塔式起重機(jī)用鋼絲繩的選擇和檢驗(yàn)方法

崔新玲

（溫州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院,浙江 溫州 3 2 5 0 0 7）

摘要：鋼絲繩是實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)吊裝作業(yè)的重要零部件，其合理選型與正常使用直接關(guān)系到塔式起重機(jī)作業(yè)的安全性。結(jié)合相關(guān)知識(shí)，淺析塔式起重機(jī)用鋼絲繩的選擇與檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；鋼絲繩；選擇；檢驗(yàn)

鋼絲繩是一種具有自重輕、撓性好、強(qiáng)度高及突然斷裂率低等優(yōu)點(diǎn)的起重機(jī)零部件，其在塔式起重機(jī)的變幅與起升機(jī)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。但鋼絲繩在工作狀態(tài)下會(huì)受到擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲和張拉等作用，因此一旦鋼絲繩選型不當(dāng)或檢驗(yàn)不及時(shí)，就會(huì)對(duì)塔式起重機(jī)的安全使用造成嚴(yán)重威脅。對(duì)此，首先介紹塔式起重機(jī)用鋼絲繩的選擇，然后再進(jìn)一步提出相應(yīng)的檢驗(yàn)方法。

1 鋼絲繩的選擇

在選擇塔式起重機(jī)用鋼絲繩時(shí)，一般應(yīng)對(duì)其安全系數(shù)、直徑和結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)行綜合考慮，具體如下：

1.1 安全系數(shù)的確定

對(duì)于塔式起重機(jī)用鋼絲繩，應(yīng)根據(jù)起重機(jī)變幅與起升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別來(lái)確定其安全系數(shù)，具體參照G B/T 1 3 7 5 2-1 9 9 2。其中，變幅與起升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別分別為M3-M4、M5-M6。表1所示為不同工作級(jí)別的安全系數(shù)。

表1 不同工作級(jí)別的安全系數(shù)

工作級(jí)別M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7安全系數(shù)3.5 4 4.5 5. 5.5 6 7

1.2 直徑的選擇

塔式起重機(jī)用鋼絲繩的直徑應(yīng)滿足如下公式：

式中，1F表示鋼絲繩破斷拉力的最小值；

Fmax表示鋼絲繩靜拉力的最大值；

S表示鋼絲繩的安全系數(shù)。

若按工作機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)來(lái)選擇其直徑，則鋼絲繩破斷總拉力的最小值應(yīng)滿足如下公式：

式中，0F表示鋼絲繩破斷的總拉力；

φ表示鋼絲繩破斷拉力的換算系數(shù)，具體參照G B/T 8 7 0 6-2 0 0 6，即由鋼絲繩的捻制損失系數(shù)和填充系數(shù)而定。通過(guò)比較分析，建議在選擇塔式起重機(jī)用鋼絲繩的直徑時(shí)選用后一公式。但在這一過(guò)程，需將鋼絲繩的接頭形式考慮其中，即鋼絲繩的直徑=計(jì)算結(jié)果與接頭強(qiáng)度系數(shù)的商值，注意若計(jì)算結(jié)果＜φ1 0，則鋼絲繩直徑的最小值應(yīng)≥φ1 0，以保證塔式起重機(jī)的安全。

1.3 鋼絲繩的結(jié)構(gòu)形式

鋼絲繩內(nèi)部絲的接觸方式一般可分為點(diǎn)、線、面接觸，其中塔式起重機(jī)用鋼絲繩適合選用線接觸，以滿足其結(jié)構(gòu)緊密及斷面利用系數(shù)高的特點(diǎn)。由于塔式起重機(jī)起升高度大、起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩運(yùn)行速度快，而動(dòng)臂變幅機(jī)構(gòu)鋼絲繩工作載荷重，所以塔式起重機(jī)鋼絲繩的最佳纏繞方式應(yīng)選為交互捻，以改善其扭轉(zhuǎn)力的平衡度及保證吊具不打轉(zhuǎn)。與纖維芯鋼絲繩相比，宜選用鋼芯鋼絲繩，究其原因?yàn)殇撔句摻z繩具有較高的徑向抗壓能力，其在卷筒上纏繞時(shí)，可減少內(nèi)部的磨損及層間的擠壓變形。綜上，塔式起重機(jī)用鋼絲繩宜選用線接觸、交互捻和鋼芯圓股的結(jié)構(gòu)形式。

2 鋼絲繩的檢驗(yàn)

塔式起重機(jī)用鋼絲繩的檢驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其一般分為人工檢驗(yàn)與儀器檢驗(yàn)，具體如下。

2.1 人工檢驗(yàn)

人工檢驗(yàn)是通過(guò)目測(cè)觀察或用卡尺來(lái)測(cè)量鋼絲繩的質(zhì)量，其具體檢驗(yàn)以下幾個(gè)方面。

（1）斷絲檢驗(yàn)，塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求定期更換鋼絲繩，其中6或8股鋼絲繩的外表面易發(fā)生斷絲，而且旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的內(nèi)部易發(fā)生“隱性”的斷絲，注意針對(duì)由鋼絲繩內(nèi)部損壞所致的局部斷絲，要求進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

（2）端部斷絲，即因鋼絲繩端部的磨損幾率較小，而一旦產(chǎn)生斷絲，則表明其已進(jìn)入疲勞狀態(tài)，需及時(shí)通過(guò)檢驗(yàn)將其更換，以免鋼絲繩斷裂。

（3）斷絲增長(zhǎng)率，鋼絲繩在使用中會(huì)產(chǎn)生斷絲，而斷絲的數(shù)量隨著時(shí)間的推移緩慢增加，注意若斷絲增長(zhǎng)的時(shí)間間隔在縮短，則應(yīng)按斷絲數(shù)來(lái)計(jì)算其使用時(shí)間。

（4）繩徑減小，即當(dāng)鋼絲繩的繩徑因繩芯損壞而減小時(shí)，鋼絲繩的強(qiáng)度會(huì)降低及其繩股應(yīng)力也會(huì)失衡，則應(yīng)仔細(xì)檢查鋼絲繩是否存在繩芯損壞的情況。

（5）內(nèi)、外部磨損，即在壓力作用下與卷筒槽和滑輪槽反復(fù)接觸時(shí)，鋼絲繩的外層繩股表面會(huì)磨損，通常在吊運(yùn)載荷加速或減速運(yùn)行時(shí)尤其嚴(yán)重，即繩的外表面鋼絲呈平面狀；鋼絲繩內(nèi)部繩股在工作中會(huì)產(chǎn)生擠壓磨損，通常在彎曲處尤其嚴(yán)重；鋼絲磨損不僅會(huì)降低鋼絲繩的強(qiáng)度，還會(huì)減小其截面和直徑，注意當(dāng)外層鋼絲直接減小率≥4 0%，則應(yīng)將其更換。

（6）銹蝕，由于塔式起重機(jī)的鋼絲繩通常都在露天環(huán)節(jié)使用，局部不運(yùn)行部位的鋼絲繩如果潤(rùn)滑不良或者受高溫潮濕環(huán)境的影響，極易引發(fā)銹蝕，因此應(yīng)注意檢驗(yàn)鋼絲繩的潤(rùn)滑及銹蝕情況。

（7）變形，即當(dāng)鋼絲繩外形變化時(shí)，其會(huì)因應(yīng)力分布的失衡而突然斷裂，具體如下：波浪形，即在卸載或承載狀態(tài)下，鋼絲繩的縱軸呈螺旋線形狀，這將引起鋼絲繩不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)或斷絲；籠形畸變，即由鋼絲繩外層繩股和繩芯脫節(jié)所致，這將減小繩徑及使其長(zhǎng)度增長(zhǎng)，甚至造成外層繩股移位，應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)和更換。

（8）配套聯(lián)接件檢驗(yàn)，即鋼絲繩的繩頭聯(lián)接裝置如繩卡、楔塊、楔套、壓板也應(yīng)檢查其固定是否牢固。綜上，在人工檢驗(yàn)中，一旦塔式起重機(jī)的鋼絲繩出現(xiàn)上述情況，應(yīng)當(dāng)據(jù)其嚴(yán)重程度加以更換。

2.2 儀器檢驗(yàn)

儀器檢驗(yàn)指的是用鋼絲繩專用的探傷儀來(lái)檢查其缺陷，其具體表現(xiàn)在如下方面。

（1）探傷儀的作用原理：一是采取漏磁檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)鋼絲繩的斷絲缺陷，即先用磁場(chǎng)沿軸向?qū)︿摻z繩進(jìn)行磁化，再用磁敏檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)其中存在的漏磁場(chǎng)，最后再通過(guò)分析漏磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)確定鋼絲繩的斷絲情況；二是利用鋼絲繩的導(dǎo)磁性和磁通平衡原理來(lái)檢測(cè)鋼絲繩的缺陷，即先用平衡磁路敏感元器件來(lái)檢測(cè)鋼絲繩磁通量的變化，再通過(guò)分析變化信號(hào)來(lái)確定鋼絲繩截面積的變化情況。

（2）探傷儀的使用，即先將探傷儀的傳感器裝在塔式起重機(jī)的定滑輪或卷筒附近，用其收集鋼絲繩內(nèi)部的缺陷信號(hào)及存入存儲(chǔ)器，然后再通過(guò)放大分辨后，用1 6倍的高速A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)，最后再用電腦智能監(jiān)控器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示鋼絲繩的位置、長(zhǎng)度和斷絲數(shù)，注意若鋼絲繩存有缺陷，監(jiān)控器會(huì)立即顯示及發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并對(duì)檢測(cè)日期進(jìn)行編號(hào)及打印出檢驗(yàn)參數(shù)。

儀器檢驗(yàn)與人工檢驗(yàn)相比，檢驗(yàn)效率高，精度高，利于檢驗(yàn)出鋼絲繩內(nèi)部缺陷，可以結(jié)合軟件系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩剩余載荷及使用壽命給出可靠性評(píng)價(jià)，此外，對(duì)于重要鋼絲繩還可以采用在線檢驗(yàn)。儀器檢驗(yàn)的局限性也是顯而易見(jiàn)的，如無(wú)法對(duì)鋼絲繩的銹蝕、彎折及變形情況進(jìn)行檢驗(yàn)，無(wú)法對(duì)鋼絲繩的繩端部位及聯(lián)接件進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，在實(shí)際的使用中，應(yīng)結(jié)合具體情況合理選擇鋼絲繩的檢驗(yàn)方法。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，塔式起重機(jī)的鋼絲繩在使用中一般會(huì)產(chǎn)生斷絲、磨損、變形及其它形式的缺陷，從而給起重機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成極大隱患。因此，在塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)優(yōu)選鋼絲繩，建議嚴(yán)控其安全系數(shù)、直徑和結(jié)構(gòu)形式；其次應(yīng)定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)，其中檢驗(yàn)的內(nèi)容包括鋼絲繩（繩端）斷絲及其增長(zhǎng)率、繩徑減小、鋼絲繩內(nèi)（外）部磨損、變形、銹蝕等，注意針對(duì)在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重缺陷，應(yīng)按需更換鋼絲繩。此外，在塔式起重機(jī)鋼絲繩的檢驗(yàn)中，還應(yīng)注意如下事項(xiàng)：一是針對(duì)鋼絲繩的直徑，應(yīng)沿鋼絲繩的走向設(shè)多點(diǎn)測(cè)量，以測(cè)定其最小繩徑，這是鋼絲繩的報(bào)廢的重要判定依據(jù)；二是在鋼絲繩的斷絲與磨損檢驗(yàn)時(shí)，建議選用鋼絲繩探傷儀來(lái)實(shí)行定（性）量檢驗(yàn)。如此才能保證塔式起重機(jī)鋼絲繩的安全使用。

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