鋼絲繩是起重機械及起重運輸、吊裝捆綁作業(yè)不可缺少的主要構件,被廣泛地應用為起升繩 、變幅繩、牽引繩、張緊繩、支承繩、吊裝繩及捆綁繩等。無(wú)論作為哪一種用途的鋼絲繩,如果選用類(lèi)型不當、使用方法不合理,缺乏安全檢查、又不重視維護保養,更為嚴重的是已達到報廢程度仍繼續使用,都有可能發(fā)生鋼絲繩破斷事故的災害。還有一些直接造成鋼絲繩破斷的情況,如超載起吊直接拉斷鋼絲繩;起升限位器失靈過(guò)卷?yè)P拉斷鋼絲繩;吊裝角過(guò)大造成吊裝繩破斷;吊載棱角割斷捆綁繩等。鋼絲繩的主要損傷形式主要有以下四種,即:斷絲斷股、磨損、變形、腐蝕。
1.斷絲斷股
鋼絲繩長(cháng)期使用或滑輪卷筒與鋼絲繩直徑比過(guò)小,冶金起重機一般選用鋼芯鋼絲繩,其柔性較差,所以一般要求單股絲數25以上,滑輪卷筒與鋼絲繩直徑也較通用橋式起重機的大,如果按通用橋式起重機選用就容易出現斷絲現象。在使用中,由于鋼絲繩重復在繩輪或卷筒中繞上繞下,無(wú)數次的彎曲,容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞,韌性下降,終導致斷絲。由非產(chǎn)品質(zhì)量因素造成的斷繩事故均與提升工作存在著(zhù)不同程度的關(guān)系。由疲勞引起的斷絲一般出現在繩股彎曲程度厲害的一側外層鋼絲上。彎曲疲勞斷絲會(huì )隨著(zhù)負荷的增加和彎曲角度的減少而加劇。在鋼絲繩受力狀態(tài)斷股位置受到剮割外力作用是造成斷股的主要原因。如果整支繩股發(fā)生斷裂,鋼絲繩應立即報廢。
2.磨損
長(cháng)期使用或使用過(guò)程中鋼絲繩與滑輪槽、卷筒壁、鉤頭等物體表面接觸有摩擦,在磨損后繩徑將變細,外周表面的細鋼絲被磨平?;蚧嗈D動(dòng)部件卡阻而造成鋼絲繩與滑輪之間滑動(dòng)摩擦。冶金起重機由于高溫和使用鋼芯鋼絲繩,因此自身潤滑較差,也容易造成磨損。磨損是鋼絲繩常見(jiàn)的損傷方式,一般分為外部磨損、內部磨損和變形磨損三種情況。
2.1外部磨損
由于鋼絲繩在壓力作用下與滑輪或卷筒的繩槽接觸摩擦造成鋼絲繩外層繩股的鋼絲表面磨損。這種現象在吊載加速或減速運動(dòng)時(shí),在鋼絲繩與滑輪接觸的部位特別明顯,并表現為外部鋼絲繩磨成平面狀。卷筒上繩槽尺寸和繩徑不相匹配,太小,鋼絲繩受力時(shí)與繩槽的側面摩擦加劇,磨損加快,潤滑不足或者不正確的潤滑以及存在灰塵和砂粒,起升限位擋板安裝不正確經(jīng)常磨繩,滑輪槽底或輪緣不光滑有缺陷,鋼絲繩與起重機結構干涉等都會(huì )加劇磨損。磨損使鋼絲繩的斷面積減小而強度降低,會(huì )造成鋼絲繩使用壽命縮短,可能造成鋼絲繩突然斷裂重物墜落事故的發(fā)生。當鋼絲繩直徑相對于公稱(chēng)直徑減小7%或更多時(shí),即使未發(fā)現斷絲,該鋼絲繩也應報廢。在鋼絲繩的全長(cháng)工作范圍內, 應盡可能做到均勻磨損。
2.2內部磨損
在使用過(guò)程中,鋼絲繩經(jīng)過(guò)卷筒或滑輪時(shí)所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側,各根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時(shí),由于鋼絲繩的彎曲,鋼絲繩內部細鋼絲之間就會(huì )產(chǎn)生相互作用力并且產(chǎn)生滑移,這時(shí)股與股之間接觸應力增大,使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當反復循環(huán)拉伸彎曲時(shí),在深凹處就會(huì )產(chǎn)生應力集中而被折斷,構成了內部磨損.通常細鋼絲表面的壓力與鋼絲繩的壓力成正比,在張力相同情況下,由于受壓面積不同,單位面積承受的壓力也不同。從表面受壓磨損來(lái)的角度來(lái)看,選用線(xiàn)接觸鋼絲繩比采用點(diǎn)接觸鋼絲繩有利,選用面接觸鋼絲繩比選用線(xiàn)接觸鋼絲繩更有利。此外,鋼絲繩的彎曲程度、運動(dòng)速度,對鋼絲繩的內部磨損均有影響。起重機用鋼絲繩應符合GB/T 20118的要求,優(yōu)先采用線(xiàn)接觸型鋼絲繩以減少內部磨損。
3.變形
鋼絲繩失去正常的形狀產(chǎn)生可見(jiàn)的畸形稱(chēng)為“變形”。這種變形會(huì )導致鋼絲繩內部應力分布不均勻。鋼絲繩的變形從外觀(guān)上區分主要有波浪形,籠狀畸變、繩股擠出、鋼絲擠出、繩徑局部變大、繩徑局部減小、部分被壓扁、扭結、彎折等變形的主要原因有以下幾種:
3.1外傷
工作中鋼絲繩與其它設備不正常的接觸而造成外傷。明顯的外傷是鋼絲繩在滑輪里滑槽、在卷筒上跳出擋板,結果致使鋼絲繩因為局部軋壞而報廢。防止外傷的關(guān)鍵在于完善起重機設備。鋼絲繩繞過(guò)滑輪時(shí),鋼絲與繩輪接觸面間會(huì )產(chǎn)生相對滑動(dòng)和接觸壓力。應盡量選用鑄鐵滑輪、尼龍滑輪或在槽底鑲尼龍襯墊。
3.2壓潰
鋼絲繩在卷筒上卷亂后相互傾軋,易產(chǎn)生壓潰現象,工作時(shí)發(fā)出異響,并在局部迅速出現斷絲與壓扁的痕跡。防止措施是應按設計規范選擇滑輪與卷筒的偏角,鋼絲繩繞進(jìn)或繞出滑輪槽時(shí)的大偏斜角(即鋼絲繩中心線(xiàn)與滑輪軸垂直的平面之間的夾角)不應大于5度,必要時(shí)在起升機構中設置導繩裝置。
3.3扭結
扭結是由于鋼絲繩成環(huán)狀在不可能繞其軸線(xiàn)轉動(dòng)的情況下被拉緊而造成的一種變形。其結果是出現捻距不均勻而引起過(guò)度磨損,嚴重時(shí)鋼絲繩將產(chǎn)生扭曲,以致僅存極小強度。鋼絲繩嚴重扭結應立即報廢。
防止扭結可采取以下措施:(1)是在重要的起重設備上選用抗扭轉鋼絲繩;(2)是在鋼絲繩的自由端設置轉子也稱(chēng)防轉裝置;(3)加強操作人員工作責任心發(fā)現扭結跡象立即停止操作,并釋放還原。
4.腐蝕
腐蝕在海洋或工業(yè)污染的大氣中特別容易發(fā)生。它不僅使鋼絲繩的金屬斷面減少導致破斷強度降低,還將引起表面粗糙、產(chǎn)生裂紋從而加速疲勞。嚴重的腐蝕還會(huì )降低鋼絲繩的彈性,鋼絲繩的彈性顯著(zhù)降低,繼續使用是不安全的。腐蝕可分為外部腐蝕和內部腐蝕。外部鋼絲的腐蝕可以用肉眼觀(guān)察,內部腐蝕比經(jīng)常伴隨它出現的外部腐蝕較難發(fā)現,但可以參考下列現象: a鋼絲繩直徑的變化。鋼絲繩在繞過(guò)滑輪的彎曲部位直徑通常變小,但對于靜止段的鋼絲繩則通常由于外層繩股出現銹蝕而引起鋼絲繩直徑的增加。b鋼絲繩外層繩股間的空隙減小,還經(jīng)常伴隨出現外層繩股之間斷絲。如果有任何內部腐蝕的跡象,則應按GB/T 5972-2009附錄C的說(shuō)明由主管人員對鋼絲繩坐內部檢驗。一經(jīng)確認有嚴重的內部腐蝕,鋼絲繩應立即報廢。
防止鋼絲繩銹蝕損傷的方法有兩種:一是經(jīng)常涂抹油脂。應對經(jīng)常處于運動(dòng)狀態(tài)的鋼絲繩涂抹油脂。新鋼絲繩麻芯一般含有12%~15%的油脂,而報廢的鋼絲繩在損耗大的部位僅含2.4%的油脂,在同一根鋼絲繩的繩端,即使沒(méi)有經(jīng)過(guò)滑輪也仍含有12.7%~14.5% 的油脂。實(shí)踐表明,涂油鋼絲繩在后期發(fā)生的斷絲約為不涂油的半數。一根鋼絲繩初的含油量只能維持其使用壽命的40%,其后如不加油則斷絲急劇增加;二是對使用環(huán)境惡劣、相對運動(dòng)較少的鋼絲繩可選擇鍍鋅、鍍鋁等特種鋼絲繩。這些鋼絲繩暴露在大氣中的鍍鋅或鍍鋁表面會(huì )形成氫氧化鋅和氫氧化鋁薄膜,能有效地防止鋼絲繩的腐蝕。
除了上述四種鋼絲繩的基本損傷外,還有疲勞、咬繩、過(guò)載、高溫幅射、電弧灼傷等因素也會(huì )使鋼絲繩造成損傷。事實(shí)上由于鋼絲繩破斷事故,造成機毀人亡的案例占起重機械事故的比例非常大,所以應當足夠重視,這樣才能實(shí)現安全生產(chǎn)。我們應在平常的工作中積極探索起重機鋼絲繩損傷的原因并找出有效的防治方法,對鋼絲繩進(jìn)行科學(xué)合理規范的維護保養,對受損或失效的鋼絲繩進(jìn)行正確的檢查,延長(cháng)鋼絲繩的使用壽命,降低生產(chǎn)成本實(shí)現安全生產(chǎn)。
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