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工程机械设备种类众多,用途广泛,工程机械钢丝绳是作用于各种机械设备的常用部件,今天永合永立小编就带大家一起探秘:工程机械钢丝绳要怎样才能更耐用呢?

首先说一下钢丝绳使用的基本注意事项:工程机械用的钢丝绳,应符合GB1102—1974《圆股钢丝绳》标准【更新为标准:GB 8918-2006 重要用途钢丝绳,GB/T 20118-2006 一般用途钢丝绳】并必须有产品检验合格证;钢丝绳在卷筒上,应按顺序整齐排列;载荷由多根钢丝绳支承时,应设有各根钢丝绳受力的均衡装置;起升机构和变幅机构,不得使用编结接长的钢丝绳。使用其他方法接长钢丝绳时,必须保证接头连接强度不小于钢丝绳破断拉力的90%;起升高度较大的起重机,宜采用不旋转、无松懈倾向的钢丝绳。采用其他钢丝绳时应有防止钢丝绳和吊具旋转的装置和措施;当吊钩处于工作位置点时,钢丝绳在卷筒上的缠绕除固定绳尾的圈数外,必须不小于两圈;吊运熔化或炽热金属的钢丝绳,应采用石棉芯等耐高温的钢丝绳等等。

工程机械钢丝绳使用会产生磨损是很正常的,接下来就分析一下钢丝绳的磨损会有什么规律?

钢丝绳与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦,钢丝绳股的外层表面会磨损成平面状。钢丝绳股的钢丝与钢丝之间的摩擦也会引起内部磨损。由于环境及维护等原因引起钢丝绳体表面粗糙锈蚀、沾染灰尘和砂粒以及润滑缺陷,会使磨损和锈蚀加剧,导致工程机械钢丝绳的受力断面面积减小,强度降低。

常见的工程机械钢丝绳的磨损规律如下:

1.磨损

钢丝绳在操作时与其他物体接触并有相对运动,产生摩擦。在机械、物理和化学的作用下,钢丝绳的表面不断磨损。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:磨损钢丝的典型断面形状,即外部均匀磨损、变形磨损和内部磨损。

(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。在外部磨损后钢丝绳直径将变细,外周表面的细钢丝被磨平。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。通过试验得到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。

(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他物体的撞击,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,虽然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。

(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。

(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严重的一侧外层钢丝上。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。

(2)拉伸、扭曲和振动引起的疲劳起重机钢丝绳在起动和制动的始末,捆扎钢丝绳在承受载荷的前后,变化的拉伸应力会引起金属疲劳。此外,钢丝绳经常受到扭曲和振动也是产生疲劳的原因。疲劳损伤的原理是在变应力的作用下,细钢丝表面首先由于各种滑移形成初始裂纹,然后裂纹端部在切应力的作用下反复塑性变形,使裂纹扩展直至断裂。其疲劳引起的断丝一般断口平齐,多半出现在表层钢丝上,并且很有规律。

防止钢丝绳疲劳损伤的途径:在条件许可的情况下,尽可能使卷筒和滑轮的直径加大;在安排滑轮布局时;尽量避免使钢丝绳反向弯曲。试验数据表明,反向弯曲的破坏约为同向弯曲的两倍。

(3)锈蚀钢丝绳一般在露天使用,日晒雨淋会使钢丝绳腐蚀,尤其是在有害气体与恶劣环境下使用的钢丝绳,腐蚀造成的损伤就更严重。因腐蚀而受损的钢丝绳表面存在氧亲和性的差异,使表面的某一局部金属成为阳极,另一邻近的局部金属成为阴极,形成了大量的小电池。在小电池的作用下,表面便形成很多圆形腐蚀坑,并逐步加深。这些坑就成了应力集中点、疲劳裂纹的源泉。与此同时,腐蚀使钢丝绳的截面积减小,弹性和承受冲击的能力降低。

防止钢丝绳锈蚀损伤的方法有两种:一种是勤涂油,对于经常处于运动状态的钢丝绳涂油,是必不可少的。新钢丝绳麻芯一般含有12%~15%的油脂,而报废的钢丝绳在损耗最多的部位仅含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。试验表明,涂油钢丝绳在试验后期发生的断丝约为不涂油的一半。一根钢丝绳最初的含油量只能维持寿命的40%,其后如不加油则断丝急剧增加;二是对使用环境恶劣、相对运动较少的钢丝绳,可选择镀锌、镀铝等特种钢丝绳。这些钢丝绳暴露在大气中的镀锌或镀铝表面会形成氢氧化锌和氢氧化铝薄膜,能有效地防止钢丝绳的腐蚀。

(4)变形很多断绳事故是因为钢丝绳事先受到过变形损伤而没有引起人们的足够重视,结果酿成大祸。变形的主要原因有以下几种:

①外伤。在操作过程中,钢丝绳与其他设备不正常的接触容易造成外伤。最明显的外伤是钢丝绳在滑轮里滑槽,在卷筒上跳出挡板,结果常常使几十米乃至数百米的钢丝绳因为局部轧坏而报废。防止钢丝绳外伤的关键在于完善起重机设备。滑轮应设置可靠的防滑槽挡圈,挡圈与滑轮外圈的间隙不大于钢丝绳直径的1/5。卷筒上的钢丝绳不能松弛太多,以防绳圈跳出挡板在缠紧时轧坏。

②压溃。钢丝绳在卷筒上卷乱后容易产生压溃现象。钢丝绳在卷筒上卷乱时,相互倾轧,在操作时会发出“轧吱轧吱”的声响。由压溃造成的钢丝绳损伤会在局部迅速出现断丝与压扁的痕迹。防止的措施是应按设计规范选择滑轮与卷筒的偏角,必要时可在起升机构中设置排绳器或者压绳装置,防止钢丝绳出现卷乱现象。

③扭结。钢丝绳在局部扭曲后产生的永远变形叫做钢丝绳扭结。扭曲的方向与钢丝绳旋向一致的称为正扭结,反之称为负扭结。普通钢丝绳带有自转性,如果绳股的端部不加捆扎便施加张力,则绳股会向倒捻方向旋转,这是造成钢丝绳扭结的内在因素。钢丝绳在扭结后,经过多次起吊受载,也只有局部绳芯外露,一般没有断丝现象。但试验表明,钢丝绳在扭结损伤后强度将显著降低。正扭结的强度只有原强度的60%~80%,负扭结的强度还不到原强度的50%。严重时强度将降低到只有原来的10%~20%。

防止钢丝绳扭结可采取以下措施:在重要的起重设备上选用不旋转钢丝绳;在钢丝绳的自由端设置转子(也称防转装置);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咬绳。钢丝绳咬绳损伤常发生在多层卷绕的起重机卷筒上,有槽双层卷绕的起重卷筒更甚。

⑤过载。钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长,当载荷超过弹性极限时,钢丝绳就可能断裂。通常把钢丝绳承受的静载荷控制在破断载荷的1/10~1/5,叫做安全负荷。安全负荷表示的是钢丝绳允许承受的额定静负荷。但钢丝绳实际上往往处于运动状态,钢丝绳在工作时除了要承受货物、吊物、自重等静载荷外,还要受到因加速度和冲击引起的动载荷,因弯曲引起的附加载荷,因摩擦引起的阻力载荷等等。由此可见,当除了静载荷以外的其他载荷增多时,实际的安全系数就降低了,钢丝绳往往由此而引起过载。因过载而破断的钢丝绳,其断口呈松散状,六股的钢丝绳断口位置大多数不在一起,绳芯外露,这是钢丝绳因过载而断裂的特征。过载的钢丝绳即使不发生断裂事故,也会大大地缩短使用寿命。

钢丝绳在使用中的检修

钢丝绳在使用期间,一定要按规定进行定期检查,并将检查结果认真做好记录。通过对钢丝绳随时监控,为安全、合理使用钢丝绳提供依据。使用过程检查包括外部检查与内部检查两部分。

1.检查部位

严格讲,钢丝绳从投入使用之后,其性能就开始降低。所以,在其使用过程中,应对全长各个部位进行检查。由于客观上要对整条钢丝绳进行检查十分困难,但是,对于那些经过实践证明容易损坏的部位必须进行频繁、仔细检查,因为一旦这些部位严重损坏不能被及时发现,将可能产生灾难性的后果。在钢丝绳受到突加负载后,应特别对进入和离开滑轮、绳槽部分的钢丝绳进行仔细检查。对于插接起来使用的钢丝绳,由于插接部位不可能像正常捻制部位那样规则,这直接影响到该段钢丝绳与匹配轮槽的良好接触,使其成为最容易产生断丝的部位。

2.钢丝绳外部检查

(1)直径检查直径是钢丝绳极其重要的参数。通过对直径测量,可以反映该出直径的变化速度、钢丝绳是否受到过较大的冲击载荷、捻制时股绳张力是否均匀一致、绳芯对股绳是否保持了足够的支撑能力。

(2)磨损检查钢丝绳在使用过程中产生磨损现象不可避免。通过对钢丝绳磨损检查,可以反映出钢丝绳与匹配轮槽的接触状况,在无法随时进行性能试验的情况下,根据钢丝磨损程度的大小推测钢丝绳实际承载能力。

(3)断丝检查钢丝绳在投入使用后,肯定会出现断丝现象,尤其是到了使用后期,断丝发展速度会迅速上升。由于钢丝绳在使用过程中不可能一旦出现断丝现象即停止继续运行(虽然对于新钢丝绳而言,这种现象是不允许的),因此,通过断丝检查,尤其是对一个捻距内断丝情况检查,不仅可以推测钢丝绳继续承载的能力,而且根据出现断丝根数发展速度,间接预测钢丝绳使用疲劳寿命。

(4)润滑检查通常情况下,新出厂钢丝绳大部分在生产时已经进行了润滑处理,但在使用过程中,润滑油脂会流失减少。鉴于润滑不仅能够对钢丝绳在运输和存储期间起到防腐保护作用,而且能够减少钢丝绳使用过程中钢丝之间、股绳之间和钢丝绳与匹配轮槽之间的摩擦,对延长钢丝绳使用寿命十分有益,因此,为把腐蚀、摩擦对钢丝绳的危害降低到程度,进行润滑检查十分必要。

尽管有时钢丝绳表面不一定涂覆润滑性质的油脂(例如增摩性油脂),但是,从防腐和满足特殊需要看,润滑检查仍然十分重要。

3.钢丝绳内部检查

对钢丝绳进行内部检查要比进行外部检查困难得多,但由于内部损坏(主要由锈蚀和疲劳引起的断丝)隐蔽性更大,因此,为保证钢丝绳安全使用,必须在适当的部位进行内部检查。检查的方法:将两个尺寸合适的夹钳相隔100~200mm夹在钢丝绳上反方向转动,股绳便会脱起。操作时,必须十分仔细,以避免股绳被过度移位造成固定变形(导致钢丝绳结构破坏)。检查的内容:小缝隙出现后,用螺钉旋具之类的探针拨动股绳并把妨碍视线的油脂或其他异物拨开,对内部润滑、钢丝锈蚀、钢丝及钢丝间相互运动产生的磨痕等情况进行仔细检查。特别应该注意到,检查断丝,一定要认真,因为钢丝断头一般不会翘起而不容易被发现。检查完毕后,稍用力转回夹钳,以使股绳完全恢复到原来位置。如果上述过程操作正确,钢丝绳不会变形。

4.钢丝绳其他检查

前面叙述的检查仅是对钢丝绳本身而言,这只是保证钢丝绳安全使用要求的一个方面。除此之外,还必须对与钢丝绳使用的外围条件——匹配轮槽的表面磨损情况、轮槽几何尺寸及转动灵活性进行检查,以保证钢丝绳在运行过程中与其始终处于良好的接触状态、运行摩擦阻力最小。

钢丝绳的报废

钢丝绳承载过程中,受到拉力作用;在通过滑轮时被强迫弯曲,钢丝与钢丝相挤压;由于钢丝绳在滑轮或卷筒的绳槽中运动时发生摩擦;在外界环境因素作用下,钢丝绳会腐蚀生锈。这些不利因素综合积累作用,会使钢丝绳在使用一段时间后,钢丝首先出现缺陷,例如断丝、锈蚀、磨损和变形等,使其他未断钢丝的应力加大,从而使断丝速度加快,强度逐渐降低,发展到一定程度,最终将导致钢丝绳无法保证正常安全工作,甚至发生破坏造成起重事故。我们只有弄清钢丝绳的报废标准,采用正确的检查养护手段,及早发现、及时更换报废的钢丝绳来保证安全。

钢丝绳的各种损坏一般都要表现在断丝上,断丝的数目往往是判断钢丝绳是否报废的重要依据。断丝的原因有拉断、扭转、疲劳、磨损和锈蚀等。在检查断丝数时,还应综合考虑断丝的部位、局部聚集程度和断丝的增长趋势,以及该钢丝绳是否用于危险品作业等因素。

钢丝绳在任何一段节距(指每股钢丝绳缠绕一周的轴向距离)内的断丝数达到规定的数值,应报废。如果钢丝绳锈蚀或磨损时,应断丝数按表折减,并按折减后的断丝数作为判断报废的依据。

绳端部及其附近出现断丝,如果绳长允许,即使数量少,也应将断丝部位切去重新安装,否则应报废;断丝的局部聚集程度高,例如聚集在小于一个节距的绳长内,或集中在任一绳股里,即使断丝数比报废标准规定的数量低,也应予以报废;断丝出现增长趋势,应给予充分注意,加强检查并记录断丝增长情况,辨明规律,确定报废日期;当钢丝绳某一绳股整股断裂,则不管由于什么原因、发生在什么部位,都应立即报废。吊运炽热金属或危险品的钢丝绳,在考虑磨损或锈蚀所进行的折减后,应按一般起重机钢丝绳报废断丝数的一半作为报废的依据。

当有以下情况时,钢丝绳应该报废:当外层钢丝磨损达40%,应予报废;磨损引起钢丝绳相对于基本直径减小达7%,即使未发现断丝,也应立即报废;钢丝绳出现可用肉眼观察到的外部钢丝的腐蚀,当表面出现腐蚀深坑,钢丝相当松弛,应立即报废;存在任何内部腐蚀的迹象,经过对钢丝绳内部检验,确认有严重的内部腐蚀,应立即报废。


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