起重机用钢丝绳的几种损伤及其防治

 起重机用钢丝绳的几种损伤及其防治

一、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、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。单周磨损较全周磨损更严重，应尽可能地使单周磨损改为全周均匀磨损，在钢丝绳的全长范围内尽量做到均匀磨损。如在使用中期换头可延长钢丝绳使用寿命30%～40%。 

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。 

3、内部磨损 

在使用过程中，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。通常细钢丝表面的压力与钢丝绳的压力成正比，在张力相同情况下由于受压面积不同，单位面积承受的压力也不同。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。此外钢丝绳的弯曲程度、运动速度对其内部磨损均有影响。 

二、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。 

1、弯曲疲劳润滑  

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、拉伸、扭曲和振动引起的疲劳 

起重机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。    

防止疲劳损伤的主要途径：一是在条件许可的情况下尽可能使卷筒和滑轮的直径加大；二是在安排滑轮布局时尽量避免使钢丝绳反向弯曲，试验表明反向弯曲的破坏约为同向弯曲的2倍；三是尽可能选择结构好的钢丝绳，如WS、TX型等线接触钢丝绳。 

三、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，形成了大量的小电池，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。 

防止钢丝绳锈蚀损伤的方法有两种，一是勤涂油；二是对使用环境恶劣、相对运动较少的钢丝绳可选择镀锌、镀铝等特种钢丝绳，因为其表面在大气中会形成氢氧化锌和氢氧化铝薄膜，从而有效地防止腐蚀。 

四、变形 

很多断绳事故是因为钢丝绳事先受到过变形损伤却没有引起足够重现而酿成大祸。变形的主要原因有以下几种。 

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。防止外伤的关键在于完善起重机设备，滑轮应设置可靠的防滑槽挡圈，挡圈与滑轮外圈的间隙不大于钢丝绳直径的1/5，卷筒上的钢丝绳不能松弛太多，以防绳圈跳出挡板在缠紧时被轧坏。 

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。防止措施是应按设计规范选择滑轮与卷筒的偏角，必要时在起升机构中设置排绳器或压绳装置。 

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。 

防止扭结可采取以下措施：一是在重要的起重设备上选用不旋转钢丝绳；二是在钢丝绳的自由端设置转子；三是发现扭结迹象立即停止操作，并释放还原。 

五、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。多层卷绕卷筒要彻底消除咬绳现象有困难，但能采取一些措施减少其不良影响，如正确选择钢丝绳在卷绕过程中的轴向位移方向对第二层钢丝绳是否产生咬绳关系极大。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。 

对多层卷绕的钢丝绳也可采取定期截头的方法，即先把新的钢丝绳有意识地放长2～3圈，以后根据情况定期地从绳端截去半圈，以避免钢丝绳在节点处损伤过快。另外根据整根钢丝绳在卷筒上的受载情况采用变截面卷筒，可延长钢丝绳的使用寿命4～5倍。 

六、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。            

为了防止钢丝绳过载应采取以下措施：

①正确选用安全系数，力求减少静载荷以外的其它载荷对钢丝绳的影响，如通过加大滑轮和卷筒直径来减小弯曲载荷，通过提高司机的操作水平、改进起重机性能减少动载荷，调整滑轮槽的形状及补充润滑油来减少摩擦阻力等；

②严格遵守安全操作规程，杜绝人为的超负荷现象；

③在起重机上安装负荷指示器或超负荷限制器或报警器，以预报过载现象。 

除了上述6种基本损伤类型外，高温辐射，钢丝绳的性能指标、直径大小和捻绕形式等都会影响其寿命。总的来看，钢丝绳的损伤有规律，关键在于如何去研究这些规律，从而找出更有效的防治措施，尽量延长钢丝绳的使用寿命。