滑轮硬度与钢丝绳磨损关系

二．高硬度钢质滑轮的耐磨性及其对钢丝绳使用寿命的影响

钢丝绳传动是起重机械不可缺少的传动方式，其传动的安全性、耐用性和可靠性对起重机整机工作性能的发挥有着重要影响。提高钢丝传动性能的重要途径之一，是提高滑轮的品质，即使得滑轮具有高的耐磨性、高的轮缘强度和高的运动精度。而滑轮是钢丝绳传动中承受载荷、传力和改变力的方向的重要部件，在大型港口起重机中又是数量大、分布广、位于高空、难于更换的易损部位，因此研究与改进的目标主要集中在减轻滑轮重量、提高耐磨性上。近年来，根据港口起重机国际市场的需求，上海振华港机公司提出“不更换滑轮”的理念，采用高硬度钢质滑轮，以此改变了滑轮作为易损部件的性质。为此，对不同材质、表面硬度的滑轮与不同结构的钢丝绳配合工作下的疲劳磨损问题进行全面、系统的研究，来合理匹配滑轮和钢丝绳，处理好两者在耐磨性方面的矛盾对广大用户具有重要意义。

1．钢质滑轮的磨损机理与耐磨性比较研究

滑轮工作时，绳槽与钢丝绳构成一对摩擦副，它们之间的磨损速度，主要取决于绳槽与钢丝绳两者接触部位的相对运动关系、接触状态及应力大小、材料的机械特性及金相组织结构等因素。钢丝绳绕过滑轮时，侧壁起导向作用，使钢丝绳顺利地进入槽内，防止发生跳槽，槽底的圆弧曲面则起到支承钢丝绳并改变其传力方向的作用。由于槽底与侧壁的工作性质不同，它们的磨损形式与机制不同，在钢丝绳与滑轮槽的偏角小于允许偏角5º时，钢丝绳绕滑轮运动时不发生与绳槽侧壁的干涉，可不考虑绳槽侧壁的磨损，其磨损和疲劳损伤主要发

生于钢丝绳与滑轮绳槽底的接触部位。

①滑轮绳槽底部的磨损机理

钢丝绳绕过滑轮运转时，摩擦副起主导作用的是两者之间滚动接触引起的疲劳磨损，还存在着钢丝绳绕进绕出瞬间由于股与丝间的微位移产生的对滑轮槽底的微切削磨损或粘着磨损，氧化磨损等综合磨损作用。经大量的试验研究，表明滑轮磨损速度与它对钢丝绳相对硬度有密切关系。以钢丝绳硬度范围（通常为HRC47～52）为基准，将钢质滑轮的绳槽硬度分为高硬度、中高硬度、中硬度和低硬度4级（见表1），其中中高硬度级滑轮与钢丝硬度范围相当。

表1：钢质滑轮的硬度分级

硬度范围低硬度中硬度中高硬度高硬度

硬度范围HB140～280（HB280～425）

HRC28～45

HRC45～55HRC55～65

材质Q235或ZG35 16M或35，

35CｒMｏ35，35 CｒMｏ，

42 CｒMｏ

42 CｒMｏ

热处理工艺水冷或空气

冷却表面淬火或调质调质、表面淬火调质、表面

淬火

运转后槽底表面形貌有压痕有轻微压痕无压痕

无压痕

钢丝绳滑轮磨损试验表明，对于未经热处理的Q235、ZG35等低硬度钢质滑轮，绳槽底表面形成明显的钢丝绳压痕，而中高硬度以上的滑轮绳槽表面无明显压痕显示。新滑轮开始使用阶段存在早期磨合磨损现象，滑轮表面硬度不同其磨损量也不同（见表2）。经过早期磨合后，磨损曲线普遍趋于平缓，斜率便小（见图1）。其原因，对于中、低硬度滑轮而言，主要是这两种滑轮的硬度低于钢丝绳钢丝的硬度，在配合运动过程中，实际上产生了对滑轮槽底的冷作加工，形

成表面硬化效应，根据实测冷作加工前后的硬度如表3；对于中高硬度和高硬度滑轮，由于绳槽底部表面硬度等于或大于钢丝硬度，滑轮经过早期非稳定磨损后，磨损曲线逐渐趋于水平，即经初期磨合后绳槽底部继续磨损的速度极慢。

滑轮磨损次数ｆ 42C ｒM ｏ淬火HRC52 35CrMo 调质HRC28 ZG35铸造HB195 35100 0.070 0.110 0.150 72000 0.130 0.230 0.310 108000 0.135 .0240 0.350 144810 0.140 0.245 0.360 180000 0.140 0.255 0.360 241200 0.145

0.260

0.365

0.050.10.150.20.250.30.350.40

35100

72000108000144810180000241200

滑轮磨损次数f

磨损量(m m )

42CｒMｏ淬火HRC5235CrMo调质HRC28ZG35铸造HB195

图1：低、中、高硬度三种滑轮的磨损实验曲线

Q235A 普遍热轧滑轮 35CM 调质滑轮 ZG35铸造滑轮 滑轮槽底初始硬度 HB170 HRC28 HB195 早期磨损后硬度

HB192

HRC31

HB218

②钢丝绳结构形式，滑轮与钢丝绳D/d比等因素对滑轮磨损的影响

不同的钢丝绳结构形式，其表面与绳槽底部的接触面积亦不同，绳槽底部的法向载荷也随之差异，以普通6股绳与18×7多股不旋转绳相比，6股绳至多有3股可与绳槽底部接触，而多股绳外层有12股，其中有5～6股可与绳槽底部接触，其单个接触点的法向载荷约为普通6股绳的一半；而钢丝绳与滑轮的接触弧长，进出绳间的夹角等，它们又与D/d相关，D/d越大，法向载荷越小。故选用大比值D/d比的滑轮和选用多层不旋转绳，均能有效降低绳槽槽底法向载荷，从而减少滑轮磨损。

2．不同硬度的钢质滑轮对钢丝绳使用寿命的影响

采用美国通用钢丝绳公司生产直径14.5mm的钢丝绳，配用常州滑轮厂按试验要求设计制造的六种不同硬度的滑轮（见表4），在试验台上进行分别循环试验，试验的参数（载荷、行程、频率、滑轮与钢丝绳直径等）完全相同，钢丝绳报废标准按GB5972－86《起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范》执行。

滑轮编号滑轮材质绳槽热处理绳槽底部硬度

1 35 火焰淬火HRC30

2 35 火焰淬火HRC50

3 35 火焰淬火HRC40

4 Q235A 渗碳淬火HRC53

5 Q235A 热轧风冷HB170

6 Q235A 渗碳淬火HRC60

实验表明，从低硬度滑轮到中硬度、中高硬度滑轮和高硬度滑轮，与其匹配的试验钢丝绳使用寿命曲线呈双峰形（倒W形），绳槽表面