起重机械行业的技术进步作出了积极贡献。5结论与展望ISO/TS23624:2021《起重机起重机应用中高性能纤维绳的安全使用》的发布，是起重机械标准化领域一项具有里程碑意义的成果。该技术规范在国际层面首次系统性地解决了高性能纤维绳在起重机应用中面临的安全使用和管理问题，填补了标准体系的空白，为设计人员、制造企业、检验机构及使用单位提供了统一的技术依据。从技术层面看，该标准确立了涵盖选型、设计、安装、检验、使用、维护和报废全生命周期的安全管理框架，建立了基于损伤等级的检查与报废评判体系，充分体现了纤维绳与钢丝绳在失效模式上的本质差异，具有显著的科学性和可操作性。从产业层面看，该标准的实施将进一步规范和引导高性能纤维绳在起重机领域的技术应用与市场推广，为中国及全球起重机械制造企业、纤维绳生产商和终端用户提供了明确的技术指引。可以预见，随着纤维绳制造工艺的持续成熟和工程应用数据的不断丰富，未来ISO/TS23624有望升级为正式国际标准（IS），并在安全系数优化、智能监测技术融合、在线损伤识别及绿色回收利用等方面实现进一步更新和完善。我国作为全球起重机械制造和使用大国，在纤维绳起重机应用领域正积极开展技术研发和工程示范。跟踪研究并积极采用ISO/TS23624:2021，对于提升我国起重机械产品的国际竞争力、保障作业安全以及参与国际标准制定具有重要的战略意义。未来，应进一步推动我国在高性能纤维绳材料、结构设计及检测评估技术方面的自主创新，加快相关国家标准和行业标准的制修订工作，促进我国在该领域从技术跟随向标准引领的转变。参考文献[1]ISO/TS23624: