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港口機械鋼絲繩的常見損傷及防治

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發布日期：2022-08-08 14:04

信息摘要：

摘要：在漫長的海岸線及內河沿岸矗立著數以萬計使用鋼絲繩的港口裝卸機械。鋼絲繩在使用過程中難免會發生各種損傷，而防治其損傷直接關系到港口機械的使用效率、運行安全和經

摘要：在漫長的海岸線及內河沿岸矗立著數以萬計使用鋼絲繩的港口裝卸機械。鋼絲繩在使用過程中難免會發生各種損傷，而防治其損傷直接關系到港口機械的使用效率、運行安全和經濟性。通過多年的港口機械制造和使用經驗，本文總結了一些鋼絲繩的損傷規律和防治方法，歸納起來主要有以下五個方面的損傷：磨損、疲勞、銹蝕、過載、變形。
         關鍵詞：港口裝卸機械；鋼絲繩損傷及防治；
一、磨損
         港口機械上鋼絲繩使用頻率高，行程遠，因此磨損是港機鋼絲繩最常見也是最主要的損傷，其產生的主要原因是鋼絲繩與外部接觸并相對運動，在自身重力與負荷雙重作用下接觸面因有摩擦力而發生磨損。外部磨損、變形磨損和內部磨損是港口機械鋼絲繩的基本磨損型式，而其中外部磨損又是主要的磨損形式。
         （一）外部磨損
         外部磨損就是在鋼絲繩外表面形成的磨損。港口裝卸機械作業頻繁，鋼絲繩一直在反復摩擦，很容易形成外部磨損，導致鋼絲繩的直徑減小。在同等條件下，鋼絲繩直徑越小，能承受的載荷也越小，鋼絲繩外部磨損嚴重會影響作業安全。鋼絲繩直徑減小7%或更多時，該鋼絲繩就必須報廢或降低規格使用。應對方法：1.在滑輪處設置鋼絲繩自潤滑裝置，及時給鋼絲繩加潤滑脂，減小摩擦系數。根據到浙江某礦石碼頭調查的結果，增加鋼絲繩自潤滑裝置后抓斗卸船機起升開閉鋼絲繩可有效延長20%至30%的使用壽命。2.滑輪繩槽和卷筒繩槽表面光潔度增加一個等級，也能有效減小摩擦系數。
         （二）變形磨損
         鋼絲繩在使用過程中經常會發生碰撞和振動，這種情況導致鋼絲局部變形，造成表面局部磨損，這種磨損叫做變形磨損。從鋼絲繩橫斷面外觀來看，發生變形磨損處外部形狀已經發生改變，而且鋼絲繩變形處材質因受力硬化，其韌性下降，脆性上升，此處斷絲風險大大增加。應對方法主要還是平時使用過程中要注意保護，不要碰撞鋼絲繩，另外就是防止鋼絲繩在經過滑輪或卷筒等結構時受到局部擠壓產生變形，這就要求港機制造單位提高制造精度，鋼絲繩出繩角要嚴格按規范要求，使用單位平時要保持繩槽內無堅硬的雜物。
         （三）內部磨損　　
         鋼絲繩是圓形的，港口機械上的導向滑輪和鋼絲繩卷筒繩槽也是圓弧狀，鋼絲繩在承載后，載荷力指向接觸一側。鋼絲繩由許多小根鋼絲捻制而成，內外層小鋼絲彎曲半徑不一致。鋼絲繩彎曲后，在載荷力和各小鋼絲不同彎曲變形共同作用下，各內部小鋼絲繩會相互擠壓和滑移，這些相互的擠壓和滑移會在某些鋼絲繩上產生凹陷變形，變形處會應力集中。鋼絲繩在使用過程中受力反復循環拉伸彎曲，而應力集中處經過反復彎折更容易斷裂，這樣就形成了內部磨損。防治內部磨損的關鍵就是防止小根鋼絲繩凹陷變形產生應力集中。在受力不變的情況下，增加受力面積，壓強就會減小，變形就越不容易發生。從這些原因來看，采用線接觸或面接觸鋼絲繩來增大各小股鋼絲繩的受力面積，可以減小鋼絲繩相互擠壓力避免深凹應力集中，從而減少內部磨損。
二、疲勞
         根據港口機械作業的特性，其鋼絲繩頻繁的彎曲、拉伸、扭轉和振動，這些都會使鋼絲繩產生疲勞。在反復的彎曲、拉伸、扭轉和振動過程中，鋼絲繩所受的應力會反復變化。這種反復變化的應力會改變鋼絲繩的物理屬性，導致鋼絲繩韌性下降而脆性上升，其結果就是鋼絲繩容易出現最初的小裂紋，裂紋應力集中，更加劇了裂紋的擴展，最終造成鋼絲斷裂，這就是疲勞損傷的原理。
         （一）彎曲疲勞
         鋼絲繩頻繁的通過導向滑輪和卷筒時都需要彎曲，這種反復的彎曲容易使鋼絲產生彎曲疲勞。在港口機械結構不發生改變的情況下，鋼絲繩彎曲程度越厲害越容易產生彎曲疲勞，導致疲勞斷絲。鋼絲繩在一個捻節距內斷絲達鋼絲繩總絲數的10%時即應報廢更新。
         （二）拉伸、扭轉和振動疲勞
         港口機械上鋼絲繩主要的功能就是吊載貨物或提升機構，在承載負荷和卸載負荷交替過程中鋼絲繩會受到反復的拉伸，長期的拉伸應力改變引起金屬疲勞。港口機械在運行過程中會頻繁的振動，振動會傳導至鋼絲繩上。鋼絲繩在吊載載荷時由于受力不均或鋼絲繩扭轉力作用下會偏轉。鋼絲繩受到扭轉和振動會形成扭轉疲勞和振動疲勞。
         疲勞也是港口機械很普遍的損傷，而且危害很大，要引起重視，可以從以下幾個方面進行防治：
         1.增大鋼絲繩的彎曲半徑，可以設計更大直徑的卷筒和滑輪。
         2.設計單位在安排滑輪布局時，盡量優化設計，減少鋼絲繩的彎曲次數。另外盡量考慮鋼絲繩采用同向彎曲，根據長期使用的經驗，同向彎曲相比于反向彎曲，能使鋼絲繩遭受破壞的概率下降一倍。
         3. WS，TX型等線接觸鋼絲繩結構更優化，在使用時應首先考慮。
三、銹蝕
         港口機械一般處在沿海地區，高鹽份和高濕度的外部環境，再加上鋼絲繩一般在露天使用，如果沒有采取有效的防腐蝕措施極易銹蝕。銹蝕分很多種，常見的有鋼絲繩表面點蝕和全蝕，銹蝕后的鋼絲繩在高鹽高濕的環境中會產生電化學反應進一步加快腐蝕，在鋼絲繩表面形成圓形或不規則的腐蝕點，并且會逐步加深。
這些腐蝕點特別是帶銳角的腐蝕點就成了應力集中點，容易產生應力疲勞，并且鋼絲繩腐蝕后截面積減小，鋼絲繩能承受的載荷和沖擊力降低，造成安全隱患。防治鋼絲繩腐蝕損傷關鍵是隔絕腐蝕環境，綜合多個港口長期使用經驗總結出來在鋼絲繩表面充分涂潤滑脂是最簡單易操作又有效的方法，。
四、過載
         鋼絲繩承受載荷后都會有一定的拉伸變形，不同的載荷導致的變形量會不同，變形分為彈性變形和塑性變形。載荷超過鋼絲繩設計的安全載荷即額定靜載何時，鋼絲繩極易發生過載損傷。過載超過鋼絲繩的極限載荷，鋼絲繩產生塑性變形甚至斷裂。即使過載量不足以讓鋼絲繩產生塑性變形，但長期的過載也更容易導致疲勞，降低鋼絲繩的使用壽命。
         根據長期的使用經驗和試驗，建議從下列幾個方向進行防治過載損傷：
         1.設計單位根據港口機械的起重量合理配置鋼絲繩，鋼絲繩有一定的安全余量，防止沖擊過載。
         2.在機構上安裝起重量限制器，限制人為操作失誤造成的過載。
         3.加長啟動階段和停止階段的加減速時間，防止負荷在啟動階段和停止階段形成沖擊過載。
五、變形
         在長期的港口機械工作中發現鋼絲繩因操作不當很容易產生變形損傷，變形的主要原因有以下幾種：
         （一）外傷
   外傷有很多種情況，常見的有折彎、擦傷和軋壞等。在盤鋼絲繩時，如果沒有順著鋼絲繩的扭轉方向極易造成因鋼絲繩自身的扭力造成的折彎。鋼絲繩太松弛，在卷筒或滑輪上跳槽，鋼絲繩相互傾軋或纏繞在軸上拉傷。防治鋼絲繩外傷的關鍵在于規范操作和設計合理，在卷筒和滑輪上設計防跳繩裝置，另外鋼絲繩纏繞不能太松弛。
         （二）扭結
         鋼絲繩在局部扭曲后產生的永久變形叫做鋼絲繩扭結。鋼絲繩制作時都是靠捻制而成，因此各股鋼絲都有一定的反捻制方向的扭轉力，在扭轉力矩下，繩股普遍帶有自轉性。特別是鋼絲在加載情況下，鋼絲繩張力增加，更易發生扭轉，如果沒有方法抑制這個扭轉就會產生扭結。鋼絲繩出現扭結損傷后強度將顯著降低。
         為防治鋼絲繩扭結損傷，目前港口機械主要采取的措施一是采用不旋轉鋼絲繩，如岸橋上的鋼絲繩，二是在鋼絲繩自由端設置防轉裝置，如橋式抓斗卸船機起升開閉鋼絲繩上的梨形頭。
         上述五種鋼絲繩的損傷類型是最常見的情況，涵蓋了絕大部分的港口機械鋼絲繩損傷事例。在日常的使用和維護中，要特別注意采用多種手段進行有效的防治，不僅可以提高鋼絲繩的使用安全性和使用壽命，還能節約資源和成本。
         參考文獻：
         [1]黃志洪，試析起重機械用鋼絲繩的損傷及防治.《珠江水運》2006.
         [2]尤建陽、陶天華等，GB6067.1-2010《起重機械安全規程》.2010.