浅谈起重机钢丝绳故障防治措施

【摘 要】 起重机已成为工程施工和建设的重要大型调配工具，而钢丝绳是起重机的重要组成部分其安全性尤为重要。本文对造成起重机钢丝绳失效原因和防护措施进行论述。造成钢丝绳安全隐患的原因主要有磨损、疲劳、锈蚀、变形、冲击等因素。如钢丝绳断裂必将造成财产损失和人员伤亡，研究钢丝绳失效的原因，采取适当的维护措施，将有助于延长其使用寿命提高其安全性。

【关键词】 起重机钢丝绳 故障 防治措施

随着全球工业的发展，各种大型设备、集装箱和工业建筑材料等都需要使用起重机进行搬运。起重机使工业化大规模生产和建设变得高效和快捷方便。与此同时，起重机的安全性尤其是钢丝绳在使用中的安全和稳定性也变得尤为重要。钢丝绳是起重机必不可少的重要部件，被广泛地应用为起升绳、变幅绳、牵引绳、张紧绳、支承绳、吊装绳及捆绑绳等。不同用途的钢丝绳如果选用的类型不合理、使用方法不当，安全检查不及时，在使用过程中不注重保养和维护，甚至将以达到报废程度钢丝绳继续投入使用，这些都有可能引起钢丝绳的断裂，造成财产损失重则造成人员的伤亡。另外，超载提拉货物，提升限位器失灵造成过卷扬，吊装角过大，吊载棱角隔断捆绑绳等情况会造成钢丝绳直接拉断。

钢丝绳本身的主要损伤主要有磨损、腐蚀、变形。下面对不同的损伤防护措施进行阐述：

1 磨损，钢丝磨损是起重机使用过程中最常见的损伤方式，是造成事故的重要原因

随着钢丝绳的长期使用，钢丝绳与机械部件产生摩擦并在机械作用，物理和化学等综合作用下，钢丝绳的表面也不断磨损。钢丝的磨损一般可分为外部磨损、变形磨损、内部磨损三种情况。

钢丝绳长期磨损会造成钢丝表面退火、韧性下降、绳径缩小、表面耐磨性能降低。防止钢丝磨损可以从以下几方面着手：（1）尽量减少钢丝绳与其它机械部件的过度摩擦。由于钢丝绳破断拉力下降率和钢丝绳直径减少率成比例关系，而钢丝绳在使用时一般为单侧磨损所以要比均匀磨损的下降率要高大约一倍。因此要钢丝在全场范围内的均匀磨损。若钢丝为单头磨损，需要在使用中期更换钢丝头，此方法可将钢丝绳的使用寿命延长30%～40%。还可加强对绳槽等部位的润滑，降低摩擦系数。（2）避免钢丝绳撞击、相互打缠和卷筒上咬绳，减少使用中的强烈振动而减少局部磨损。（3）为减少内部磨损，应选用线接触型钢丝绳。因为此种类型的钢丝绳股内各层钢丝等间距且钢丝间呈线状接触，可消除接触点2应力。寿命是普通钢丝的1-2倍。在严重磨损条件下，选用面接触型钢丝绳可延长寿命2-3倍。（4）避免超载，起重机运行过程中不要超过额定起重量。

2 疲劳，钢丝绳在“服役”期间要承受弯曲疲劳和拉伸、扭曲、振动引起的疲劳

钢丝绳的疲劳过程分为三个阶段，分别为裂纹形成、扩展和突然断裂三个阶段。在循环载荷作用下，钢丝绳的最大应力处，最弱以及应力最大的钢丝内部晶粒上形成微裂纹，然后裂纹慢慢发展，最终导致疲劳断丝。疲劳主要分为弯曲疲劳、拉伸扭曲和振动引起的疲劳。其中，弯曲疲劳是在钢丝绳反复使用时在滑轮以及卷筒上要反复被弯曲拉直致使钢丝疲劳度提高、韧性降低最终导致钢丝断裂。另外，钢丝长期使用中内部之间反复挤压细微的形变会产生弯曲应力。经应力计算（S（Ls，Rs）=F1（1+a/g）A+EK=FA+EK）和实验数据可知当出现第一根疲劳断丝时，点接触钢丝绳破断拉力下降4%～8%，线接触钢丝绳下降约12%。当出现钢丝断裂时钢丝绳已到使用寿命的后期。拉伸、扭曲和振动引起的疲劳主要是因为在起重机使用时不可避免的被启动和制动，尤其在钢丝绳承受载荷时频繁变化的拉伸拉应力会引起金属疲劳。此外，钢丝绳经常受到扭曲和振动也会产生疲劳。其原理是在变应力的作用下，细钢丝表面与卷筒和滑轮相互接触出现滑移形成初始裂纹，然后裂纹尖端在切应力的作用下反复塑性变形，此钢丝继续使用裂纹向钢丝绳内部扩散直至断裂。由疲劳引起的断丝断口平齐，多半出现在表层钢丝上。此种断裂有规律易判断。

防止钢丝绳由于疲劳产生损伤和断裂可以从以下几方面改进。首先可以是卷筒和滑轮的直径加大；直径的增大，增大了弯曲角度，减少了钢丝绳中钢丝的弯曲应力，可显著提高钢丝绳的疲劳寿命。在安排滑轮和全通转向时尽量避免钢丝反向弯曲；更换新绳时要遵守“上出上进，下出下进”的原则所选择的钢丝绳结构要好，质量可靠。试验数据表明，反向弯曲的破坏约为同向弯曲的2倍。尽可能选择丝径较粗的线、面接触钢丝绳。使用这些钢丝绳能成倍地提高使用寿命。

3 腐蚀

起重机一般在露天使用所以钢丝绳也要暴露在自然环境中。要经受日晒雨淋的侵蚀。如施工的环境恶劣，遇酸雨等情况时对钢丝绳的腐蚀会更加严重。

为防止钢丝绳锈蚀损伤，可从以下几方面着手：（1）勤涂油，涂油对运动状态下的钢丝绳非常重要，刚投入使用的钢丝绳麻芯大约含有12%的油脂，在废弃的钢丝绳中，损耗最大的部位仅含2.4%的油脂，在同一根钢丝绳的绳端，即使没有经过滑轮也仍含有12.7%-14.5%的油脂。有研究人员通过实验证实，如钢丝不涂有在使用后期发生事故的概率为涂油钢丝的一倍。一根新的钢丝所含的油量只能维持钢丝原寿命的40%，其后如不加油则断丝急剧增加。（2）如钢丝绳的使用环境恶劣，可选择镀锌、镀铝等特种钢丝绳。但使用过程中要尽量减少钢丝的相对运动。经过镀锌活镀铝处理后的钢丝绳在大气中表面会形成氢氧化锌和氢氧化铝薄膜，隔断钢丝绳内部与大气的接触有效地防止钢丝绳的腐蚀。

4 变形

钢丝绳在搬运和使用过程中，由于受到突然的撞击或冲击，钢丝绳的缘由结构会因为撞击和冲击发生改变，这种现象称为变形。

为防止钢丝绳扭结，可从以下几方面着手：（1）在重要的起重设备上选用不旋转，不松散和挠性好的钢丝绳。（2）在钢丝绳的自由端设置转子（也称防转装置）。（3）加强操作人员工作责任心，发现扭结迹象立即停止操作，释放还原。（4）避免绳子弯曲半径过小，滑轮槽形接触面积尽可能大。

综上所述，钢丝绳在使用过程中失效的主要原因是钢丝绳的磨损、疲劳、锈蚀、变形、冲击等。要避免钢丝绳的故障发生需要对钢丝绳进行良好的保养与维护，并在操作过程中要遵循操作规程。

参考文献：

[1]金国钧.钢丝绳使用安全技术[M].上海市劳动保护社会科学研究所出版，1990.

[2]刘芙蓉，朱大林，田红亮.起重机钢丝绳的疲劳可靠性设计[J].机械研究与应用，2004.

[4]包继德，伍军.塔式起重机钢丝绳的安全使用[J].建筑机械，2002.

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