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如何选择钢丝绳结构类型

2011-05-28 04:40:27本站

  1合理选择钢丝绳结构类型

  1.1选择平行捻股或组合平行捻股钢丝绳

  分析与实践证明,集装箱起重机钢丝绳相对合理,经济的结构是平行捻股钢丝绳或组合平行捻股钢丝绳(习惯称之为线接触股钢丝绳)。说其合理,是因为这种钢丝绳股不同层钢丝间接触面积虽不如压实股的大,破断拉力也不如压实股的高,但相对多工序交叉捻股钢丝绳,多工序复合捻股钢丝绳(习惯依次称为点接触股钢丝绳和点,线接触股钢丝绳)却有非常明显的结构优势。说其经济,是因为其生产技术难度比压实股钢丝绳小,价格比压实股钢丝绳(习惯称为面接触股钢丝绳)低,采购可选企业多。尽管压实股钢丝绳已被集装箱起重机使用实践证实相对于平行捻股钢丝绳寿命更高,但后者仍占据钢丝绳结构主导地位,并可能维持相当长的时间。从技术性与经济性综合考虑,集装箱钢丝绳应首选平行捻股钢丝绳,压实股钢丝绳可作为升级结构。

  1.2绳芯首选金属芯

  相对于纤维芯,金属芯最大的优点是其更能为外股提供有效支撑而保持钢丝绳结构稳定,同时使其具有相对较强的抗挤压能力和较高的破断拉力。国内港口在相当长的一段时间内,集装箱钢丝绳的绳芯是纤维芯与金属芯并存,然而实践证明,后者使用效果总是优于前者。也正因为如此,大多数港口淘汰纤维芯钢丝绳,因为纤维芯钢丝绳在其贮油效果相对较好的最大优点尚未充分发挥前,其对外股支撑能力的不稳定往往导致钢丝绳结构破坏而出现早期断丝。其实,集装箱钢丝绳在卷筒上采用单层缠绕,选择金属芯似乎意义不大,但在钢丝绳承受载荷通过滑轮时,纤维绳芯支撑能力相对较差的问题会很快暴露。至于采用金属芯会增加钢丝绳刚性,很大程度上是受固有思维影响,因为从几何特性看,绳芯位居钢丝绳中心,而钢丝绳经过滑轮时决定其弯曲难易程度的主要因素是组绳外层股数及股结构。另外,在相关资料中,卷筒(滑轮)直径大小设计并没有将绳芯作为考虑因素,这一点应特别注意。再之,世界钢丝绳生产技术强势企业推荐的集装箱钢丝绳全部为钢芯结构。

  1.3钢丝绳捻向应与卷筒沟槽旋向相反

  钢丝绳捻向与卷筒沟槽旋向间的配置关系往往不被重视,因而使用者往往易混淆。其实什么捻向钢丝绳应选什么旋向卷筒可用一句话描述:钢丝绳在卷筒上第一层缠绕方向即绳槽旋向应与钢丝绳捻向相反。对多层缠绕,不遵从上述原则,第一层易出现排绳不整体,随着绕绳层数增多,不整齐现象会更加严重,最终导致咬绳,如果是无绳槽卷筒,情况会更糟。集装箱钢丝绳在有绳卷筒上虽然通常采用单层缠绕,但最好也按上述规定选择绳捻向。

  1.4钢丝绳级别以1770MPa级或B种为宜

  虽然保证钢丝绳安全使用的最直接参数是最小破断拉力,而该值大小且与强度级别高低成正比例(钢丝绳采用强度数值概念表示级别)。单纯从安全系数看,钢丝绳强度级别越高越好,但从延长其寿命角度看,却未必总是如此。因为导致钢丝绳使用中性能逐渐降低的主要原因是其频繁经过卷筒(滑轮)承受反复弯曲应力而产生的疲劳,且集装箱钢丝绳在滑轮系统承受的是双向弯曲,磨损虽然也会带来钢丝绳承载能力降低,但大部分集装箱钢丝绳的报废却是疲劳断丝。延缓钢丝绳绕经滑轮时疲劳断丝现象的早期发生,才是提高其使用寿命的根本。基于材料强度大小与韧性高低之间的反趋势规律,集装箱钢丝绳宜选择1770MPa或ISG3525中的B种。如果一定要提高钢丝绳最小破断拉力,建议走压实股钢丝绳技术思路而不宜将普通股钢丝绳级别提高到1960MPa或2160MPa,否则,应选欧洲钢丝绳生产技术强势企业产品,如德国迪帕(DIEPA),卡萨(CASAR),英国波莱顿(BRIDION)和奥地利托飞宝(TEUFELBERGER)等品牌,以保证钢丝在具有高强度的同时,能够继续保持相对较高的韧性。

  1.5注意订货钢丝绳润滑问题

  大多数钢丝绳使用者订货时提出的技术条件通常包括钢丝绳结构,级别,捻法,捻向,钢丝表面状态和单根长度,一般不规定钢丝绳润滑方式和使用润滑油脂种类,其实这并不完整。基于钢丝绳出厂润滑对其后续使用寿命所具有的重要影响,欧洲相关标准明确要求将其列入订货内容。按我国过去钢丝绳生产工艺,如果只实施合绳淋油,虽然表面黏附油脂较多,能够减少钢丝绳与匹配轮槽间的摩擦,但其未必能够渗入组股钢丝内部,这样油脂就不能在钢丝绳经过滑轮时对组股钢丝间的滑动摩擦起良好的减摩作用,并有可能引起组股钢丝错乱,尤其在环境温度相对较低时情况会更为严重。如果油脂质量不高,遇到高温流淌或遇低温时龟裂,也不能起到应有的润滑作用,而用如果滴入刹车系统,甚至会引起安全隐患。因此,订购集装箱钢丝绳应明确油脂适应环境温度,根据国外钢丝绳使用实践,建议生产钢丝绳采用A2或A3淋油,当然也可以采用双A3润滑工艺。

  2及时检查钢丝绳经过的轮槽表面

  2.1轮槽表面光滑

  卷筒和滑轮相对于钢丝绳而言是耐磨件,但随着使用时间的推移同样也存在磨损,特别是滑轮,因为转速快,磨损问题会更突出,如果滑轮材质选用不当或制造工艺不合适,其表面会被坚硬的钢丝绳快速磨损而起槽(如果压实股钢丝绳钢丝出现翻楞现象,情况更严重),当捻制参数不同的钢丝绳通过时,必将增加钢丝表面接触应力,引起钢丝早期疲劳。但是,滑轮寿命虽与硬度相关,也并不是硬度越高越好,德国佩松(PYTHON)基于钢丝绳硬度约为50~55RC,其推荐绳槽表面硬度应不低于35RC,而最佳范围为40~45RC;波莱顿更认为轮槽硬度应与钢丝绳级别相对应。

  2.2控制轮槽磨损尺寸

  滑轮轮槽会随着使用时间延续逐渐磨损,一旦磨损比较严重,对新钢丝绳而言,有可能因其小于钢丝绳实际尺寸而使钢丝绳产生强制磨损,而强制磨损产生的摩擦热足以引起钢丝组织变异并诱发脆断。如果轮槽被磨损得过小,钢丝绳会被挤压变形。新制造滑轮的沟槽直径d相对于钢丝绳公称直径D均有一定的加大,但笔者走访不同港口发现,目前不仅缺乏绳槽磨损控制标准,用户也很少检测沟槽尺寸变化,绝大多数用户缺乏专用检测工具。用半径规对绳槽测量发现沟槽尺寸偏小现象时有发生,因此,应根据测试结果确定滑轮是否需要更还或修复。

  2.3注意滑轮转动灵活

  集装箱装卸过程中,如果钢丝绳经过滑轮时转动不灵活,则钢丝绳与其间正常的滚动摩擦将变成滑动摩擦,加上快的提升速度,摩擦产生的瞬时摩擦热完全会引发钢丝表面组织变异而出现早期断裂。除要求钢丝绳具备良好的润滑状态外,应及时检查滑轮转动的灵活性,防止出现轴承卡死现象,另外,要注意根据季节不同,对滑轮轴承使用不同的润滑油脂,特别是在寒冷地区。

  3按规范使用钢丝绳

  钢丝绳外观给人感觉似乎很结实,其实并不总是如此,使用起来应格外小心。国外钢丝绳生产技术强势企业一再提示,钢丝绳本身如同一台复杂的机器,搬运和使用要特别仔细,如多层股抗旋转钢丝绳放绳不规范或使用过程中突然加载,都会出现起灯笼或内层绳外溢现象,集装箱钢丝绳也是如此。

  3.1按规范进行放(换)绳

  进行装绳作业时,一定要使钢丝绳按照滚动(转动)的方式放出,另外,当把钢丝绳从绳轮引入穿绳系统时,钢丝绳在绳轮和滑轮(卷筒)间正确的运行路线应呈L形而不是S形,以尽可能避免因为放(换)绳方法不当而给钢丝绳附加较大的内应力。

  3.2根据钢丝绳特性决定防转球使用

  采用场桥或岸桥进行集装箱装卸,钢丝绳通常为非抗旋转钢丝绳,肯定不用防转球。而采用门机时,有可能使用抗旋转钢丝绳,也有可能使用非抗旋转钢丝绳,如果为后者,则不应使用防转球,前者是否使用防转球也应慎重。目前普遍使用的17×7类钢丝绳,尽管长期以来习惯称之为抗旋转钢丝绳,但根据相关标准,严格上说,这种钢丝绳只是半抗旋转钢丝绳。根据钢丝绳旋转特性将其分为非抗旋转钢丝绳,半抗旋转钢丝绳和抗旋转钢丝绳3类,并就划分办法达成一致意见:对钢丝绳施加其最小破断拉力10%的载荷,测量150D倍长度上试样转角,< 20℃,则为抗旋转钢丝绳;如果20℃≤a≤180℃则为半抗旋转钢丝绳;如果a>180℃,则为不抗旋转钢丝绳。虽然使用该类钢丝绳的国内港口普遍使用防转球,但根据笔者对国外资料的掌握,建议不妨取掉一试。因为钢丝绳生产技术强势企业在相关资料中明确规定,只是使用抗旋转钢丝绳时才使用防转球,以防止钢丝绳经过滑轮时转动引起钢丝绳内外层绳转矩不平衡而降低其承载能力。一些港口门机以6×36WS-IWRC,6×29F-IWRC钢丝绳替代17×7类钢丝绳并取消防旋转球,已取得显着成效。

  3.3注意更换钢丝绳工艺参数的一致性

  集装箱钢丝绳通常是数根同时使用,为保持数根钢丝绳受力尽可能均匀,除不要把新,旧钢丝绳同时使用外,还应注意钢丝绳工艺参数的一致性。新,旧钢丝绳弹性伸长性能不同,同时使用时,伸长性能差的旧绳容易过载,而不同捻制工艺参数新钢丝绳同时使用,由于捻制工艺参数不同,受力后的伸长也不会完全一致,受力不均匀现象同样会发生,这将影响集装箱吊装的平稳性,需要增加调绳作业。

  4重视钢丝绳使用过程中的维护润滑

  4.1充分认识维护润滑对延长钢丝绳使用寿命的重要性

  钢丝绳制造过程中的润滑,主要为对其后续运输,贮存期间起防腐保护作用,以减少腐蚀介质对其性能的危害,在一定程度上还能通过减少钢丝绳使用初期钢丝间的摩擦来延长其使用寿命,并提高与其匹配的滑轮或卷筒的使用寿命。为获得最佳使用性能,大多数钢丝绳将得益于使用期间的维护润滑,在特殊环境温度下,润滑对钢丝绳使用寿命的影响甚至会超过钢丝本身的质量,尽管钢丝绳在制造过程中已进行预润滑,但只能保持其正常使用寿命的40% ,这意味着从润滑角度看,钢丝绳的最终使用效果和其工作期间适当的维护润滑有很大的关系。事实上,随着钢丝绳使用时间的延长,先期附着油脂会在温度,时间作用下分解,同时钢丝绳通过设备时油脂也会被部分黏附,这会引起其含油量逐渐减少。再之,吸附尘埃介质与油脂混合也会降低油脂的润滑性,所以,在使用过程中对钢丝绳适时,适当地补充润滑十分重要,如不及时补充,则钢丝间滑动受阻,钢丝绳变硬,容易引起断丝。从实际情况看,对钢丝绳的维护润滑并不总是能得到所有用户的重视,主要表现为不按规定使用油脂,使维护润滑流于形式,有的用户甚至希望钢丝绳企业能够制造免维护润滑钢丝绳,这显然是不切实际的。

  4.2掌握好对钢丝绳维护润滑的时机

  对钢丝绳的维护润滑应根据润滑油缺失情况进行,一定要掌握好时机,这有两层含义:其一,千万不能等出厂润滑油脂基本失去后再进行。托飞宝特别指出:过长时间没有加油,将会由于内部油源枯竭而致使外面加注润滑油脂无法进入内部,只有在内部尚有油膜时才会使外部补充润滑油脂更易于渗入。笔者也曾接触过某港口场桥短期连续发生多起钢丝绳突然断裂的案例,从外观油脂看似比较充分,但拆股发现,不仅股间积存大量粉尘,且钢丝锈蚀,断丝严重。经初步统计,断丝总面积占组绳钢丝总面积的25%以上,断绳自然不足为奇。其二,掌握好补加润滑油脂时的环境温度。对钢丝绳进行维护润滑,无论是采用专用油脂还是普通油脂,最好在环境温度较高的季节进行,以提高油脂进入组股钢丝内部的渗透能力,如果在温度较低地区且使用普通润滑油脂,补充润滑效果会很差。

  4.3采用合理的维护油脂补加方式

  对钢丝绳补充润滑可将油脂加热后再使用,类似钢丝绳生产中淋油,也可将高渗透能力专用维护油脂直接通过刷,喷,滴,抹等方法补充到钢丝绳内部。后者对环境温度要求不高,四季均可进行。笔者对由正常淋油股,不淋油且进行淋水锈蚀处理股和不淋油但后续涂刷高渗透维护油脂股组成的钢丝绳进行疲劳试验,结果表明:维护油脂可渗透到组股钢丝内部,环境温度有助于组股内部油脂均匀化。笔者走访不同区域港口发现,即使生产过程中润滑不充分的钢丝绳,但只要处于温度较高季节使用,一般不会出现因为润滑不足而导致的质量问题,可在冬季环境温度明显偏低港口,出现问题似乎不可避免。在温度较低的情况下,使用高渗透专用油脂进行补充润滑可有效防止问题的发生。如果一定要使用膏状油脂,则应在环境温度较高的季节进行,必要时按规范对油脂适当加热,以增加其流动性。

  4.4使用高性能专用润滑油脂

  对钢丝绳维护润滑,使用普通润滑油或润滑脂并不能真正起到延长其使用寿命的作用,只能算是完成了作业过程,因为:%非专用油脂一般不能和钢丝绳出厂油脂兼容,否则,就没有必要制定钢丝绳专用油脂标准。&非专用油脂由于渗透性不高或现场缺少必要的加热设备,油脂很难进入组股钢丝内部,补充油脂只能附着在钢丝绳表面,尤其是在环境问题较低的情况下。有的用户使用普通黄油补充润滑,甚至使用报废机油,而真正使用专用维护油脂的不多,但他们仍在坚持,且明显受益。对使用中钢丝绳的润滑维护,应该使用与出厂油脂兼容,渗透能力强的专用维护脂。

  5及时处理使用过程中出现的初期断丝

  钢丝绳在使用中从出现断丝到最终断丝数达到报废数量是一个累积过程,不可能因为一有断丝就换绳,使用初期出现个别断丝情况比较特殊,原因有:%有可能是钢丝拉拔过程中焊点开裂。这种情况不易直接看出,需要进行组织分析,但断口基本无缩颈现象。&股,绳生产过程中钢丝焊点断开。在这种情况下,钢丝断头部位有金属焊瘤。另外,还有一种情况比较少见,虽然钢丝断头较多,但仔细观察发现集中在一根股上。这种情况断的往往是一根钢丝,这是在合股过程出现单根钢丝断开后通过手工补头导致该钢丝在一段长度不可能紧密捻制所致,并不是数根钢丝存在明显的质量问题。对早期钢丝断头,要及时处理,防止翘起后在钢丝绳经过滑轮时硌伤近邻位置的钢丝。

  6关注钢丝绳异常失效现象

  钢丝绳的正常失效一般情况下可明确判断,但对一些特殊失效现象,钢丝绳使用者更应仔细回顾使用过程,查看相关设备。如某港口卸船机断绳外观,从数根股能够整体集中在一处断裂看,可以排除制造存在问题的可能性。某港口岸桥钢丝绳从发现断丝到作业不足一个班次严重断丝的钢丝绳外观,根据断丝组织马氏体的出现,可以确认钢丝绳在使用过程中受到了意外强制摩擦。

  7摸索贴合实际的合理的判废标准

  除按相应标准对钢丝绳实施报废外,还应切合使用经验。对集装箱钢丝绳,不同港口考核钢丝绳使用寿命的方法并不完全一致,有的按设备实际运行时间,有的按经历的自然时间,有的按实际装卸量。笔者注意到,为保证作业安全,有些港口尝试使用无损检测仪检测钢丝绳使用过程中的断丝,尽管检测方法更加科学,但也存在一些问题,因为目前标准所给出的判废断丝数是基于对钢丝绳断丝的外观检测结果,采用无损检测结果判定钢丝绳是否能够继续使用显然不妥,这将缩短钢丝绳真实使用寿命。钢丝绳合理使用既要立足标准,又要立足实际,有些港口之所以对照标准并参考经验使用钢丝绳,且取得良好效果,其理由正基于此。

  8重视对不同结构钢丝绳性能的认识

  虽然不需要用户象制造者那样对不同结构钢丝绳的性能有比较清楚的认识,但不能凭主观判断去选择,使用钢丝绳。如17×7类钢丝绳,由于其本身固有的缺陷,通常情况下使用过程中断丝主要发生在内层绳(股),如果固执地认为不应如此,显然不妥。金属芯钢丝绳含油量和手感柔软程度虽不如纤维芯钢丝绳,然而即使基于港口潮湿的腐蚀环境,集装箱钢丝绳选择纤维芯已被实践证明并不合理,因纤维绳芯保持钢丝绳结构完整性相对于金属芯较弱之弊,远大于其相对于金属芯更能为钢丝绳使用提供足够润滑之利。

  9加强制造者与使用者之间的信息交流

  延长集装箱钢丝绳使用寿命,需要使用者与生产者的共同努力,二者之间技术沟通十分重要。只有使用者将使用钢丝绳的真实情况传递给制造者,制造者才能有的放矢地改进产品质量。当然,使用者通过与制造者的交流,也可从中获得更多与钢丝绳相关的专业知识,包括了解集装箱钢丝绳技术发展新成果而不仅限于使用钢丝绳,也会避免凭主观想像不合理择绳,例如,为实现集装箱钢丝绳绳芯钢芯化,笔者所在企业就曾付出过相当的努力。

  

  1. 起重机的应用特点
  2. 针对某型起重机的分析

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