桥式起重机钢丝绳常见故障分析及防止措施

桥式起重机钢丝绳常见故障分析及防止措施

林雷

中冶宝钢技术服务有限公司第一分公司       湖北武汉438200     

社会经济的进一步的高速发展，使得现代技术也得到了很好的应用及发展。就起重机械设备而言，其运用范围很广，起重机在各类工业生产过程中给人们带来极大高效、方便、快捷的同时，由于机械设备的不安全因素，频繁发生事故，给国家、地区造成经济损失，给事故当事人及家属造成痛苦。发生此类事故的主要原因之一为钢丝绳故障。因此，掌握钢丝绳的故障规律及预防措施是极为必要。本文以起重机钢丝绳常见故障为切入点，分析其现况，探讨它的防止措施以及钢丝绳维护保养的要点，以供有关人员参考

关键词：起重机钢丝绳；故障分析；防止措施

第一章引言

往往正式开展工生产工作的时候，人们使用较多的一种机械设备就是起重机械设备，这种机械设备在实际生产工作的时候发挥着相当重要的作用、价值，扮演着重要的角色。这种机械设备具有非常高危险性，故而将其归属为特种设备类型。虽然国家近几年陆续制定并出台了有关起重机械设备安全的《特种设备安全法》、《特种设备安全监察条例》等，可是在实际现场安全生产过程中，人们对起重机械设备的维护管理在制度上以及现场正确操控上还是不够完善，致使在生产过程还存在一部分安全相关的问题未能得到彻底有效的解决，依旧存在着不少维护管理的安全隐患。

第二章 钢丝绳的特征及构造

一、钢丝绳的特征

钢丝绳大多数由用多根或多股细钢丝拧在一起形成的具有较好挠性绳索或由多层编织钢丝捻成股，捻绕成螺旋状的绳。它是起重机上应用最广泛的具有绕性物件，它将电力驱动的电动机运转产生的旋转运动转化为吊具的垂直升降运动并需要承担全部运行中的起升载荷，在运行的过程中它具有较高的挠性度及良好弹性，运行承载能力大，对于自身及外在冲击载荷的承受能力较强，起升及下降卷绕过程中平稳、无噪音。

二、钢丝绳的构造和种类

在本单位区域内通过采购系统购入的钢丝绳均是由许多抗拉强度在120至200kg／mm2、直径不等的高强度钢丝绕制而成的填充式钢丝绳（6*29FI+FC、6*37FI+FC等）。按照钢丝绳接触状态分类可分为：点、线、面三种接触钢丝绳；表面状态：可分为光面、镀锌和涂塑钢丝绳 ；拧绕层次：单绕绳、 双绕绳和三绕绳 。

三、钢丝绳的解卷使用及保存

钢丝绳绝大部分是以整卷、 整盘的形式运输到现场（定制除外）， 避免其损伤要使用正确的方法对钢丝绳解卷及消除其校头，两者的原理完全相同，正确消除钢丝绳的校头的方法只要沿着钢丝绳产生校头的反方向回旋即可；正确的解卷方法见下图，应将绳盘放置固定支架上防止倾翻，然后缓缓转动或滚动绳盘，慢慢地将钢丝绳解卷，防止出现钢丝绳受到外力产生加捻或松捻现象（通俗为散股现象）。解卷时严禁用下图错误的方法解卷，以免外力导致钢丝绳内部产生应力使其加捻或松捻现象（通俗为散股现象），造成扭结损伤。

钢丝绳的储存：存放在干燥、通风的库区，做好防止阳光直射、热蒸气燥烤、潮湿空气侵蚀等防护措施；条件允许情况库房内钢丝绳不要多层堆放，防止倒塌损坏及伤，如果钢丝绳长期大量存放备用时，应定期、定人对其进行检查防止生锈损坏；发现生锈趋势后要急时处理，并且重新涂抹合适润滑油脂保证其浸润有效，如浸润无法有效满足使用要求或锈蚀损坏严重，该钢丝绳应作报废销毁处理，避免误使用造成重大安全事故。

第三章钢丝绳故障及预防措施

一、钢丝磨损

钢丝绳在日常正常吊运使用中与其它物件接触且都能产生相对运动及剐蹭，在理、化外在的因素作用下，其表面及其内部均在不断的发生磨损，而磨损也其最为常见的损伤方式，一般分为外、内及变形磨损这三种情况。磨损钢丝的典型断面形状，即外部形状呈规整均匀磨损、丝线变形磨损和内部丝线磨损。

   绳股和丝线之间的相对滑动摩擦通常会引起内部磨损。由于现场环境及维护不当等原因引起钢丝表面锈蚀、沾染粉尘铁屑、乳化液和酸碱溶液以及润滑缺陷，致使磨损和锈蚀极剧加速，导致钢丝绳单根丝线的截面积减小，致使钢丝绳累计截面面积缩小，使钢丝绳抗拉强度下降。

3.1.1钢丝磨损分类

(1)外部磨损

钢丝绳在正常运行使用过程中其外层表面丝线与滑轮槽内表面、卷筒壁底面、吊具钩头危险断面等物体表面呈线、面接触从而引起的滑动，钢丝绳外部磨损开始逐渐成线到面逐步磨损。通常这种情况发生是由于绳槽及滑轮尺寸小于规定许用尺寸，导致生产运行时从开始的线接触，基本无法直接做到面接触导致在最外层丝线磨损，钢丝绳有效外径变细，进而使其外层表面的细钢丝被磨平。

(2)变形磨损

由于钢丝绳在运行吊运货物时，在不断的起升下降运动时受力部位钢丝绳碰撞造成局部振动的钢丝绳产生表面磨损，叫做变形磨损。这种变形磨损是钢丝绳与钢丝绳之间因局部挤压而变形，其钢丝横截面在受到挤压处向两旁伸展扁平趋势发展成翅膀的形状。从截面外表看正向看，钢丝绳整体宽度扩展、长度几乎没有变化。诚然，钢丝绳截面积几乎没有减小，但局部挤压处的钢丝表面材质发生极微小的变化，长时间的累积产生硬化现象，极易在弯曲时发生钢丝断丝现象，导致钢丝绳裂化程度加剧减少使用周期，致使其报废速度加快。

(3)内部磨损

在日常使用过程中，钢丝绳经过卷筒或滑轮组时缠绕方式过于松散或十字花型交叉缠绳，钢丝绳所承受的全部负荷均压在钢丝绳接触面处，而各根细钢丝的弯曲程度不一导致每根丝线弯曲半径也不相同。同时，由于钢丝绳运行时产生的弯曲度，钢丝绳内部每根细钢丝就会产生相互的作用力与反作用力并且产生侧向滑移，使其产生内部压痕、产生凹陷。在通过卷筒或滑轮接触面时反复循环往复拉伸及弯曲变形时，在接触凹陷处则产生较强应力集中使四周的细钢丝被折断，构成了股间纵深磨损，形成钢丝绳由内向外纵向内部损伤。

3.1.2防止磨损预防措施

(1)日常作业运行过程中，吊物重量不要超过设计额定起重量105%，严禁超载；

(2)钢丝绳要根据现场实际工作类型及环境因素，选择丝线直径、股数及缠绕方式与之匹配的钢丝绳；

(3)对钢丝绳要进行定期给油脂(跟据现场工作环境确定给油脂周期，定期实施补油脂，保证其润滑)；

(4)起重机械作业时操控人员做到起落吊，二次停顿确认，避免钢丝绳受到外力冲击；

(5)使用的绳槽及滑轮内槽尺寸大于等于钢丝绳最大外径，选择匹配好相应尺寸

二、金属疲劳

3.2.1疲劳分类

(1)弯曲疲劳

钢丝绳吊运状态下上升、下降来回往复运动，周而复始通过滑轮或卷筒频繁上下运动产生挤压及滑动。钢丝绳所有丝线经过无数次的弯曲，在此期间曲离半径不断发生改变，尤其集中钢丝绳与卷筒或吊钩接触部位，使钢丝产生金属疲劳，单根丝线韧性下降，致使丝线由原有的弹性变形转化成不可逆的塑形变形，最终导致局部断丝。高速起升、下降和钢丝绳运行打滑，产生额外的震动（部分区域定滑轮不转动），而金属疲劳断丝均分布在股的弯曲程度最高且严重、曲离半径最小区域的一侧最外层钢丝上。

一般经验情况下，钢丝绳金属疲劳断丝的出现后，此绳索基本上已经到达使用周期末端，需要进行更换维护处理。但是断丝不一定代表马上就需要更换，在一个捻距断丝量不超过报废标准（总丝数的10%），只要断丝数量在标准允许的范围，钢丝绳仍将继续服役，但应该及时将断丝处理，日常维护过程中为节约时间，减少操作的麻烦，可以利用大力钳夹住钢丝头部，前后反复弯折使钢丝其根断舍。经过这样操作处理，钢丝断头将处将被四周丝线加紧在股绳之间，不会对钢丝绳继续使用造成异常危害。

(2)拉伸、扭曲和振动引起的疲劳

在操控起重机时，如果不能很好的控制速度且做好加减档逐步换挡时，在加速启动、急速停止的过程中钢丝绳瞬间受到较大的冲击，长时间运行过程的冲击变化的拉伸应力会引起丝线发生不可逆的变化，导致丝线金属疲劳。此外，钢丝绳经常受到吊物在放置及运行时产生的晃动带动吊具引起钢丝绳产生扭曲现象和运行时起重机其他部件产生的振动引起钢丝绳的达到固有频率，产生共振，这样也会加速钢丝绳疲劳。

3.2.2防止预防措施

(1)在现场设备运行过程中、空间环境条件许可的情况下，尽可能选择使用大直径卷筒和滑轮，减少钢丝绳的弯折程度。建议按照国家设计滚翻选用卷筒、滑轮直径≥ 16 倍钢丝绳直径 ；

(2)在多组滑轮使用过程时，应及时避免使钢丝绳反向安装要求，减少钢丝绳的弯折、弯曲；

(3)条件允许下选择结构适用于现场实际情况的钢丝绳，减少安全隐患。

三、表面锈蚀

3.3.1使钢丝绳接触了乳化液、酸碱溶液、泥浆碎石、污物或长时间暴露于腐蚀性气体环境中且钢丝绳存放期间缺乏足够的保护措施。在室外露天使用时，环境因素会影响钢丝绳表面使用寿命，外在因素加速腐蚀，尤其存在工业废气产生环境下使用的钢丝蝇，锈蚀速度及程度更严重。

3.3.2防止钢丝绳锈蚀的方法有2种：

(1)一是通过TPM管理，全员参与经过有效的培训施行定点、定人、定法、定期、定量的五定方式进行给油脂，使经常处于长期使用运动状态的钢丝绳得要应有的保护，使之涂油润滑成为一个必不可少的工作；根据现场采购钢丝绳说明对麻芯和合成绳芯有润滑脂含量在11-13%，可以要求厂家供应含油量少的钢丝绳，因为钢丝绳中添加油脂对其具有很好的润滑效果，防腐蚀的作用也比较明显，是延长其使用寿命的重要环节之一。

(2)二是在使用环境恶劣、钢丝绳相对运动较少时，可选择镀锌或者外层有防护套等特种钢丝绳，从物理方面来增加防护措施。

四、外观变形

许多生产现场发生钢丝绳断裂事故是因为钢丝绳安装前未确认、运行中受到变形损伤未检查到等，对其使用状态放任不管，未能采取措施，导致大祸的产生。变形的主要原因有以下几种：

3.4.1 变形分类

(1)外伤

在日常生产正常运行过程中，吊运时发生外拉斜吊与其它设备或部件发生接触产生剐蹭容易造成外伤；钢丝绳在滑轮内侧滑槽滑动运行、吊具夹缝中挤压等也能产生外伤；卷筒下方防护挡板碰撞、卡箍式重锤限位移动时碰撞等也是产生外伤的因素，常常会因为剐蹭外伤使一台车正常使用钢丝绳由于局部损坏而报废，导致成批量的钢丝绳不能使用，产生大量浪费。

避免外伤的发生可以通过外部的改造或通过安全装置的设置，吊具滑轮可设置可靠的防摩擦挡圈减少钢丝绳与罩壳的碰擦，挡圈与滑轮外圈的间隙安装不能过大防止钢丝绳逃出产生撕拉卡死，建议为钢丝绳许用直径的20%，挡轮直径与钢丝绳尽量一致减少摩擦剐蹭且增设防护套。

卷筒上的钢丝绳应该使用压板压实，以防绳圈跳出挡板造成松弛致使钢丝绳受伤。限位挡圈改为保护套软钢丝绳且增加弧度，减少钢丝绳在缠紧时碰撞。

(2)压溃

钢丝绳在卷筒上发生卷乱后钢丝绳聚集在一起堆叠相互挤压容易产生压溃现象。钢丝绳在卷筒上卷乱时，受到吊物重力的作用下，绳与绳之间相互作用产生挤压，在运行时会连续不间断发出“咯吱”的声响。由压溃造成的钢丝绳损伤会在集中受力面局部快速出现大面积断裂层与压扁的痕迹。

必要时可在起升机构合理位置设置防护设施，如导绳器、压绳装置等，来保证钢丝绳的排列，若现场空间位置条件允许情况下可以根据卷筒大小增加绳槽数量以及槽深、槽宽，缓解钢丝绳之间相互挤压，做到可以防止钢丝绳出现卷乱现象发生。

五、使用过载

随着长时间吊物运行、载荷的增加，在钢丝绳每个捻距的长度会有微量的伸长，致使整根钢丝绳长度发生变化，当运行载荷累积超过弹性极限性，丝线会产生塑性变形，无法恢复原状，丝线直径减小，股线捻距伸长，钢丝绳也相应变细变长。由于钢丝绳各部分相互压紧，钢丝及绳股之间的间隙减小钢丝绳内部油脂被挤压出来，新的油脂无法及时补充导致绳股凹处形成干磨状态，逐渐表面出现红褐色铁锈状细粉末，其为丝线断裂摩擦产生的铁屑。

此时钢丝绳使用过程再次受力的情况下就可能会瞬间崩断。过载的钢丝绳在后续使用的过程中一般不会马上发生断裂事故，但是一定不能作为吊运绳索使用，作为一般绳索使用也会在后续使用中大大地缩短其正常使用寿命。

可采取以下措施：

①、通过查表理论计算正确选用钢丝绳的安全系数，增强钢丝绳固有冲击能力，减少静载荷以外的载荷对钢丝绳冲击影响，来保证其使用寿命。

②、安全操作岗位规程纳入制度管理体系，从管理上杜绝错误思想的认识，严格控制超负荷现象，将其扼杀在摇篮中。

③、起重机上安装超载限制器，95%开始报警，105%自动切断电源，消除过载现象。

第四章 钢丝绳维护保养的要点

区域化管理中通过厂部系统统计分析2015年-2019年共计更换钢丝绳168次（见下图），在日常工作之中磨损、金属疲劳、扭曲是比较严重的几样，对钢丝绳近几年做具体的分析，对其劣化倾向管理进行跟踪记录、利用TPM管理的理念（定点、定人、定法、定期、定量的五定方式）进行全员参与，对钢丝绳的管理进行进一步深化，杜绝在正常生产中发生钢丝绳突然断裂的现象。针对设备部件及零部件的使用状态编制点检计划，根据设备技术标准并结合现场实际使用状况增订、修改点检标准。结合机械设备点检过程中发现的异常情况和实际数据，进行劣化倾向分析，对功能不完善及技术不达标的情况，制定改善措施并进行相应处理，日常作业中必须认真执行安全操着规程。这样才能逐年减少钢丝绳更换次数增加其使用寿命。

通过制定相应的标准及其相关制度，在所有人员的脑海里生根，牢牢记住，这样才能在钢丝绳的管理上不会出错。

结束语

钢丝绳的故障一般是有规律的，关键在于我们如何去进一步认识这些规律，掌握这些规律。从而找出有效的预防措施，尽量延长钢丝绳的使用寿命，减少安全生产事故的发生。

参考文献

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