提高桥式抓斗卸船机钢丝绳使用安全经济性的探讨

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1 提高桥式抓斗卸船机钢丝绳使用安全经济性的探讨

Probe into the improvement of security and economy of steel wire rope used in bridge

grab bucket type crane

翁春华()

（厦门华夏国际电力发展有限公司，福建 厦门 361026）

摘 要：介绍了桥式抓斗卸船机钢丝绳主缠绕系统的使用现状梗概，提出了优化维护方法及局部改进对策，以提高卸船机钢丝绳使用的安全经济性。

关键词：桥式抓斗卸船机；钢丝绳主缠绕系统；优化维护；安全经济性

Abstract:This paper introduce the actuality bare bones of using for the main steel wire rope

enlacement system used in bridge grab bucket type crane , in order to improve the security

and economy of steel wire rope used in bridge grab bucket type crane，This paper also points out

the optimization maintenancemethod and the part of ameliorationcountermeasure.

Key words:bridge grab bucket type crane；main steel wire rope enlacement system；optimization

maintenance；security and economy

1 简介

桥式抓斗卸船机是种港口起重运输机械，它被广泛运用于港口码头及燃煤火力发电厂，用来卸装如煤等散料货物。它主要由大车行走机构、钢丝绳缠绕系统、接料系统、电气控制系统及钢结构等组成，如图1所示。其中，钢丝绳缠绕系统是主要系统，由小车运行机构、起升/开闭机构、俯仰机构组成。

牵引式桥式抓斗卸船机卸船工作流程如下：抓斗从船舱抓取物料→起升机构将抓斗提升到一定高度→小车从船舱向料斗方向移动→抓斗位于料斗的正上方打开→物料落入料斗内，并从料斗出口落到振动给料器内→振动给料器通过振动半物料连续均匀地送到给料皮带机内→给料皮带机将物料送到地面皮带机的转换台。如此反复，完成卸船机的卸料任务。

图1 1400t/h型桥式抓斗卸船机

1-后大梁 2-斜拉杆 3-漏斗梁 4-漏斗 5-副操作室（副司机室） 6-司机室 7-抓斗 8-主小车

9-后拉杆 10-起升（闭合）滑轮组 11-起升（闭合）滑轮组 12-俯仰机构 13-起升/开闭机构 14-小车运行机构 15-机器房 16-小车夜压张紧装置 17-副小车 页眉内容

抓斗主小车补偿钢丝绳副小车液压小车滑轮张紧装置油缸小车牵引钢丝绳液压缓冲器起升钢丝绳开闭钢丝绳开闭卷筒起升卷筒小车牵引卷筒钢丝绳主缠绕系统是桥式抓斗卸船机的核心组成部分，它由俯仰钢丝绳、起升钢丝绳、开闭钢丝绳、小车牵引钢丝绳和各机构上的卷筒、滑轮组成。其中，起升钢丝绳通过牛腿与抓斗连接，开闭钢丝绳通过梨形/C形接头与抓斗连接，如图2 所示。

图2 卸船机钢丝绳缠绕系统图

2 钢丝绳使用的安全经济性分析

卸船机钢丝绳缠绕系统中的起升/开闭和牵引钢丝绳为频繁承受动静载荷的部位，是卸船机工作时关键机构，也是本文阐述的重点。这些钢丝绳在作业时，不但承受着抓斗、物料和自重的静载荷，而且承受着因加速度和冲击引起的动载荷。钢丝绳反复卷饶卷筒和滑轮，周期性承受较大的弯应力，承受着因弯曲引起的附加载荷；另外，当钢丝绳受力伸长时钢丝绳钢丝彼此之间产生磨擦，绳与滑轮、卷筒槽底，绳与起吊件之间的磨擦等，钢丝绳承受着因摩擦引起的阻力载荷。钢丝绳在这些载荷的作用下产生很大的拉、弯应力，当拉伸、弯曲的次数超过一定数值后，会使钢丝绳出现 “金属疲劳”的现象，使钢丝绳钢丝使用一定时间后就会出现磨损、断裂现象。因此，卸船机钢丝绳在生产实践中所暴露出来的问题主要表现为磨损与断丝。其中，磨损与断丝尤为突出的是起升钢丝绳与抓斗连接处的20米段，小车牵引钢丝绳往返于滑轮的主工作段，以及抓斗内钢丝绳。

2.1．影响钢丝绳使用寿命的因素

钢丝绳的使用频率以总运转小时数和平均日工作小时数来衡量。在总运转小时数一定的情况下（如桥式抓斗卸船机反应在某一数值的卸货量），使用越频繁，即日平均工作小时数越高，钢丝绳就越容易疲劳，磨损和断丝就越快，使用寿命就越短。

2.1.2 载荷情况

前面已经提到，桥式抓斗卸船机钢丝绳所受到动、静载荷，附加载荷和阻力载荷的综合作用，在上述各载荷中，动、静载荷的级别和性质对钢丝绳的使用寿命影响尤为明显。当钢丝绳频繁承受较大的动、静载荷特别是较大的冲击载荷时，就可能增加钢丝绳的微量伸长率，载荷超过弹性极限时，钢丝绳断裂的隐患就增加。

钢丝绳是由若干运动元件（钢丝、股绳、衬芯等）所组成，各个元件之间仍存在或多或少的相对运动，它和齿轮、轴承、链条等运动副有相似的情况。钢丝绳在受到拉伸、弯曲和扭转时，每根钢丝、每股扭绳以及衬芯各自和相互之间都有摩擦和磨损。在它通过滑轮等转向或压紧装置时不免有滑动，也同样有相对的摩擦和磨损。具体有下列几种现象产生：1．由页眉内容

3 于润滑不足、压力过大，在上述实际接触摩擦部位出现连续磨损和粘着磨损。

2．由于尘屑、磨料的附着和掺入而引起磨料磨损。3．如果钢丝绳暴露在潮湿、酸、碱或酸性气体时会引起腐蚀和化学侵蚀。钢丝和股绳内部的腐蚀因不易察觉而有继续发展不断降低强度的倾向，故极为危险。外部腐蚀不难看出，并可以迅速加以防止。而通过检查发现外部腐蚀，还能给润滑失效所引起的内部腐蚀提供信号。4．由于超载、冲击或弯曲过度使钢丝结构变化、强度降低的疲劳现象为一种不易察觉的逐渐累积突然破坏形式。5．由于钢丝相互之间，钢丝与绳轮、鼓轮之间；比压过大而油膜强度不足，以至出现印痕和变形。6．由于金属直接接触所带来的摩擦热而引起的高温和继之快速的冷却，有使钢丝淬火而形成脆性硬度的倾向。如钢丝表面已变脆，则其脆化表面更易开裂、疲劳而终于断裂。

因此，保证钢丝绳充足的润滑和正确合理使用钢丝绳的润滑油，对于延长钢丝绳的使用寿命至关重要。有资料表明，对钢丝绳进行系统润滑，可使钢丝绳寿命延长2～3倍，所以，要定期对钢丝绳进行润滑，使之经常处于良好的润滑状态。

钢丝绳在制造时按钢丝成股和股成绳的绕制方向有同向捻和交互捻两种，同向捻钢丝绳是钢丝成股和股成绳时绕制方向相同，这类钢丝绳的挠性好，适合起升机构钢丝绳多次绕过滑轮和卷筒的实际工作情况，但若不采用预变形处理，则易松散和扭转；交互捻钢丝绳钢丝成股和股成绳时绕制方向相反，不松散，但挠性稍差。除上述两种钢丝绳外，近年来在起重机中还使用一种不扭转钢丝绳，这种钢丝绳由内外两层绳股组成，但两层绳股的绕向相反，内外层绳股旋转力矩平衡，因此自由端不产生旋转，同时，它的支撑点比普通钢丝绳约增加3.3倍，有较大的抗挤压强度，不易变形，总破断拉力大于普通起升钢丝绳的破断拉力。由此可知，由于桥式抓斗卸船机的钢丝绳主缠绕系统为起升机构，应优先选用不扭转钢丝绳，其次选用经预变形的同向捻钢丝绳或交互捻钢丝绳。由于起升机构空载时普通同向捻钢丝绳易松散和扭转，起升机构中应尽量少用。

在卸船机的主缠绕系统中，滑轮直径与钢丝绳直径比值，以及钢丝绳中心线与卷筒、滑轮轴线中点连线产生偏角的影响是设计制造因素影响的主要方面。

滑轮直径与钢丝绳直径的比值，低架小于25；高架小于30。滑轮直径过小，钢丝绳容易造成钢丝绳过大的弯曲，加剧了钢丝绳的磨损和疲劳损坏，影响使用寿命。

在起升作业时，钢丝绳从卷筒上绕进或绕出，并由卷筒一端移向另一端，使钢丝绳中心线与卷筒、滑轮轴线中点连线产生偏角α，若钢丝绳的最大拉力为Ｆ，则：

Ｆｘ＝Ｆｃｏｓα ；Ｆｙ＝Ｆｓｉｎα

显然，Ｆｘ是钢丝绳绕入卷筒的有效分力，它拉动钢丝绳绕进或绕出卷筒。因此，设计时希望Ｆｘ有较大的数值；Ｆｙ是有害分力，在滑轮上，它使钢丝绳与滑轮轮槽侧面产生摩擦力，Ｆｙ的数值过大，甚至会使钢丝绳脱槽；在卷筒上，它使钢丝绳的圈与圈之间产生摩擦力，Ｆｙ的数值过大，可能导致钢丝绳不能依次排列，产生乱绳现象。由此可知，α的数值越小越好。所以，国家标准规定α≤1°30′，对光面卷筒放宽到α≤2°。

2.2 钢丝绳断丝数的报废标准

当钢丝绳磨损断丝到一定程度时，就要进行报废更换。钢丝绳更换遵循普通国标原则，钢丝绳的表面钢丝被磨损或腐蚀达钢丝直径40%时应更换；钢丝绳如因内、外部磨损、腐蚀以及伸长等原因而使其直径减少15%，那么即使无断丝也要报废；某一绳股，如发现轧扁或轧断，绳股凸出，钢绳扭结等现象应立即更换；绳心外露、变质、变脆缺油的钢丝绳必须更换。局部外层钢丝伸长呈“笼”形时；钢丝绳发生扭结、弯折塑性变形、麻芯脱出、受到电焊渣或高温作用影响钢丝绳的性能指标时应报废。 页眉内容

对于6股和8股的钢丝绳，断丝主要发生在外表；而对于多层绳股的钢丝绳（典型的多股结构）就不同，这种钢丝绳断丝大多数发生在内中部，因而是“不可见的”断裂。表1考虑了这些因素，因此，单把各种因素结合起来考虑时，应按照下表报废标准，它适用于各种结构的钢丝绳。

表1钢丝绳报废标准

注：①d——钢丝绳直径。

② 填充钢丝不能看作承载钢丝，因此要从检验数中扣除。多层股钢丝绳仅考虑可见的外层绳股。带钢芯的钢丝绳，其绳芯看作内部绳股而不予考虑。

虽然钢丝绳的报废更换有章可循，然而在实际工作中，由于检测时主要采用传统的人工目视、手摸的落后检测手段，存在耗时、耗工、效率低下和检测不可靠、不准确的缺点，因此，大部分采用定期强制更换钢丝绳的方法，如厦门华夏电力公司嵩屿电厂按照积累的经验数据在规程中规定：起升、开闭钢丝绳，卸煤量达55万吨左右应予更换；小车牵引钢丝绳磨损断丝达报废标准或卸煤量达120万吨左右，应予更换。由于诸多因素的影响，通过对被强制更换的钢丝绳检查发现，很多情况下存在钢丝绳断丝数和磨损量远未达到报废标准就更换，这样就造成很大的浪费。

3提高钢丝绳安全经济性的途径探索

3.1钢丝绳的科学选型

防旋转钢丝绳就是当钢丝绳吊起一个无导向重物时，它并不沿着纵向轴旋转，或者几乎不旋转，或者钢丝绳的端头结构不转，或几乎不转。实现此特性的结果来自于绳芯的旋向与