钢丝绳制造与使用过程中的润滑

钢丝绳制造与使用过程中的润滑
秦万信;闫保国
【摘要】钢丝绳制造期间的初次润滑和使用过程中的维护润滑对其使用寿命有重要影响.初次润滑应关注润滑工艺设计、油品质量控制和合股淋油的连续性,维护润滑应注意油脂的渗透性、合适的补加方法和恰当时机的把握.
【期刊名称】《起重运输机械》
【年(卷),期】2010(000)005
【总页数】5页(P86-90)
【关键词】钢丝绳;油脂;维护润滑;寿命
【作者】秦万信;闫保国
【作者单位】咸阳宝石钢管钢绳有限公司,咸阳,712000;咸阳宝石钢管钢绳有限公司,咸阳,712000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ645.8
1 前言
润滑对钢丝绳的使用寿命具有重要影响,如即使钢丝绳使用过程中在钢丝表面形成了疲劳裂纹,如果将润滑油脂充填其内,就可以阻止疲劳裂纹的进一步扩展,延长钢丝绳的使用周期。

通过对钢丝绳进行系统补充润滑,使之经常处于良好的润滑状态,其寿命可延长 2～3倍,作为世界钢丝绳生产技术强势企业,德国凯撒 (CASAR)公司给
出润滑对钢丝绳使用寿命影响研究结果如图 1。

钢丝绳制造期间的预润滑 (或称初
次润滑或出厂润滑)和使用过程中的润滑 (或称维护润滑或再润滑)对其使用寿命具
有非常重要的影响,甚至在一定条件下成为影响钢丝绳使用寿命的关键因素。

对用
碳素钢制造的钢丝绳,当温度超过200℃时,需要使用特殊的润滑剂。

钢丝绳在-40℃环境下工作时,钢丝绳的强度将不会受到不利的影响,因此不必考虑减少工作负荷极限。

但是,钢丝绳的性能可能会降低,这主要取决于钢丝绳润滑剂在低温条件下的有
效性,长期在高温(＞150℃)条件下使用,钢丝绳不宜用一般碳素钢制造,应用不锈钢
钢丝绳。

此外,18-8型不锈钢钢丝还有1个特点,即在很低温度 (-150℃)时仍能保
持很高的韧性,没有脆性。

而一般钢丝绳在寒冷地区使用时,钢丝绳的性能虽变化很小,但低于-30℃时油脂会脆化,此时必须使用具有良好低温性能的油脂。

从钢丝绳的生产和实际情况看,钢丝绳润滑问题其实并未引起钢丝绳生产者和使用
者的高度重视,他们通常将提高钢丝绳使用寿命研究精力大部分集中在结构改型、
参数优化设计、钢丝性能提高与股绳捻制质量改善等方面,而忽视了对润滑问题的
重视,这包括油品质量、润滑方式和钢丝绳含油量控制等。

本文通过钢丝绳出现异
常早期失效的案例,就钢丝绳润滑问题进行探讨,以引起钢丝绳制造者和使用者对问
题的共同关注。

图1 润滑对钢丝绳使用寿命影响1.不进行初次润滑 2.初次润滑3.初次润滑 +维护
润滑
2 钢丝绳生产中的润滑
2.1 认识润滑问题的重要性
尽管润滑油脂重量占钢丝绳总重量的比例很小,但在钢丝绳生产相关资料中,均提及
应十分重视钢丝绳制造过程中的润滑问题,且对润滑油脂还有专门的技术标准,但“除非需方另有要求,钢丝绳应均匀地涂覆防锈润滑油脂;需方要求钢丝绳有增摩性
能时,钢丝绳应涂增摩油脂”和“除非需方另有要求,钢丝绳应均匀地涂覆防锈、润
滑油脂;要求钢丝绳有增摩性能时,钢丝绳应涂增摩油脂。

钢丝绳表面不应有未涂不上油脂的地方”等规定,相对对钢丝绳的其他性能要求,如单根钢丝破断拉力、扭转次数、弯曲次数、直径偏差、镀层质量和钢丝绳破断拉力、直径偏差、捻制质量等硬性指标,钢丝绳涂油质量很容易通过眼观、触摸常规检查,很少发生仅因为润滑问题不合格而被判为不合格的钢丝绳。

从技术标准看,对钢丝绳润滑质量的控制很难说是一项硬性指标。

对高品质钢丝绳或重要用途钢丝绳而言,这种相对宽松的要求并不总能保证其对使用工况达到足够的满足。

钢丝绳制造过程中的润滑问题,不仅仅影响钢丝绳的制造成本、外观质量和单位长度重量等,更重要的是对钢丝绳的后续使用效果具有重要的、易被忽视的影响。

2.2 采用合理的润滑工艺
钢丝绳生产过程中润滑方法有钢丝成捻前淋油、钢丝成捻后淋油、合绳时股淋油、钢丝绳淋(浸)油及不同形式的组合。

许多国外企业对股、绳淋油均做了详细规定,而国内早期很少在合股过程中对钢丝润滑,大部分将钢丝绳生产过程中润滑集中在合绳工序——对捻制钢丝绳淋油或浸油,这与国外企业普遍采用的润滑工艺有很大不同。

实施润滑的目的是在为钢丝绳运输和贮存期间提供防腐保护的同时,也为其在使用初期提供合适的润滑,通过减小组股钢丝之间、股与股之间、钢丝绳与匹配轮槽之间的摩擦,达到延长钢丝绳使用寿命目的,但钢丝绳制造期间的润滑并不能满足其整个使用周期的需要。

为获得最佳使用效果,大多数钢丝绳将得益使用期间涂油的应用。

如果对钢丝绳实施初次润滑的工艺是钢丝绳通过油轮淋油或进入油槽浸油或在合拢口处对股淋油,特别是对处于频繁动态使用的钢丝绳,如大部分工程机械提升系统钢丝绳、港口集装箱起重机钢丝绳,该润滑工艺优缺点明显。

优点是:(1)较厚的油膜可对钢丝绳表面钢丝起到很好的防腐保护,使其免遭有害介质对钢丝的浸蚀;(2)有效减
小钢丝绳与接触卷筒 (滑轮)表面之间的摩擦,防止钢丝绳表面钢丝受到意外过度摩擦产生马氏体组织而导致其在使用过程中出现早期疲劳;(3)有效减小钢丝绳进 (出)卷筒 (滑轮)因为存在偏角而引起的转动 (见图 2和图 3),保持钢丝绳的结构稳定性,尤其对多层股抗旋转钢丝绳有利于减少“鸟笼”现象的出现 (见图 4)。

对普通金属绳芯钢丝绳,则能够防止钢丝绳因受偏角引起转动而导致其承载能力的降低。

缺点是:(1)合绳过程中通过浸 (淋)方式在钢丝绳表面黏附的油脂不易进入到股内,使组股相邻层钢丝之间缺乏足够的润滑,不能减少钢丝绳在使用过程中钢丝之间的摩擦,甚至出现因对组股钢丝相互运动一致性协调作用不够导致钢丝绳早期结构破坏;(2)钢丝绳表面黏附油脂过多,钢丝绳在使用过程中若对环境不适,容易出现滑落或龟裂,轻则影响环境、涂覆油脂不能起到对钢丝绳应有润滑与保护作用,重则如果滑落油脂进入刹车系统,将影响作业安全。

大量实践证明,就润滑方法对钢丝绳使用效果影响而言,合股使组股钢丝得到充分淋油润滑比单纯合绳时对股淋油或对钢丝绳淋 (浸)油或其组合方式淋油润滑更重要。

减小组股钢丝之间摩擦,在合拢口对成捻前钢丝淋油不仅是最合理的润滑方法,也是世界通用的润滑工艺。

在国外,无论对捻制股是否再淋油、钢丝绳是否再淋 (浸)油,合股工序对成捻前钢丝淋油是必须的润滑工艺 (尽管这种工艺在国内并没有得到广泛应用)。

而控制股含油量的多少,除在允许范围内通过调整油脂加热温度高低预以控制外。

另外,就是控制对股表面黏附油脂进行擦拭的位置、擦拭物的类别与擦拭的力度。

国外有的企业为保证股内钢丝能够得到充分润滑而又不至于股面黏附油脂过多,除对股表面多余油脂进行强力 (紧密)擦拭外,还对经过矫直器股进行加热,在减少矫直器滚轮粘附油脂的同时,再度将挤出油脂强力擦拭,见图 5。

图2 钢丝绳和轮槽偏角示意图
图3 偏角引起钢丝绳的旋转
图4 多层股钢丝绳“鸟笼”
图5 合股淋油与擦拭1、4.油脂擦拭 2.加热板 3.矫直器 5.模座 6.淋油嘴 7.钢丝成捻 8.润滑油箱 9.分线器
2.3 控制润滑油脂质量
通常情况下,钢丝绳生产者对使用油脂质量的控制不够严格,“摸、闻、看”往往并不能完全掌握油品本身性能,尤其是对高品质钢丝绳生产这很不够。

如对煤矿摩擦提升钢丝绳,如果增摩性油脂质量不过关,除会降低钢丝绳工作负荷外,可能还存在安全隐患。

再如,如果油脂本身没有较为宽阔的适应温度范围而在钢丝绳使用过程中出现严重滴落或龟裂,也起不到应有的作用,甚至出现意想不到的后果。

钢丝绳油脂选择一定要注意钢丝绳的使用工况条件,如环境温度高度、钢丝绳运行速度快慢、提升载荷大小、使用周期长短和用户对钢丝绳后续维护润滑保养是否及时、到位等,最安全、最有效的办法是参考油脂使用指南进行选择,不可随意选择,否则可能承担因为油脂选择问题而明显影响钢丝绳使用效果的潜在质量风险。

实际证明,适当加大对钢丝绳油脂质量的重视程度及投入,比处理因油脂问题而影响产品使用寿命所付出的代价要小得多,尤其对于高端钢丝绳生产,因为毕竟在钢丝绳成本构成中,油脂所占比例要小得多。

2.4 控制淋油过程
(1)保证合股淋油连续性
合股工序淋油的位置应设置在合拢口,即对钢丝淋油是在钢丝成捻前而不是在成捻后 (有时根据钢丝绳使用工况特殊性,对成捻股也可能再进行淋油)。

为保持组股钢丝间充填足够量油脂,使其在钢丝绳经过卷筒 (滑轮)时真正起到对组股不同位置钢丝间相互运动一致性发挥良好的“协调”作用,且不可时断时续,特别是对生产绕经卷筒 (滑轮)数目多、且卷筒 (滑轮)直径较小条件下使用的钢丝绳股。

(2)检查 1次捻制多层钢丝股内钢丝润滑状态
捻制平行捻股或组合平行捻股,用于组股的钢丝层数增多,越靠近心部中心钢丝由于
受到外围钢丝包围,得到润滑油脂相对较少,采用高速管式合股机辅助采用逼丝环将钢丝层与层间隔离时更是如此 (为了保证生产效率和组股钢丝位置排列正确,逼丝环通常是不可或缺的工装),逼丝环越多,油脂流入股心部钢丝越难,甚至采用逼丝环后,由于各层钢丝成捻位置略有不同,淋油嘴位置若固定不合适,辅助油嘴出油量不足,先捻钢丝可能会在未得到足够润滑情况下成捻。

为保证一道工序捻制多层钢丝股中不同层别钢丝能得到充分润滑,需对内部钢丝润滑状态检查,防止出现油淋不透。

对冬季北方港口未达正常使用寿命的6×29F-IWRC、公称直径φ53mm钢丝绳拆股勘察发现,其公称直径φ5.00mm股中心钢丝淋油状况最差,且锈蚀痕迹明显,且有钢丝之间相互运动的磨痕及其表面局部出现的黏附现象,这就是组股中心钢丝在合股过程中没有得到足够润滑产生的必然结果。

如果钢丝绳在较低的环境温度下使用,由于油脂流动性的相对降低,即使股表面粘附油脂数量较多,其也很难渗透多股内部,而在相对高的环境温度下,情况将会有明显改善。

3 钢丝绳使用过程中的维护润滑
3.1 认识钢丝绳维护润滑的重要性
通常情况下,尽管钢丝绳在制造过程中已进行了预润滑,但这种润滑效果只能满足其正常使用寿命的 40%,这意味着从润滑角度看,钢丝绳最终使用效果和其工作期间,适当、正确的维护润滑有很大关系。

多数钢丝绳用户有时为防止钢丝绳因为黏附油脂过多污染使用设备和环境,希望出厂钢丝绳表面含油量少些,随着钢丝绳使用时间的延伸,无论在其制造期间使用油脂品种如何,先期附着油脂会在温度、时间作用下分解,同时钢丝绳通过滑轮 (卷筒),其油脂也会被部分黏附。

另外,钢丝绳高速运行中油脂也会多少滴落,这些因素会引起钢丝绳出厂油脂含量的逐渐减少。

再者,钢丝绳吸附环境介质与油脂的混合也会降低油脂的润滑性能,故对使用中钢丝绳适时进行补充润滑十分重要。

否则,不仅会加大钢丝绳及与之匹配滑轮 (卷筒)表面的摩擦,还
会使组股钢丝间滑动受阻逐渐加剧,钢丝绳柔软性也会随之降低,并容易引起断丝。

由于钢丝绳用户对维护润滑的重视程度不够,实际实施往往并不到位,主要表现在:不按规定使用专用维护润滑油脂,使维护润滑流于形式,甚至不对钢丝绳进行维护润滑;使用润滑方法不当或润滑时机掌握不准,油脂不能充填到钢丝绳内部。

3.2 选择高质量维护润滑油脂
为使在役钢丝绳能适时得到补充润滑,选择高质量维护润滑油脂十分重要,应特别注意采用维护润滑油脂应与出厂钢丝绳润滑油脂有相对良好的兼容性。

国内钢丝绳用户出于多种原因,就地取材、随意使用润滑油脂对钢丝绳补油现象十分普遍,甚至采用非钢丝绳油脂,如普通黄油、废旧机油、齿轮油。

实践证明,使用非规范性的维护润滑油脂或方法,有时尽管花了工、费了力、耗了材,但并没有起到延长钢丝绳使用寿命目的,不仅会污染作业现场,甚至从认识上对实施维护润滑究竟是否能有效延长钢丝绳使用寿命之正确结论产生怀疑。

当然,如果钢丝绳表面附着油脂量较大,也会因为影响到对钢丝绳表面断丝的正常检查而给作业安全形成潜在危害。

3.3 采用合理润滑方法
相当多用户在对钢丝绳进行维护润滑时,不仅就地取材,而且用棉纱、手套等作为抹拭工具吸 (粘)附油脂后对钢丝绳表面进行补充加油。

看似维护润滑过程进行了,但效果往往不理想,这是因为棉织品本身对油脂就有很强的吸附性。

目前介绍对钢丝绳实施润滑油补加的方法有刷,滴、喷等 3种,虽然对钢丝绳的润滑方式已经进行了升级改造,加装全自动润滑系统,实现钢丝绳的适时、定量、自动加脂润滑 (见图 6),但目前比较合理的方法是涂、喷,即采用干净毛刷将高渗透能力维护油脂仔细涂刷到钢丝绳表面或借助压力作用将高渗透能力维护油脂喷射到钢丝绳表面,特别是后者,不仅遗留死角少,而且操作方便。

如果采用滴的方法,因为油量不可能很大、涉及钢丝绳面积小,润滑效果可能不如前 2种方法,且需要制造小油箱。

为了使组股内部钢丝能够得到充分的维护润滑,除维护油脂要有高的渗透性能外,涂 (喷)位置最好选
择在滑轮处,这是因为钢丝绳经过滑轮时受到弯曲作用,钢丝间隙相对处于其处于直
径状态时稍大;涂 (喷)时未被钢丝绳带走的油脂,积攒在滑轮槽处,随着钢丝绳不间断经过,积攒油脂会逐渐被钢丝绳表面吸附,可节约油脂。

为提高维护润滑效果,涂(喷)
前应对钢丝绳表面进行必要的清净处理,仔细去除黏附异物,特别是硬质颗粒。

图6 自动钢丝绳润滑系统
3.4 把握润滑时机
(1)掌握维护润滑时机。

不能等出厂润滑油脂基本失去后再进行,奥地利托飞宝缆绳
公司(TEUFELBERGER)国外企业特别指出“过长时间没有加油,将会由于内部油源
枯竭而致使外面加注润滑油脂无法进入内部。

只有在内部尚有油膜时才会使外部补充润滑油脂更易于渗入”。

国内某港口用6×36WS-IWRC集装箱起重机钢丝绳突然断裂等案例,从失效钢丝绳外观看,虽有相当数量的表面断丝,但尚不足引起钢丝绳突然失效,表面油脂看似比较充分,但股间钢丝锈蚀严重,且存在大量断丝,断丝钢丝总面积占组绳钢丝总面积达 25%以上,姑且不考虑因为断丝已影响钢丝绳结构而带来其承载能力的降低,单就承载钢丝面积减少而言,已足以对其安全使用形成致命威胁。

(2)把握补油时的环境温度。

钢丝绳使用过程中补充润滑,从目前资料看,有的是将油脂加热后再使用 (此法采用较少),类似钢丝绳生产过程中绳淋 (浸)油,也有将具有高
渗透能力专用维护油脂直接通过刷、喷、滴等方法补充到钢丝绳内部。

如果使用后者性质油脂,对环境温度要求不高,四季均可进行,但使用膏状油脂时,应先按照规范对油脂进行适当加热,最好将钢丝绳维护润滑的时间选择在环境温度相对较高的季节,
以利于其补加油脂向钢丝绳内部顺利渗透。

4 结语
提高钢丝绳使用寿命,不仅要关注其结构的合理性、参数的优化设计、高品质钢丝
生产以股绳捻制质量的改善,同时也要关注钢丝绳生产制造过程中的润滑和其后续
使用过程中有效的维护润滑,尤其是对生产绕经滑轮数目较多、滑轮 (卷筒)直径又
相对较小并处于动态使用的钢丝绳,要控制好钢丝绳润滑工艺、油品质量及合股淋油的连续性,对在用钢丝绳进行维护润滑,维护油脂的渗透能力要强、施加维护润滑油脂的方法要合理、维护润滑时机要适当,提高钢丝绳使用寿命,必须重视良好的钢丝绳生产过程中预润滑和其后续使用过程中有效的维护润滑。

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