1制造因素對(duì)鋼絲繩使用壽命的影響

 

    鋼絲繩由鋼絲繞制而成的，繩股中間有繩芯，決定鋼絲繩質(zhì)量的是鋼絲的質(zhì)量。鋼絲繩用鋼絲，通常是由優(yōu)質(zhì)鋼錠熱軋成6mm的圓鋼，再經(jīng)多次冷拔后成絲，經(jīng)過這樣的處理后，鋼絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1400～2000MPa。起升機(jī)構(gòu)用鋼絲繩又多為線接觸，因此，起升機(jī)構(gòu)用鋼絲繩本身應(yīng)該具有較長的使用壽命。但是，若鋼絲的質(zhì)量不能保證，鋼絲繩就會(huì)先天不足，必然降低使用壽命。例如，如果鋼絲的含碳量偏高，鋼絲金相組織中的滲碳體變得量多而粗大，表現(xiàn)為鋼絲發(fā)脆，此時(shí)的鋼絲反復(fù)彎折幾次即可斷絲，用這樣的鋼絲制造的鋼絲繩，當(dāng)繩繞過滑輪和卷筒時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)斷絲的情況，并很快達(dá)到報(bào)廢斷絲數(shù)，造成鋼絲繩的使用壽命極短。因此，使用者應(yīng)到正規(guī)廠家購買鋼絲繩，以保證質(zhì)量。

 

    2使用因素對(duì)鋼絲繩壽命的影響

 

    2.1鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點(diǎn)連線產(chǎn)生偏角的影響

 

    圖1是起升機(jī)構(gòu)的簡圖[2]。在起升作業(yè)時(shí)，鋼絲繩從卷筒上繞進(jìn)或繞出，并由卷筒一端移向另一端，使鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點(diǎn)連線產(chǎn)生偏角α，若鋼絲繩的最大拉力為Ｆ，則：

 

    Ｆｘ＝Ｆｃｏｓα

 

    Ｆｙ＝Ｆｓｉｎα

 

    顯然，Ｆｘ是鋼絲繩繞入卷筒的有效分力，它拉動(dòng)鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒。因此，設(shè)計(jì)時(shí)希望Ｆｘ有較大的數(shù)值；Ｆｙ是有害分力，在滑輪上，它使鋼絲繩與滑輪輪槽側(cè)面產(chǎn)生摩擦力，Ｆｙ的數(shù)值過大，甚至?xí)逛摻z繩脫槽；在卷筒上，它使鋼絲繩的圈與圈之間產(chǎn)生摩擦力，Ｆｙ的數(shù)值過大，可能導(dǎo)致鋼絲繩不能依次排列，產(chǎn)生亂繩現(xiàn)象。由此可知，α的數(shù)值越小越好。所以，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定α≤1°30′，對(duì)光面卷筒放寬到α≤2°。但在具體起升機(jī)構(gòu)中，為了使機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊或加工制造及工藝問題，有時(shí)不能嚴(yán)格保證α≤1°30′，通常α的角度增大，其后果是Ｆｙ增大，鋼絲繩的壽命降低。例如，某公司購買的QTZ160型塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，在使用中發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的壽命較短，查找原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，α達(dá)13.5°，該起重機(jī)的最大起重量是100kN，若按倍率為4來計(jì)算，鋼絲繩的拉力Ｆ為26kN，如果α=1°30′，Ｆｙ為0.68kN；如果α＝13.5°，Ｆｙ為6.07kN，增加了近8倍，這就意味著由Ｆｙ產(chǎn)生的摩擦力增加8倍，所以，必然導(dǎo)致鋼絲繩嚴(yán)重磨損。

 

    2.2摩擦系數(shù)對(duì)鋼絲繩使用壽命的影響

 

    由上面的受力分析知，鋼絲繩在起升機(jī)構(gòu)工作中始終承受由Ｆｙ產(chǎn)生的摩擦力作用，因此，摩擦系數(shù)也是影響鋼絲繩使用壽命的重要因素。在卷筒上，Ｆｙ產(chǎn)生的摩擦力是鋼絲繩之間的摩擦力，但在滑輪上，Ｆｙ產(chǎn)生的摩擦力是滑輪和鋼絲繩之間的摩擦力。所以，要減小摩擦力，在Ｆｙ不變的前提下，必須保證對(duì)鋼絲繩進(jìn)行良好的潤滑，以減少摩擦系數(shù)；此外，還可以通過調(diào)整滑輪材料或在滑輪輪槽內(nèi)鑲嵌摩擦系數(shù)小的材料來減小摩擦系數(shù)。表1是常用材料組成的摩擦副的摩擦系數(shù)。

 

    由表1可以看出，無潤滑劑時(shí)，鋼對(duì)鑄鐵的摩擦系數(shù)較大；有潤滑劑時(shí)，鋼對(duì)鑄鐵的摩擦系數(shù)上限值也較鋼大。所以，考慮鋼絲繩最不利的潤滑狀態(tài)，起升機(jī)構(gòu)用滑輪不宜選擇鑄鐵材料；還可以看出，無潤滑劑時(shí)，鋼對(duì)鋼和鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù)相同，但有潤滑劑時(shí)，鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù)大，因鋼絲繩工作時(shí)必須潤滑，所以，起升機(jī)構(gòu)用滑輪也不宜使用青銅。

 

    2.3鋼絲繩類型的影響

 

    鋼絲繩在制造時(shí)按鋼絲成股和股成繩的繞制方向有同向捻和交互捻兩種，同向捻鋼絲繩是鋼絲成股和股成繩時(shí)繞制方向相同，這類鋼絲繩的撓性好，適合起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩多次繞過滑輪和卷筒的實(shí)際工作情況，但若不采用預(yù)變形處理，則易松散和扭轉(zhuǎn)；交互捻鋼絲繩鋼絲成股和股成繩時(shí)繞制方向相反，不松散，但撓性稍差。除上述兩種鋼絲繩外，近年來在起重機(jī)中還使用一種不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩[4]，這種鋼絲繩由內(nèi)外兩層繩股組成，但兩層繩股的繞向相反，內(nèi)外層繩股旋轉(zhuǎn)力矩平衡，因此自由端不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，它的支撐點(diǎn)比普通鋼絲繩約增加3.3倍，有較大的抗擠壓強(qiáng)度，不易變形，總破斷拉力大于普通起升鋼絲繩的破斷拉力。由此可知，起升機(jī)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先選用不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩，其次選用經(jīng)預(yù)變形的同向捻鋼絲繩或交互捻鋼絲繩。由于起升機(jī)構(gòu)空載時(shí)普通同向捻鋼絲繩易松散和扭轉(zhuǎn)，起升機(jī)構(gòu)中應(yīng)盡量少用。

 

    2.4使用維護(hù)對(duì)鋼絲繩使用壽命的影響

 

    使用維護(hù)對(duì)鋼絲繩使用壽命有很大的影響。

 

    首先，鋼絲繩的纏繞方式直接影響鋼絲繩的使用壽命。若起升機(jī)構(gòu)使用右旋鋼絲繩，當(dāng)卷筒繩槽的走向從左向右時(shí)，繩必須從卷筒上方繞出，如圖2a；當(dāng)卷筒繩槽的走向從右向左時(shí)，繩必須從卷筒下方繞出，如圖2b；若起升機(jī)構(gòu)使用左旋鋼絲繩，當(dāng)卷筒繩槽的走向從左向右時(shí)，繩必須從卷筒下方繞出，如圖2c；當(dāng)卷筒繩槽的走向從右向左時(shí)，繩必須從卷筒上方繞出，如圖2d。否則，鋼絲繩在卷筒上卷繞過程中就會(huì)發(fā)散，從而降低鋼絲繩的使用壽命。對(duì)于不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩，由于結(jié)構(gòu)特殊，在纏繞時(shí)一定不要破壞或干擾原繩股之間的固定節(jié)距，以避免繩芯滑移或外層繩股松弛形成鳥籠形狀。因此，鋼絲繩的繞纏一定要由專業(yè)人員進(jìn)行，以保證纏繞正確，從而保證鋼絲繩的使用壽命。

 

    其次，由上面分析知鋼絲繩的潤滑對(duì)鋼絲繩的使用壽命影響很大，有資料表明，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行系統(tǒng)潤滑，可使鋼絲繩壽命延長2～3倍，所以，要定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤滑，使之經(jīng)常處于良好的潤滑狀態(tài)。在鋼絲繩潤滑之前，應(yīng)將鋼絲繩表面上積存的污垢和鐵銹清除干凈，潤滑脂加熱到60°C左右，使?jié)櫥艹浞纸傅戒摻z繩的內(nèi)部。

 

    第三，要定期檢查鋼絲繩。起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，鋼絲繩不停地通過滑輪繩槽和卷筒，要受拉、擠壓、摩擦、扭轉(zhuǎn)等載荷作用，同時(shí)，隨著鋼絲繩通過一系列滑輪，又不斷地受彎曲和擠壓的反復(fù)作用，會(huì)出現(xiàn)疲勞斷絲現(xiàn)象，加之磨損和銹蝕等其它因素，加劇鋼絲繩斷絲的發(fā)展，因此，每周應(yīng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行一次外觀檢查，每月應(yīng)進(jìn)行一次全面深入細(xì)致的詳細(xì)檢查，對(duì)少數(shù)斷絲要妥善處理好，以防斷絲使其它鋼絲折斷；對(duì)個(gè)別段鋼絲繩，要及時(shí)截除，例如，不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩若固定不當(dāng)、扭力失去平衡，靠近錨固端就會(huì)產(chǎn)生鳥籠現(xiàn)象，若不及時(shí)截除，將影響整根鋼絲繩的壽命。

 

    第四，避免鋼絲繩多次反向彎曲。圖1所示的滑輪組中，當(dāng)鋼絲繩繞過滑輪組時(shí)，鋼絲繩受到多次反向彎曲，其彎曲應(yīng)力的方向也隨之變化，在此交變應(yīng)力作用下，必然減小鋼絲繩的壽命，因此，在滑輪組的使用中，最好使用圖3所示鋼絲繩作同向彎曲的滑輪組。

 

    3結(jié)論

 

    鋼絲繩是起升機(jī)構(gòu)中的重要零件，在保證制造質(zhì)量的前提下，使用因素對(duì)鋼絲繩的使用壽命有很大的影響。選擇類型合適的鋼絲繩和滑輪材料、由專業(yè)人員定期檢查、維護(hù)和使用、在結(jié)構(gòu)上保證鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點(diǎn)連線產(chǎn)生的偏角α≤1°30′，或不超過2°，就會(huì)延長鋼絲繩的使用壽命，降低施工成本，保證施工周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。