1制造因素對鋼絲繩使用壽命的影響

 

    鋼絲繩由鋼絲繞制而成的，繩股中間有繩芯，決定鋼絲繩質量的是鋼絲的質量。鋼絲繩用鋼絲，通常是由優質鋼錠熱軋成6mm的圓鋼，再經多次冷拔后成絲，經過這樣的處理后，鋼絲的抗拉強度達到1400～2000MPa。起升機構用鋼絲繩又多為線接觸，因此，起升機構用鋼絲繩本身應該具有較長的使用壽命。但是，若鋼絲的質量不能保證，鋼絲繩就會先天不足，必然降低使用壽命。例如，如果鋼絲的含碳量偏高，鋼絲金相組織中的滲碳體變得量多而粗大，表現為鋼絲發脆，此時的鋼絲反復彎折幾次即可斷絲，用這樣的鋼絲制造的鋼絲繩，當繩繞過滑輪和卷筒時，在很短的時間內就會出現斷絲的情況，并很快達到報廢斷絲數，造成鋼絲繩的使用壽命極短。因此，使用者應到正規廠家購買鋼絲繩，以保證質量。

 

    2使用因素對鋼絲繩壽命的影響

 

    2.1鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點連線產生偏角的影響

 

    圖1是起升機構的簡圖[2]。在起升作業時，鋼絲繩從卷筒上繞進或繞出，并由卷筒一端移向另一端，使鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點連線產生偏角α，若鋼絲繩的最大拉力為Ｆ，則：

 

    Ｆｘ＝Ｆｃｏｓα

 

    Ｆｙ＝Ｆｓｉｎα

 

    顯然，Ｆｘ是鋼絲繩繞入卷筒的有效分力，它拉動鋼絲繩繞進或繞出卷筒。因此，設計時希望Ｆｘ有較大的數值；Ｆｙ是有害分力，在滑輪上，它使鋼絲繩與滑輪輪槽側面產生摩擦力，Ｆｙ的數值過大，甚至會使鋼絲繩脫槽；在卷筒上，它使鋼絲繩的圈與圈之間產生摩擦力，Ｆｙ的數值過大，可能導致鋼絲繩不能依次排列，產生亂繩現象。由此可知，α的數值越小越好。所以，國家標準規定α≤1°30′，對光面卷筒放寬到α≤2°。但在具體起升機構中，為了使機械結構緊湊或加工制造及工藝問題，有時不能嚴格保證α≤1°30′，通常α的角度增大，其后果是Ｆｙ增大，鋼絲繩的壽命降低。例如，某公司購買的QTZ160型塔式起重機的起升機構，在使用中發現鋼絲繩的壽命較短，查找原因時發現，α達13.5°，該起重機的最大起重量是100kN，若按倍率為4來計算，鋼絲繩的拉力Ｆ為26kN，如果α=1°30′，Ｆｙ為0.68kN；如果α＝13.5°，Ｆｙ為6.07kN，增加了近8倍，這就意味著由Ｆｙ產生的摩擦力增加8倍，所以，必然導致鋼絲繩嚴重磨損。

 

    2.2摩擦系數對鋼絲繩使用壽命的影響

 

    由上面的受力分析知，鋼絲繩在起升機構工作中始終承受由Ｆｙ產生的摩擦力作用，因此，摩擦系數也是影響鋼絲繩使用壽命的重要因素。在卷筒上，Ｆｙ產生的摩擦力是鋼絲繩之間的摩擦力，但在滑輪上，Ｆｙ產生的摩擦力是滑輪和鋼絲繩之間的摩擦力。所以，要減小摩擦力，在Ｆｙ不變的前提下，必須保證對鋼絲繩進行良好的潤滑，以減少摩擦系數；此外，還可以通過調整滑輪材料或在滑輪輪槽內鑲嵌摩擦系數小的材料來減小摩擦系數。表1是常用材料組成的摩擦副的摩擦系數。

 

    由表1可以看出，無潤滑劑時，鋼對鑄鐵的摩擦系數較大；有潤滑劑時，鋼對鑄鐵的摩擦系數上限值也較鋼大。所以，考慮鋼絲繩最不利的潤滑狀態，起升機構用滑輪不宜選擇鑄鐵材料；還可以看出，無潤滑劑時，鋼對鋼和鋼對青銅的摩擦系數相同，但有潤滑劑時，鋼對青銅的摩擦系數大，因鋼絲繩工作時必須潤滑，所以，起升機構用滑輪也不宜使用青銅。

 

    2.3鋼絲繩類型的影響

 

    鋼絲繩在制造時按鋼絲成股和股成繩的繞制方向有同向捻和交互捻兩種，同向捻鋼絲繩是鋼絲成股和股成繩時繞制方向相同，這類鋼絲繩的撓性好，適合起升機構鋼絲繩多次繞過滑輪和卷筒的實際工作情況，但若不采用預變形處理，則易松散和扭轉；交互捻鋼絲繩鋼絲成股和股成繩時繞制方向相反，不松散，但撓性稍差。除上述兩種鋼絲繩外，近年來在起重機中還使用一種不扭轉鋼絲繩[4]，這種鋼絲繩由內外兩層繩股組成，但兩層繩股的繞向相反，內外層繩股旋轉力矩平衡，因此自由端不產生旋轉，同時，它的支撐點比普通鋼絲繩約增加3.3倍，有較大的抗擠壓強度，不易變形，總破斷拉力大于普通起升鋼絲繩的破斷拉力。由此可知，起升機構應優先選用不扭轉鋼絲繩，其次選用經預變形的同向捻鋼絲繩或交互捻鋼絲繩。由于起升機構空載時普通同向捻鋼絲繩易松散和扭轉，起升機構中應盡量少用。

 

    2.4使用維護對鋼絲繩使用壽命的影響

 

    使用維護對鋼絲繩使用壽命有很大的影響。

 

    首先，鋼絲繩的纏繞方式直接影響鋼絲繩的使用壽命。若起升機構使用右旋鋼絲繩，當卷筒繩槽的走向從左向右時，繩必須從卷筒上方繞出，如圖2a；當卷筒繩槽的走向從右向左時，繩必須從卷筒下方繞出，如圖2b；若起升機構使用左旋鋼絲繩，當卷筒繩槽的走向從左向右時，繩必須從卷筒下方繞出，如圖2c；當卷筒繩槽的走向從右向左時，繩必須從卷筒上方繞出，如圖2d。否則，鋼絲繩在卷筒上卷繞過程中就會發散，從而降低鋼絲繩的使用壽命。對于不扭轉鋼絲繩，由于結構特殊，在纏繞時一定不要破壞或干擾原繩股之間的固定節距，以避免繩芯滑移或外層繩股松弛形成鳥籠形狀。因此，鋼絲繩的繞纏一定要由專業人員進行，以保證纏繞正確，從而保證鋼絲繩的使用壽命。

 

    其次，由上面分析知鋼絲繩的潤滑對鋼絲繩的使用壽命影響很大，有資料表明，對鋼絲繩進行系統潤滑，可使鋼絲繩壽命延長2～3倍，所以，要定期對鋼絲繩進行潤滑，使之經常處于良好的潤滑狀態。在鋼絲繩潤滑之前，應將鋼絲繩表面上積存的污垢和鐵銹清除干凈，潤滑脂加熱到60°C左右，使潤滑脂能充分浸透到鋼絲繩的內部。

 

    第三，要定期檢查鋼絲繩。起升機構工作時，鋼絲繩不停地通過滑輪繩槽和卷筒，要受拉、擠壓、摩擦、扭轉等載荷作用，同時，隨著鋼絲繩通過一系列滑輪，又不斷地受彎曲和擠壓的反復作用，會出現疲勞斷絲現象，加之磨損和銹蝕等其它因素，加劇鋼絲繩斷絲的發展，因此，每周應對鋼絲繩進行一次外觀檢查，每月應進行一次全面深入細致的詳細檢查，對少數斷絲要妥善處理好，以防斷絲使其它鋼絲折斷；對個別段鋼絲繩，要及時截除，例如，不扭轉鋼絲繩若固定不當、扭力失去平衡，靠近錨固端就會產生鳥籠現象，若不及時截除，將影響整根鋼絲繩的壽命。

 

    第四，避免鋼絲繩多次反向彎曲。圖1所示的滑輪組中，當鋼絲繩繞過滑輪組時，鋼絲繩受到多次反向彎曲，其彎曲應力的方向也隨之變化，在此交變應力作用下，必然減小鋼絲繩的壽命，因此，在滑輪組的使用中，最好使用圖3所示鋼絲繩作同向彎曲的滑輪組。

 

    3結論

 

    鋼絲繩是起升機構中的重要零件，在保證制造質量的前提下，使用因素對鋼絲繩的使用壽命有很大的影響。選擇類型合適的鋼絲繩和滑輪材料、由專業人員定期檢查、維護和使用、在結構上保證鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點連線產生的偏角α≤1°30′，或不超過2°，就會延長鋼絲繩的使用壽命，降低施工成本，保證施工周期，提高經濟效益。