试析起重机用钢丝绳的损伤及防治

试析起重机用钢丝绳的损伤及防治
2009-4-27
钢丝绳使用的安全性是人们长期以来一直关心的问题，因钢丝绳的损伤或破断而产生的重大 事故时有发生。为了确保使用中钢丝绳的安全运行，掌握钢丝绳的损伤规律及防治方法很有 必要。就起重机上使用的钢丝绳而言，规格品种繁多、使用千差万别，但一般随着使用时间 的持续，都会出现损伤现象。笔者通过多年工作实践的总结，归纳起主要损伤现象有以下六 种，即：磨损、疲劳、锈蚀、变形、咬绳、过载。

1　磨损
钢丝绳在操作时与其它物体接触并有相对运动，产生摩擦。在机械的、物理的和化学的作用 下，钢丝绳的表面也不断磨损。磨损是钢丝绳最常见的损伤方式，一般分为外部磨损、变 形磨损和内部磨损三种情况。图1所示为单丝磨损的几种断面形状。

1.1　外部磨损
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的磨损属于外 部磨损。在外部磨损后绳径将变细，外周表面的细钢丝被磨平。图2是钢丝绳表面磨损的两 种类型。

钢丝绳的外部磨损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。图3是通 过试验得到的钢丝绳直径减小率与破断载荷降低率的关系曲线。由曲线可以看出，单周磨损 较 全周磨损更恶劣，所以应尽可能使单周磨损的钢丝改为全周均匀磨损。在钢丝绳的全长范围 内， 应尽可能地做到均匀磨损。如起重机钢丝绳在使用中期换头，一般可延长钢丝绳使用寿命 30%～40%。

1.2　变形磨损
由于振动、碰撞造成的钢丝绳表面撞损，叫做变形磨损，这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，起重机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。如把磨损后的表面细钢丝剖开，变形磨 损和外部磨损的区别如图1所示。这种变形磨损因局部挤压而变形，其钢丝横断面在挤压处 向两旁伸展成翅形。从外表看，钢丝宽度扩展，虽钢丝绳截面积减小不多，但 局部挤压处的钢丝表面材质硬化了，极易断丝。
1.3　内部磨损
在使用过程中，钢丝绳经过卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各 根细钢丝的曲率半径不可能完全相同。同时，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就 会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使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被折断，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，采用线接触钢丝绳比采用点接触钢丝绳 有利，采用面接触钢丝绳比采用线接触钢丝绳更有利。此外，钢丝绳的弯曲程度、运动速度 ，对钢丝绳的内部磨损均有影响。很明显，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。
2　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。
2.1　弯曲疲劳
钢丝绳重复通过滑轮或卷筒中挠上挠下，无数次的弯曲，容易使钢丝产生疲劳，韧性下降， 最 终导致断丝。而疲劳断丝出现在股的弯曲程度最厉害的一侧外层钢丝上。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。
试验表明，钢丝绳的弯曲疲劳寿命与D/d比值(即卷筒直径D与钢丝绳直径d的比值)、安 全系数和钢丝绳结构均有密切的关系。