港口機械鋼絲繩的常見損傷及防治
作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2022-08-08 14:04
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摘要：在漫長的海岸線及內(nèi)河沿岸矗立著數(shù)以萬計使用鋼絲繩的港口裝卸機械。鋼絲繩在使用過程中難免會發(fā)生各種損傷，而防治其損傷直接關(guān)系到港口機械的使用效率、運行安全和經(jīng)
摘要：在漫長的海岸線及內(nèi)河沿岸矗立著數(shù)以萬計使用鋼絲繩的港口裝卸機械。鋼絲繩在使用過程中難免會發(fā)生各種損傷，而防治其損傷直接關(guān)系到港口機械的使用效率、運行安全和經(jīng)濟性。通過多年的港口機械制造和使用經(jīng)驗，本文總結(jié)了一些鋼絲繩的損傷規(guī)律和防治方法，歸納起來主要有以下五個方面的損傷：磨損、疲勞、銹蝕、過載、變形。
關(guān)鍵詞：港口裝卸機械；鋼絲繩損傷及防治；
一、磨損
港口機械上鋼絲繩使用頻率高，行程遠，因此磨損是港機鋼絲繩最常見也是最主要的損傷，其產(chǎn)生的主要原因是鋼絲繩與外部接觸并相對運動，在自身重力與負荷雙重作用下接觸面因有摩擦力而發(fā)生磨損。外部磨損、變形磨損和內(nèi)部磨損是港口機械鋼絲繩的基本磨損型式，而其中外部磨損又是主要的磨損形式。
（一）外部磨損
外部磨損就是在鋼絲繩外表面形成的磨損。港口裝卸機械作業(yè)頻繁，鋼絲繩一直在反復(fù)摩擦，很容易形成外部磨損，導(dǎo)致鋼絲繩的直徑減小。在同等條件下，鋼絲繩直徑越小，能承受的載荷也越小，鋼絲繩外部磨損嚴重會影響作業(yè)安全。鋼絲繩直徑減小7%或更多時，該鋼絲繩就必須報廢或降低規(guī)格使用。應(yīng)對方法：1.在滑輪處設(shè)置鋼絲繩自潤滑裝置，及時給鋼絲繩加潤滑脂，減小摩擦系數(shù)。根據(jù)到浙江某礦石碼頭調(diào)查的結(jié)果，增加鋼絲繩自潤滑裝置后抓斗卸船機起升開閉鋼絲繩可有效延長20%至30%的使用壽命。2.滑輪繩槽和卷筒繩槽表面光潔度增加一個等級，也能有效減小摩擦系數(shù)。
（二）變形磨損
鋼絲繩在使用過程中經(jīng)常會發(fā)生碰撞和振動，這種情況導(dǎo)致鋼絲局部變形，造成表面局部磨損，這種磨損叫做變形磨損。從鋼絲繩橫斷面外觀來看，發(fā)生變形磨損處外部形狀已經(jīng)發(fā)生改變，而且鋼絲繩變形處材質(zhì)因受力硬化，其韌性下降，脆性上升，此處斷絲風(fēng)險大大增加。應(yīng)對方法主要還是平時使用過程中要注意保護，不要碰撞鋼絲繩，另外就是防止鋼絲繩在經(jīng)過滑輪或卷筒等結(jié)構(gòu)時受到局部擠壓產(chǎn)生變形，這就要求港機制造單位提高制造精度，鋼絲繩出繩角要嚴格按規(guī)范要求，使用單位平時要保持繩槽內(nèi)無堅硬的雜物。
（三）內(nèi)部磨損
鋼絲繩是圓形的，港口機械上的導(dǎo)向滑輪和鋼絲繩卷筒繩槽也是圓弧狀，鋼絲繩在承載后，載荷力指向接觸一側(cè)。鋼絲繩由許多小根鋼絲捻制而成，內(nèi)外層小鋼絲彎曲半徑不一致。鋼絲繩彎曲后，在載荷力和各小鋼絲不同彎曲變形共同作用下，各內(nèi)部小鋼絲繩會相互擠壓和滑移，這些相互的擠壓和滑移會在某些鋼絲繩上產(chǎn)生凹陷變形，變形處會應(yīng)力集中。鋼絲繩在使用過程中受力反復(fù)循環(huán)拉伸彎曲，而應(yīng)力集中處經(jīng)過反復(fù)彎折更容易斷裂，這樣就形成了內(nèi)部磨損。防治內(nèi)部磨損的關(guān)鍵就是防止小根鋼絲繩凹陷變形產(chǎn)生應(yīng)力集中。在受力不變的情況下，增加受力面積，壓強就會減小，變形就越不容易發(fā)生。從這些原因來看，采用線接觸或面接觸鋼絲繩來增大各小股鋼絲繩的受力面積，可以減小鋼絲繩相互擠壓力避免深凹應(yīng)力集中，從而減少內(nèi)部磨損。
二、疲勞
根據(jù)港口機械作業(yè)的特性，其鋼絲繩頻繁的彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)和振動，這些都會使鋼絲繩產(chǎn)生疲勞。在反復(fù)的彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)和振動過程中，鋼絲繩所受的應(yīng)力會反復(fù)變化。這種反復(fù)變化的應(yīng)力會改變鋼絲繩的物理屬性，導(dǎo)致鋼絲繩韌性下降而脆性上升，其結(jié)果就是鋼絲繩容易出現(xiàn)最初的小裂紋，裂紋應(yīng)力集中，更加劇了裂紋的擴展，最終造成鋼絲斷裂，這就是疲勞損傷的原理。
（一）彎曲疲勞
鋼絲繩頻繁的通過導(dǎo)向滑輪和卷筒時都需要彎曲，這種反復(fù)的彎曲容易使鋼絲產(chǎn)生彎曲疲勞。在港口機械結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，鋼絲繩彎曲程度越厲害越容易產(chǎn)生彎曲疲勞，導(dǎo)致疲勞斷絲。鋼絲繩在一個捻節(jié)距內(nèi)斷絲達鋼絲繩總絲數(shù)的10%時即應(yīng)報廢更新。
（二）拉伸、扭轉(zhuǎn)和振動疲勞
港口機械上鋼絲繩主要的功能就是吊載貨物或提升機構(gòu)，在承載負荷和卸載負荷交替過程中鋼絲繩會受到反復(fù)的拉伸，長期的拉伸應(yīng)力改變引起金屬疲勞。港口機械在運行過程中會頻繁的振動，振動會傳導(dǎo)至鋼絲繩上。鋼絲繩在吊載載荷時由于受力不均或鋼絲繩扭轉(zhuǎn)力作用下會偏轉(zhuǎn)。鋼絲繩受到扭轉(zhuǎn)和振動會形成扭轉(zhuǎn)疲勞和振動疲勞。
疲勞也是港口機械很普遍的損傷，而且危害很大，要引起重視，可以從以下幾個方面進行防治：
1.增大鋼絲繩的彎曲半徑，可以設(shè)計更大直徑的卷筒和滑輪。
2.設(shè)計單位在安排滑輪布局時，盡量優(yōu)化設(shè)計，減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。另外盡量考慮鋼絲繩采用同向彎曲，根據(jù)長期使用的經(jīng)驗，同向彎曲相比于反向彎曲，能使鋼絲繩遭受破壞的概率下降一倍。
3. WS，TX型等線接觸鋼絲繩結(jié)構(gòu)更優(yōu)化，在使用時應(yīng)首先考慮。
三、銹蝕
港口機械一般處在沿海地區(qū)，高鹽份和高濕度的外部環(huán)境，再加上鋼絲繩一般在露天使用，如果沒有采取有效的防腐蝕措施極易銹蝕。銹蝕分很多種，常見的有鋼絲繩表面點蝕和全蝕，銹蝕后的鋼絲繩在高鹽高濕的環(huán)境中會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)進一步加快腐蝕，在鋼絲繩表面形成圓形或不規(guī)則的腐蝕點，并且會逐步加深。
這些腐蝕點特別是帶銳角的腐蝕點就成了應(yīng)力集中點，容易產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，并且鋼絲繩腐蝕后截面積減小，鋼絲繩能承受的載荷和沖擊力降低，造成安全隱患。防治鋼絲繩腐蝕損傷關(guān)鍵是隔絕腐蝕環(huán)境，綜合多個港口長期使用經(jīng)驗總結(jié)出來在鋼絲繩表面充分涂潤滑脂是最簡單易操作又有效的方法，。
四、過載
鋼絲繩承受載荷后都會有一定的拉伸變形，不同的載荷導(dǎo)致的變形量會不同，變形分為彈性變形和塑性變形。載荷超過鋼絲繩設(shè)計的安全載荷即額定靜載何時，鋼絲繩極易發(fā)生過載損傷。過載超過鋼絲繩的極限載荷，鋼絲繩產(chǎn)生塑性變形甚至斷裂。即使過載量不足以讓鋼絲繩產(chǎn)生塑性變形，但長期的過載也更容易導(dǎo)致疲勞，降低鋼絲繩的使用壽命。
根據(jù)長期的使用經(jīng)驗和試驗，建議從下列幾個方向進行防治過載損傷：
1.設(shè)計單位根據(jù)港口機械的起重量合理配置鋼絲繩，鋼絲繩有一定的安全余量，防止沖擊過載。
2.在機構(gòu)上安裝起重量限制器，限制人為操作失誤造成的過載。
3.加長啟動階段和停止階段的加減速時間，防止負荷在啟動階段和停止階段形成沖擊過載。
五、變形
在長期的港口機械工作中發(fā)現(xiàn)鋼絲繩因操作不當(dāng)很容易產(chǎn)生變形損傷，變形的主要原因有以下幾種：
（一）外傷
外傷有很多種情況，常見的有折彎、擦傷和軋壞等。在盤鋼絲繩時，如果沒有順著鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)方向極易造成因鋼絲繩自身的扭力造成的折彎。鋼絲繩太松弛，在卷筒或滑輪上跳槽，鋼絲繩相互傾軋或纏繞在軸上拉傷。防治鋼絲繩外傷的關(guān)鍵在于規(guī)范操作和設(shè)計合理，在卷筒和滑輪上設(shè)計防跳繩裝置，另外鋼絲繩纏繞不能太松弛。
（二）扭結(jié)
鋼絲繩在局部扭曲后產(chǎn)生的永久變形叫做鋼絲繩扭結(jié)。鋼絲繩制作時都是靠捻制而成，因此各股鋼絲都有一定的反捻制方向的扭轉(zhuǎn)力，在扭轉(zhuǎn)力矩下，繩股普遍帶有自轉(zhuǎn)性。特別是鋼絲在加載情況下，鋼絲繩張力增加，更易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，如果沒有方法抑制這個扭轉(zhuǎn)就會產(chǎn)生扭結(jié)。鋼絲繩出現(xiàn)扭結(jié)損傷后強度將顯著降低。
為防治鋼絲繩扭結(jié)損傷，目前港口機械主要采取的措施一是采用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，如岸橋上的鋼絲繩，二是在鋼絲繩自由端設(shè)置防轉(zhuǎn)裝置，如橋式抓斗卸船機起升開閉鋼絲繩上的梨形頭。
上述五種鋼絲繩的損傷類型是最常見的情況，涵蓋了絕大部分的港口機械鋼絲繩損傷事例。在日常的使用和維護中，要特別注意采用多種手段進行有效的防治，不僅可以提高鋼絲繩的使用安全性和使用壽命，還能節(jié)約資源和成本。
參考文獻：
[1]黃志洪，試析起重機械用鋼絲繩的損傷及防治.《珠江水運》2006.
[2]尤建陽、陶天華等，GB6067.1-2010《起重機械安全規(guī)程》.2010.
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