试析起重机用钢丝绳的损伤及防治

钢丝绳的安全性是一个长期关注的问题，经常发生因钢丝绳损坏或断裂而导致的严重事故。为了保证钢丝绳在使用中的安全运行，有必要掌握钢丝绳的损坏规律和预防方法。就起重机使用的钢丝绳来说，规格很多，用途也不一样，但一般随着使用时间的不断延长，都会有损伤。作者通过多年工作实践的总结，归纳出六种主要损坏现象，即磨损、疲劳、腐蚀、变形、咬绳、超载。
1。磨损的钢丝绳在运行时，与其他物体接触并相对运动，产生摩擦。在机械、物理和化学作用下，钢丝绳表面不断磨损。
磨损是钢丝绳最常见的损坏方式，一般分为三种:外部磨损、变形磨损和内部磨损。
1.1外磨损钢丝绳的外圆周在使用过程中与滑轮槽、卷筒壁、钩头等物体表面接触而产生的磨损，属于外磨损。外部磨损后，绳径会变细，外周面的细钢丝会变光滑。
钢丝绳的外部磨损使受载钢丝的截面积减小，钢丝绳的破断载荷也相应减小。在钢丝绳的整个长度内，应尽可能实现均匀磨损。如果起重机钢丝绳在使用过程中进行更换，钢丝绳的使用寿命一般可延长30% ~ 40%。
1.2变形磨损钢丝绳因振动和碰撞而产生的表面碰撞称为变形磨损，是一种局部磨损现象。如果卷筒表面的钢丝绳受到其他物体的冲击，起重机的起升钢丝绳相互缠绕，或者滑轮与卷筒中心偏移而产生的咬绳现象，都会造成钢丝绳的变形和磨损。如果把表面磨损的细钢丝剖开，从外观上看，钢丝的宽度扩大了，虽然钢丝的横截面积减少很少，但局部挤压处的钢丝表面材料变硬，容易断丝。
1.3内部磨损在使用过程中，钢丝绳通过卷筒或滑轮时所承受的载荷全部压在钢丝绳的一侧，每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，钢丝绳内部的细钢丝会相互作用而滑动。此时，股与股之间的接触应力会增大，相邻股之间的钢丝会出现局部压痕和较深的凹陷。当反复循环拉伸和弯曲时，应力集中发生在深凹部并使其断裂，这就构成了内部磨损。通常情况下，细钢丝表面的压力与钢丝绳的压力成正比。在相同的拉力下，由于受压面积不同，单位面积的压力也不同。从表面压缩磨损的角度来看，使用线接触钢丝绳比点接触钢丝绳更有优势，面接触钢丝绳比线接触钢丝绳更有优势。此外，钢丝绳的弯曲程度和移动速度对钢丝绳的内部磨损也有影响。显然，选择线接触或面接触的钢丝绳是减少内部磨损的有效途径。
2。疲劳钢丝绳主要承受弯曲疲劳和使用过程中拉伸、扭转、振动引起的疲劳。
2.1弯曲疲劳钢丝绳通过滑轮或卷筒反复上下弯曲，弯曲无数次，容易导致钢丝疲劳，韧性降低，最终断丝。但是，疲劳断丝出现在钢绞线弯曲程度最大一侧的外层钢丝上。通常，疲劳断丝的出现意味着钢丝绳已接近使用寿命的终点。
试验表明，钢丝绳的弯曲疲劳寿命与D/d比(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密切相关。
2.2起重机钢丝绳在起动和制动过程中，成捆钢丝绳承受载荷前后，不断变化的拉应力会引起金属疲劳。此外，钢丝绳经常扭曲振动，也是疲劳的原因。
疲劳破坏的原理是在变应力作用下，细钢丝表面先因各种滑移形成初始裂纹，然后裂尖在剪应力作用下反复塑性变形，使裂纹扩展直至断裂。疲劳造成的断丝一般在断裂时是均匀的，大部分出现在表面钢丝上，非常规则。
2.3防止钢丝绳疲劳损坏的方法
1)在条件允许的情况下，尽可能增大卷筒和滑轮的直径。
2)在布置滑轮布局时，尽量避免钢丝绳反向弯曲。
3)尽可能选择结构良好的钢丝绳，如WS、TX钢丝绳等。使用这些钢丝绳可以使使用寿命增加一倍。
3。被腐蚀的钢丝绳一般在露天使用，日晒雨淋都会腐蚀钢丝绳，尤其是在有害气体和恶劣环境中使用的钢丝绳，腐蚀带来的危害更为严重。
受腐蚀损伤的钢丝绳表面存在着氧亲和力的差异，使得表面的某一局部金属成为阳极，另一个相邻的局部金属成为阴极，形成大量的小电池。在小电池的作用下，表面形成许多圆形腐蚀坑，并逐渐加深。这些凹坑成为应力集中点和疲劳裂纹源。同时，腐蚀降低了钢丝绳的截面积、弹性和抗冲击性能。
有两种方法可以防止钢丝绳被腐蚀和损坏。一个是经常涂油，对于一直在运动的钢丝绳来说是必不可少的。新钢丝绳的麻芯一般含有12% ~ 15%的油脂，而报废钢丝绳在磨损部分只含有2.4%的油脂。同一根钢丝绳的绳端，即使不经过滑轮，仍含有12.7% ~ 14.5%的油脂。试验表明，试验后期涂油钢丝绳的断丝量约为未涂油钢丝绳的一半。钢丝绳初始含油量只能维持40%的寿命，之后如果不上油，断丝会急剧增加。第二，对于使用环境恶劣、相对运动小的钢丝绳，可选用镀锌钢丝、镀铝钢丝等特种钢丝绳。这些暴露在大气中的钢丝绳的镀锌或镀铝表面会形成氢氧化锌和氢氧化铝膜，可以有效防止钢丝绳的腐蚀。
4。很多变形造成的断绳事故，都是因为事先钢丝绳已经变形损坏，没有引起足够的人的再现，造成了很大的灾难。
变形的主要原因有:
4.1外伤在手术过程中，钢丝绳与其他设备的异常接触容易造成外伤。最明显的伤害是钢丝绳在滑轮中滑动，从卷筒上的挡板中跳出。导致几十米甚至上百米的钢丝绳经常因局部滚动损坏而报废。防止钢丝绳损伤的关键在于完善起重机设备。滑轮应设有可靠的防滑槽挡圈，挡圈与滑轮外圈的间隙不应大于钢丝绳直径的1/5。卷筒上的钢丝绳不能太松，以免绳圈缠紧时跳出挡板被压坏。
4.2压碎的钢丝绳在卷筒上缠绕后容易崩断。当钢丝绳缠绕在卷筒上时，会相互滚动，在运行过程中发出“吱吱嘎嘎”的声音。碾压造成的钢丝绳损伤，在某些部位会很快显现出断丝和压扁的痕迹。
预防措施是根据设计规范选择滑轮和滚筒之间的偏转角。如有必要，可在提升机构中设置排绳器或压绳装置，以防止绳索缠绕。