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摘要：钢丝绳在长期的使用中，会发生断丝、锈蚀等现象，因此，钢丝中在使用过程中要定期检查，否则，严重的会发生重大质量及安全事故。所以寻找钢丝绳断裂、锈蚀的原因并加以控制，对延长其使用年限显得尤为重要，本文对起重钢丝绳的失效及使用进行了分析，供同类工程在运行管理过程中借鉴。
关键词：起重钢丝绳；失效分析；使用要点
一、起重钢丝绳的失效分析
1.1滑轮
滑轮主要尺寸最小卷绕直径用绳槽底部滑轮直径再加钢丝绳直径表示。随滑轮尺寸减小，由弯曲和钢丝绳与滑轮之间的接触压力所产生的应力而增大。弯曲应力越高，绳的钢丝产生疲劳越快。接触应力增加也加速绳的损伤，同时还加速滑轮的磨损。随滑轮尺寸的增大，绳与滑轮之间的压力下降，弯曲程度也减小。如果仅考虑弯曲应力，对6ⅹ19点接触钢丝绳，可将滑轮直径增大到绳直径的90倍极限数值，以提高绳的寿命。但是，除了必要设备之外，这样大直径的滑轮实际上很少采用，因为
（1）对于多数起重设备，采用这样大的滑轮是不切实际的。
（2）在各种情况下，很少只存在着弯曲这单一因素。实际上除弯曲以外，还有很多影响绳寿命的因素，如重复施加的应力、磨损、敲打、冲击、振动、扭转、转速、卷筒卷扬失误、腐蚀以及缺乏维护等。这些因素中的一个或几个都比滑轮尺寸更影响绳的寿命。
1.2滑轮绳槽
为使钢丝绳能发挥最大功效，必须使滑轮绳槽有足够大的直径，以保持钢丝绳在其中有适当的间隙。滑轮绳槽的直径不可能保持固定不变，其变化主要受钢丝绳的影响，并在很大程度上与滑轮材料和受到的压力有关。由于绳槽不断磨损，当一钢丝绳接近不能使用时，绳槽即已被磨耗成较小的尺寸。这样就存在一个问题，即每一次更换新钢丝绳时就要重新开绳槽或更换滑轮。但在实际应用中，重新开槽或更换滑轮是不经济的。将滑轮重新开槽时，一般需先修整凸缘，然后将绳槽底部切制成适当直径。如果只切削槽底，邻近槽底的喉角可能很小，不能提供适当间隙，严重引起钢丝绳的磨损。
1.3卷筒
卷筒尺寸、绳槽轮廓、压力与前面滑轮等讨论的情况相类似。采用平滑表面卷筒时，实际径向压力比较高。这是因为钢丝绳仅一面受到支撑作用，其周边部分得不到支撑。对于这类卷筒，钢丝绳和卷筒的磨损都比有绳槽的卷筒严重，绳更容易因压力作用而受损伤。在弯曲应力是影响钢丝绳工作寿命的主要因素时，卷筒直径可比系统中的滑轮直径稍小一点，因为在每一个方向运行时，钢丝绳要在滑轮上弯曲两次，在卷筒上只弯曲一次。钢丝绳在每一滑轮上的运行情况，是当绳接近滑轮由直线变成与滑轮的曲率一致时，开始第一次弯曲、当绳再伸直离开滑轮时第二次弯曲。
1.4强度与伸长
根据设计，钢丝绳的最大断裂强度小于所有钢丝的集束强度，并与绳的结构和所用钢丝绳性能级别有关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在设计钢丝绳时，应考虑所有载荷因素，滑轮和卷筒的数目和结构安装方式，产生腐蚀和磨损的条件以及绳的长度等。钢丝绳中的钢丝通常采用含碳量为0.50-0.80%的优质碳素结构钢制作而成，钢绳的弹性模量约为1.6ⅹ105N/mm。这是在载荷作用下钢丝可能伸长程度的度量。钢丝绳受拉力作用时，各钢丝为要调整其位置以达到对应所加载荷的稳定性，将发生相对运动，由此产生的伸长有两种形式，当钢丝绳第一次承受载荷时，钢丝将稍微重新排列，产生一永久性伸长，即结构伸长；同时还产生一可恢复的伸长，即弹性伸长。结构伸长在一定程度上取决于所加载荷的大小。
1.5钢丝绳压力
除了在滑轮上运动所引起的弯曲应力以外，钢丝绳还承受因其与滑轮接触而产生的径向压力。此压力会使钢丝绳中产生剪应力，改变钢丝绳的结构，并影响滑轮绳槽磨损率。因此，在选择最适当的钢丝绳结构时，应当考虑此压力的大小和滑轮材料的抗磨性能。
二、钢丝绳的安全使用要点
（1）钢丝绳的设计。设计人员通常会将钢丝绳作为一个刚性体，而实际上钢丝绳是一个弹性体。在设备加速、减速或紧急制动时，钢丝绳会储存或释放一部分能量，从而引起设备剧烈振动。为了提高钢丝绳的使用寿命，改善整体机构的工作性能，应尽量限制或消除钢丝绳的弹性振动，减少钢丝绳的动张力。只有选用最佳的启动和停止曲线，才可有效限制设备在加速或减速时的弹性振动，减少钢丝绳的损坏，增加提升设备运行的可靠性及舒适性。要防止钢丝绳在第一次安装时出现扭转或弯曲，以及在卷筒上排列不均等现象。
（2）要避免发生的情况。钢丝绳末端固定措施不当；钢丝绳与楔连接处主受力钢丝绳方向不正确；压板连接处绳头太短，且没有捆扎，螺栓太紧或太松等；螺扣连接处，螺扣数量少、间距不合理或选型与钢丝绳不匹配；改向滑轮槽底部的槽径、包角和槽壁等磨损量应符合规定，否则会引起钢丝绳相应的弯曲应力和挤压力的增大；滑轮或卷扬滚筒的位置应保持适当，否则会引起钢丝绳绕进或绕出滑轮和滚筒时偏角增大；滑轮或卷扬滚筒的材料应满足规定的使用要求，否则会导致钢丝绳的挤压应力过大；要防止钢丝绳跳绳，滑轮装置上如果没有设置防跳绳装置或防跳绳装置与滑轮之间的间隙过大，超过钢丝绳直径的20%或防跳绳装置刚度不能满足使用要求，钢丝绳会跳绳引起损伤。
（3）钢丝绳使用中。严禁新钢丝绳直接高速、重载使用。新钢丝绳要在低速、中载条件下运行一段时间，使新钢丝绳适应使用状态后，再逐步提高钢丝绳运行速度和加大提升载荷，即新钢丝绳在进行高速、重负荷作业前必须经过初期磨合阶段。（4）严禁钢丝绳跳槽。钢丝绳和滑轮配合使用时，如果钢丝绳从轮槽中跳出，钢丝绳将会产生挤压变形、扭结、断丝、断股，严重缩短钢丝绳使用寿命，甚至带来灾难性的后果。
（4）严禁钢丝绳挤压变形。钢丝绳在使用时不能受到强烈挤压，以免钢丝绳变形，导致结构破坏而出现早期断丝（这时钢丝表层将出现马氏体脆性组织）、断股甚至断绳，显著降低钢丝绳使用寿命。
（5）严禁钢丝绳高速运行时和其他物体摩擦。钢丝绳在高速运行时，应避免与非匹配轮槽外的其他物体发生摩擦。因为在高速运行情况下，钢丝绳与这些物体所产生的瞬间摩擦热，可导致钢丝表层出现马氏体组织，引起钢丝早期断裂。
（6）严禁钢丝绳散乱缠绕。钢丝绳在卷筒上缠绕时应尽可能排列整齐，如果散乱缠绕，由于相互挤压会导致钢丝绳结构破坏，产生早期断丝，直接影响钢丝绳使用寿命。
（7）严禁钢丝绳过载使用。钢丝绳过载使用，将加剧其挤压变形程度，以及内部钢丝之间、外部钢丝与匹配轮槽之间的磨损程度，对作业安全性带来严重危害，同时缩短滑轮使用寿命。
（8）严禁钢丝绳受到剧烈的冲击和振动。钢丝绳使用过程中，如果运行速度频繁发生急剧变化，将造成冲击载荷。冲击载荷超过钢丝绳允许使用工作应力时就会产生断绳。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，与新钢丝绳相比，由于伸缩性较小，耐冲击性会更低。
（9）应尽可能地在干燥的环境下使用钢丝绳。在容易生锈的条件下推荐使用镀锌钢丝绳或耐腐蚀钢丝绳，对于一般钢丝绳可采取加强润滑等措施。
结语
从以上种种失效分析可知，起重机用钢丝绳的失效往往有多种因素综合积累而至。在实际失效事例分析中应综合分析，分清主次，找出主要失效原因，以利提高钢丝绳使用寿命。
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论文作者:石大永
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/23
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