机械论文：起重机械钢丝绳的科学使用、管理及保养

　　起重机械钢丝绳的科学使用、管理及保养
　　黄沛开封市特种设备检测检验所
　　[摘要]本文通过对起重机械用钢丝绳的在用现状、使用寿命、损伤形式及保养管理等多方面阐述，论述了起重机械用钢丝绳如何做到科学管理、有效保养、安全使用，指出了在起重设备钢丝绳管理中应该注意的问题。
　　关键词：钢丝绳起重机械科学使用管理保养
　　起重机械是国民经济建设的重要基础设备，在我国的各项工业化生产中无处不在，发挥着无可替代的重要作用，与人民群众生活密切相关。钢丝绳，是起重机械承载所必须的主要柔性构件，在国民经济各领域得到广泛采用，使用量巨大。钢丝绳的性能、质量时刻关系到大量设备和人员的安全。
　　一、起重机械钢丝绳使用现状
　　在安全管理中，相比起重机械的各类安全装置来讲，钢丝绳作为起重机械关键组件及重要吊装装备，它的使用、管理情况长期以来一直不能引起足够的重视，以至于每年的起重机械钢丝绳断裂事故频发。据相关统计，每年因钢丝绳断裂问题引起起重机械事故占到全部设备质量事故的40%左右。由于钢丝绳安全没有得到有效控制，机毁人亡的惨痛教训竟然屡见不鲜：2007年12月19日，湖北荆岳长江大钱工地钢丝绳断裂，造成5人死亡；2008年6月浙江甬台铁路工地钢丝绳断裂，造成7人死亡21人受伤；2008年10月28日，重庆市芙蓉江跨海大桥施工现场钢丝绳突然断裂，造成11人死亡12人受伤。
　　钢丝绳已成为起重机械事故频发的重大危险源，钢丝绳疲劳、断丝、磨损、锈蚀等技术缺陷业已成为难测难防的重大隐患。钢丝绳的应用性研究表明：只要运行，钢丝绳损伤几乎不可避免——“正常”使用的钢丝绳仍然屡屡发生断裂事故，就是因为积累的损伤使得钢丝绳实际上并非想象中那样安全；只要运行，钢丝绳强度已处在未知的低点——受载荷作用与环境影响，钢丝绳的力学性能将在磨合期后持续退化，而最可怕是难以掌握退化已经到了何种程度；只要运行，钢丝绳安全始终令人心悬一“线”——即便无故障运行了100小时，也不能保证下一小时仍是安全可靠；即便看起来完好无缺，也不能保证运行绝对安全。
　　二、钢丝绳的使用寿命及损伤因素
　　钢丝绳是起重机主用的柔性传力构件，规格品种多、使用状况比较复杂，笔者通过多年的起重机械安全检测工作，总结出影响钢丝绳使用寿命有多种因素：
　　1.使用频率钢丝绳的使用频率以总运转小时数和平均日工作小时数来衡量。在总运转小时数一定的情况下，使用越频繁，即日平均工作小时数越高，钢丝绳就越容易疲劳，磨损和断丝就越快，使用寿命就越短。
　　2.载荷情况在各种载荷中，动、静载荷的级别和性质对钢丝绳的使用寿命影响尤为明显。当钢丝绳频繁承受较大的动、静载荷特别是较大的冲击载荷时，就可能增加钢丝绳的微量伸长率，载荷超过弹性极限时，钢丝绳断裂的隐患就增加。
　　3.润滑状况保证钢丝绳充足的润滑和正确合理使用钢丝绳的润滑油，对于延长钢丝绳的使用寿命至关重要。有资料表明，对钢丝绳进行系统润滑，可使钢丝绳寿命延长2～3倍。
　　4.钢丝绳选型钢丝绳的选型包括钢丝绳的种类选择和品牌选择，各类起重机械所用钢丝绳的选择，要根据其实际的工作条件来确定。实践证明，钢丝绳的选型是否合理，将直接影响其使用的安全经济性。
　　5.设计制造因素在钢丝绳缠绕系统中，滑轮直径与钢丝绳直径比值，以及钢丝绳中心线与卷筒、滑轮轴线中点连线产生偏角的影响是设计制造因素影响的主要方面。
　　然而钢丝绳在使用过程中通常会因为正常或非正常使用，而出现以下多种损伤形式。
　　1.磨损
　　磨损是钢丝绳最常见的损伤现象，一般分为外部磨损、变形磨损和内部磨损3种情况。
　　1.1、外部磨损润滑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外部磨损后绳径将变细、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。
　　1.2、变形磨损由于振动、碰撞而造成的钢丝绳表面撞损是一种局部磨损现象。如卷筒表面的钢丝绳受到其它物体的撞击、起升钢丝绳相互打缠或者由于滑轮与卷筒中心偏斜而产生的咬绳现象，都会使钢丝绳产生变形磨损。
　　1.3、内部磨损由于钢丝绳的弯曲使内部各根细钢丝相互作用产生滑移，股与股之间接触应力增大，相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹，当反复循环拉伸弯曲时在深凹处则产生应力集中而折断，构成了内部磨损。从表面受压磨损来看，钢丝绳采用线接触比采用点接触较为有利，采用面接触比采用线接触更有利，因此选择线接触或者面接触类型的钢丝绳是减少内部磨损的有效途径。
　　2.疲劳
　　钢丝绳在使用过程中主要承受弯曲疲劳和拉伸、扭曲、振动引起的疲劳。
　　2.1、弯曲疲劳钢丝绳无数次地弯曲、重复绕过滑轮或卷筒时，使钢丝产生疲劳、韧性下降，最终导致断丝。疲劳断丝一般出现在股的弯曲程度最厉害一侧的外层钢丝上，通常情况下疲劳断丝的出现意味着钢丝绳已经接近使用后期。
　　2.2、拉伸、扭曲和振动引起的疲劳捆扎钢丝绳在起动和制动的始末、承受载荷的前后，其变化的拉伸应力会引起金属疲劳，此外钢丝绳经常受到扭曲和振动也是产生疲劳的原因。疲劳损伤的原理是在变应力的作用下细钢丝表面由于各种滑移形成初始裂纹，裂纹尖端在切应力的作用下反复产生塑性变形并扩展直至断裂。疲劳引起的断丝断口一般平齐，多半出现在表层钢丝上，很有规律。
　　3.锈蚀
　　钢丝绳一般露天使用，日晒雨淋受到腐蚀，尤其在有害气体与恶劣环境下使用损伤就更严重。因受损的钢丝绳的表面存在氧亲和性的差异，从而产生很多圆形腐蚀坑并逐步加深，这些坑就成了应力集中点、疲劳裂纹的源泉。与此同时腐蚀使钢丝绳的截面积减小，弹性和承受冲击的能力降低。
　　4.变形
　　钢丝绳的变形原因主要来自外伤、压溃、扭结等形式。
　　4.1、外伤操作中钢丝绳与其它设备不正常的接触而造成外伤。最明显的外伤是钢丝绳在滑轮里滑槽、在卷筒上跳出挡板，结果致使几十米乃至数百米的钢丝绳因为局部轧坏而报废。
　　4.2、压溃钢丝绳在卷筒上卷乱后相互倾轧，易产生压溃现象，操作时发出轧吱轧吱的声响，并在局部迅速出现断丝与压扁的痕迹。
　　4.3、扭结钢丝绳在局部扭曲后产生的永久变形叫扭结，扭曲的方向与钢丝绳旋向一致的称为正扭结，反之称为负扭结。普通钢丝绳带有自转性，如果绳股端部不加捆扎便施加张力，则绳股会向倒捻方向旋转，这是造成扭结的内在因素。
　　5.咬绳
　　钢丝绳咬绳现象一般发生在多层卷绕的起重机卷筒上，有槽双层卷绕的起重卷筒更甚。根据卷筒上前若干圈钢丝绳不经常使用但又不能缺少的特点，可将这若干圈钢丝绳绕存在卷筒的一侧，而把工作频繁的重载受力区段单层卷绕，这样极大地改善了钢丝绳的接触状况，也消除了咬绳现象。
　　6.过载
　　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。因过载而破断钢丝绳的断口呈松散状，6股钢丝绳的断口位置大多数不在一起，绳芯外露，这是钢丝绳因过载而断裂的特征。过载的钢丝绳即使不发生断裂事故也会大大缩短使用寿命。
　　三、钢丝绳的保养、管理
　　钢丝绳科学的使用、保养及合理化管理能够很大程度上提高起重机械钢丝绳的有效工作时间，有利于起重运输机械的安全生产和节能降耗工作。
　　科学的使用其实在每次钢丝绳的安装或更换过程中就已经开始了：
　　1.钢丝绳的截取工作将钢丝绳从绳筒上取下，截取合适的长度，并放在干净处，安装前的钢丝绳要呈现自然状态，设备安装或维修人员在装配和更换钢丝绳时，要特别注意并防止钢丝绳的扭结。