大型橋式起重機(jī)是現(xiàn)代鋼廠生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，是制約煉鋼，煉鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中起重機(jī)用鋼絲繩的安全性是非常重要的問(wèn)題，因鋼絲繩的損傷或破斷而產(chǎn)生的重大事故時(shí)有發(fā)生。特別是像我煉鋼廠的260t吊車240t吊車都是吊裝鋼水罐的設(shè)備，為了確保使用中鋼絲繩的安全運(yùn)行，掌握鋼絲繩的損傷規(guī)律及防治方法很有必要。就起重機(jī)上使用的鋼絲繩而言，規(guī)格品種繁多、使用千差萬(wàn)別，但一般隨著使用時(shí)間的持續(xù)，都會(huì)出現(xiàn)損傷現(xiàn)象。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和采取預(yù)防措施的話，極易出現(xiàn)安全事故和影響生產(chǎn)的情況。因此掌握鋼絲繩的損傷和劣化及預(yù)防措施對(duì)于我門(mén)專業(yè)的機(jī)械點(diǎn)檢來(lái)說(shuō)時(shí)至關(guān)重要的。無(wú)錫市行車維修對(duì)于一些常見(jiàn)故障的排出方法也是我門(mén)點(diǎn)檢員必須掌握的。

1  鋼絲繩的損傷及防治方法

1.1  磨損

鋼絲繩在操作時(shí)與其它物體接觸并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦。在機(jī)械力的作用下，鋼絲繩的表面不斷磨損。磨損是鋼絲繩最常見(jiàn)的損傷方式，一般分為外部磨損、變形磨損和內(nèi)部磨損三種情況。圖1所示為單絲磨損的幾種斷面形狀。

圖1　磨損鋼絲的典型斷面形狀
a) 外部均勻磨損　b) 變形磨損　c) 內(nèi)部磨損

1.1.1  外部磨損 

鋼絲繩在使用過(guò)程中其外周與滑輪槽、卷筒壁、鉤頭等物體表面接觸而引起的磨損屬于外部磨損。在外部磨損后繩徑將變細(xì)，外周表面的細(xì)鋼絲被磨平。鋼絲繩的外部磨損使承受載荷的鋼絲截面積減小，鋼絲繩的破斷載荷也相應(yīng)降低。圖2是通過(guò)試驗(yàn)得到的鋼絲繩直徑減小率與破斷載荷降低率的關(guān)系曲線。由曲線可以看出，單周磨損較全周磨損更惡劣，所以應(yīng)盡可能使單周磨損的鋼絲改為全周均勻磨損。在鋼絲繩的全長(zhǎng)范圍內(nèi)， 應(yīng)盡可能地做到均勻磨損。如起重機(jī)鋼絲繩在使用中期換頭，一般可延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命30%～40%。

圖2　鋼絲繩直徑減小率與破斷載荷 降低率的關(guān)系曲線

1.1.2  變形磨損

由于振動(dòng)、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損，叫做變形磨損，這是一種局部磨損現(xiàn)象。如卷筒表 面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊，起重機(jī)起升鋼絲繩相互打纏，或者由于滑輪與卷筒中心偏 斜而產(chǎn)生的咬繩現(xiàn)象，都會(huì)使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。如把磨損后的表面細(xì)鋼絲剖開(kāi)，變形磨 損和外部磨損的區(qū)別如圖1所示。這種變形磨損因局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面在擠壓處 向兩旁伸展成翅形。從外表看，鋼絲寬度擴(kuò)展，雖鋼絲繩截面積減小不多，但局部擠壓處的鋼絲表面材質(zhì)硬化了，極易斷絲。
1.1.3  內(nèi)部磨損

在使用過(guò)程中，鋼絲繩經(jīng)過(guò)卷筒或滑輪時(shí)所承受的全部負(fù)荷壓在鋼絲繩的一側(cè)，各根細(xì)鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時(shí)，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內(nèi)部各根細(xì)鋼絲就會(huì)相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移，這時(shí)股與股之間接觸應(yīng)力增大，使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當(dāng)反復(fù)循環(huán)拉伸彎曲時(shí)，在深凹處則產(chǎn)生應(yīng)力集中而被折斷，構(gòu)成了內(nèi)部磨損。通常細(xì)鋼絲表面的壓力與鋼絲繩的壓力成正比，在張力相同情況下，由于受壓面積不同，單位面積承受的壓力也不同。從表面受壓磨損來(lái)看，采用線接觸鋼絲繩比采用點(diǎn)接觸鋼絲繩有利，采用面接觸鋼絲繩比采用線接觸鋼絲繩更有利。此外，鋼絲繩的彎曲程度、運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)鋼絲繩的內(nèi)部磨損均有影響。很明顯，選擇線接觸或者面接觸類型的鋼絲繩是減少內(nèi)部磨損的有效途徑。

1.2  疲勞 

鋼絲繩在使用過(guò)程中主要承受彎曲疲勞和拉伸、扭曲、振動(dòng)引起的疲勞。

1.2.1　彎曲疲勞

鋼絲繩重復(fù)通過(guò)滑輪或卷筒中撓上撓下，無(wú)數(shù)次的彎曲，容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞，韌性下降，最終導(dǎo)致斷絲。而疲勞斷絲出現(xiàn)在股的彎曲程度最厲害的一側(cè)外層鋼絲上。通常情況下，疲勞斷絲的出現(xiàn)意味著鋼絲繩已經(jīng)接近使用后期。

試驗(yàn)表明，鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比值(即卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比值)、安全系數(shù)和鋼絲繩結(jié)構(gòu)均有密切的關(guān)系。

1.2.2  拉伸、扭曲和振動(dòng)引起的疲勞

起重機(jī)鋼絲繩在起動(dòng)和制動(dòng)的始末，捆扎鋼絲繩在承受載荷的前后，變化的拉伸應(yīng)力會(huì)引起 金屬疲勞。此外，鋼絲繩經(jīng)常受到扭曲和振動(dòng)也是產(chǎn)生疲勞的原因。
    疲勞損傷的原理是在變應(yīng)力的作用下，細(xì)鋼絲表面首先由于各種滑移形成初始裂紋，然后裂紋尖端在切應(yīng)力的作用下反復(fù)塑性變形，使裂紋擴(kuò)展直至斷裂。其疲勞引起的斷絲一般斷口平齊，多半出現(xiàn)在表層鋼絲上，它們很有規(guī)律。

1.2.3　防止鋼絲繩疲勞損傷的途徑

1）在條件許可的情況下，應(yīng)盡可能使卷筒和滑輪的直徑加大。

2）在安排滑輪布局時(shí)，應(yīng)盡量避免使鋼絲繩反向彎曲，如圖3所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，反向彎 曲的破壞約為同向彎曲的2倍。

圖3　正確的滑輪布局

3)盡可能選擇結(jié)構(gòu)好的鋼絲繩，如瓦林吞,西盧或填充型等線接觸鋼絲繩。使用這些鋼絲繩能成倍地提高使用壽命。

1.3　銹蝕

鋼絲繩一般在露天使用，日曬雨淋會(huì)使鋼絲繩腐蝕，尤其是在有害氣體與惡劣環(huán)境下使用 的鋼絲繩，腐蝕造成的損傷就更嚴(yán)重。因腐蝕而受損的鋼絲繩表面存在氧親和性的差異， 使 表面的某一局部金屬成為陽(yáng)極，另一鄰近的局部金屬成為陰極，形成了大量的小電池。在小電池的作用下，表面便形成很多圓形腐蝕坑，并逐步加深。這些坑就成了應(yīng)力集中點(diǎn)、疲勞裂紋的源泉。與此同時(shí)，腐蝕使鋼絲繩的截面積減小、彈性和承受沖擊的能力降低。

防止鋼絲繩銹蝕損傷的方法有兩種，一種是勤涂油，對(duì)于經(jīng)常處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的鋼絲繩涂油 是必不可少的。新鋼絲繩麻芯一般含有12%～15%的油脂，而報(bào)廢的鋼絲繩在損耗最大的部位僅含2.4%的油脂，在同一根鋼絲繩的繩端，即使沒(méi)有經(jīng)過(guò)滑輪也仍含有12.7%～14.5% 的油脂。試驗(yàn)表明，涂油鋼絲繩在試驗(yàn)后期發(fā)生的斷絲約為不涂油的半數(shù)。一根鋼絲繩最初 的含 油量只能維持壽命的40%，其后如不加油則斷絲急劇增加。二是對(duì)使用環(huán)境惡劣、相對(duì)運(yùn)動(dòng) 較少的鋼絲繩可選擇鍍鋅、鍍鋁等特種鋼絲繩。這些鋼絲繩暴露在大氣中的鍍鋅或鍍鋁表面會(huì)形成氫氧化鋅和氫氧化鋁薄膜，能有效地防止鋼絲繩的腐蝕。

1.4　變形

很多斷繩事故是因?yàn)殇摻z繩事先受到過(guò)變形損傷而沒(méi)有引起人們的足夠重現(xiàn)，結(jié)果釀成大禍。變形的主要原因有以下幾種：

1.4.1　外傷

在操作過(guò)程中，鋼絲繩與其它設(shè)備不正常的接觸容易造成外傷。最明顯的外傷是鋼絲繩在滑 輪里滑槽，在卷筒上跳出擋板，結(jié)果常常使幾十米乃至數(shù)百米的鋼絲繩因?yàn)榫植寇垑亩鴪?bào)廢 。

防止鋼絲繩外傷的關(guān)鍵在于完善起重機(jī)設(shè)備?；啈?yīng)設(shè)置可靠的防滑槽擋圈，擋圈與滑輪外圈的間隙不大于鋼絲繩直徑的1/5。卷筒上的鋼絲繩不能松弛太多，以防繩圈跳出擋板在纏緊時(shí)軋壞。

1.4.2　壓潰

鋼絲繩在卷筒上卷亂后容易產(chǎn)生壓潰現(xiàn)象。鋼絲繩在卷筒上卷亂時(shí)，相互傾軋，在操作時(shí)會(huì)發(fā)出“軋吱軋吱”的聲響。由壓潰造成的鋼絲繩損傷會(huì)在局部迅速出現(xiàn)斷絲與壓扁的痕跡。

防止的措施是應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范選擇滑輪與卷筒的偏角，必要時(shí)可在起升機(jī)構(gòu)中設(shè)置排繩器或者 壓繩裝置，防止鋼絲繩出現(xiàn)卷亂現(xiàn)象。

1.4.3　扭結(jié)

    鋼絲繩在局部扭曲后產(chǎn)生的永久變形叫做鋼絲繩扭結(jié)。扭曲的方向與鋼絲繩旋向一致的稱為正扭結(jié)， 反之稱為負(fù)扭結(jié)。普通鋼絲繩帶有自轉(zhuǎn)性，如果繩股的端部不加捆扎便施加張力， 則繩股會(huì)向倒捻方向旋轉(zhuǎn)，這是造成鋼絲繩扭結(jié)的內(nèi)在因素。鋼絲繩在扭結(jié)后，經(jīng)過(guò)多次起吊受載， 也只有局部繩芯外露， 一般沒(méi)有斷絲現(xiàn)象。但試驗(yàn)表明，鋼絲繩在扭結(jié)損傷后強(qiáng)度將顯著降低。正扭結(jié)的強(qiáng)度只有原強(qiáng)度的60%～80%，負(fù)扭結(jié)的強(qiáng)度還不到原強(qiáng)度的50%。嚴(yán)重時(shí)強(qiáng)度將降低到只有原來(lái)的10%～20%。
    防止鋼絲繩扭結(jié)可采取以下措施：
　　1)在重要的起重設(shè)備上選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。
　　2)在鋼絲繩的自由端設(shè)置轉(zhuǎn)子(也稱防轉(zhuǎn)裝置)。
　　3)加強(qiáng)操作人員工作責(zé)任心，發(fā)現(xiàn)扭結(jié)跡象立即停止操作，釋放還原。

1.5　過(guò)載
    鋼絲繩隨著載荷的增加會(huì)有微量的伸長(zhǎng)，當(dāng)載荷超過(guò)彈性極限時(shí)，鋼絲繩就可能斷裂。通常 把鋼絲繩承受的靜載荷控制在破斷載荷的1/10～1/5，叫作安全負(fù)荷。安全負(fù)荷表示的是鋼 絲繩允許承受的額定靜負(fù)荷。但鋼絲繩實(shí)際上往往處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，鋼絲繩在工作時(shí)除了要承 受貨物、吊物、自重等靜載荷外，還要受到因加速度和沖擊引起的動(dòng)載荷，因彎曲引起的附加載荷，因摩擦引起的阻力載荷等等。由此可見(jiàn)，當(dāng)除了靜載荷以外的其它載荷增多時(shí)，實(shí)際的安全系數(shù)就降低了，鋼絲繩往往由此而引起過(guò)載。
    因過(guò)載而破斷的鋼絲繩，其斷口呈松散狀，6股的鋼絲繩斷口位置大多數(shù)不在一起，繩芯外露，這是鋼絲繩因過(guò)載而斷裂的特征。過(guò)載的鋼絲繩即使不發(fā)生斷裂事故，也會(huì)大大地縮短使用壽命。圖4是由試驗(yàn)得到的安全系數(shù)與鋼絲繩壽命的關(guān)系曲線，從圖中可見(jiàn)安全系數(shù)降低將導(dǎo)致鋼絲繩使用壽命急劇下降。

圖4　安全系數(shù)與鋼絲繩壽命關(guān)系

  為了防止鋼絲繩過(guò)載，應(yīng)采取以下措施：
  1)正確選用安全系數(shù)，力求減少靜載荷以外的其他載荷對(duì)鋼絲繩的影響。如彎曲載荷 可以 通過(guò)加大滑輪和卷筒直徑來(lái)減小，動(dòng)載荷可以通過(guò)提高起重機(jī)司機(jī)的操作水平、改進(jìn)起重機(jī) 性能來(lái)減少，摩擦阻力可以通過(guò)調(diào)整滑輪槽的形狀及補(bǔ)充潤(rùn)滑油來(lái)減少等等。
   2)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，杜絕人為的超負(fù)荷現(xiàn)象。
   3)在起重機(jī)上安裝負(fù)荷指示器、或超負(fù)荷限制器、或報(bào)警器，消除過(guò)載現(xiàn)象。

1.6  其它

除了上述5種鋼絲繩的基本損傷類型外，還有高溫幅射等因素也會(huì)使鋼絲繩造成損傷。但總的來(lái)看，鋼絲繩的損傷一般是有規(guī)律的，關(guān)鍵在于我們?nèi)绾稳ミM(jìn)一步認(rèn)識(shí)這些規(guī)律，從而找出有效的防止方法，盡量延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。

2  常見(jiàn)的機(jī)械故障的排除方法

2.1  吊鉤

故障情況：吊鉤斷裂及變形。

原因：吊鉤有疲勞裂紋；磨損過(guò)限；材質(zhì)有問(wèn)題；超載。

消除方法：更換。

2.2  滑輪組

第一種故障

故障情況：滑輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

原因：心軸、軸承損壞。

消除方法：更換軸或軸承，使其潤(rùn)滑良好。

第二種故障

故障情況：滑輪損壞。

原因：磨損過(guò)限或碰撞。

消除方法：更換

2.3  卷筒組

故障情況：有裂紋。

原因：磨損過(guò)限、超載或原制作隱患。

消除方法：更換。

2.4  聯(lián)軸器

第一種故障

故障情況：有裂紋。

原因：沖擊運(yùn)動(dòng)。

消除方法：更換。

第二種故障

故障情況：聯(lián)接螺栓孔磨損。

原因：機(jī)構(gòu)跳動(dòng)；原螺栓配合有間隙。

消除方法：加工孔或更換螺栓。

第三種故障

故障情況：鍵槽磨損。

原因：鍵配合有間隙。

消除方法：焊接磨光原損壞鍵槽，并與舊鍵槽旋轉(zhuǎn)90度重新洗槽，但不允許修復(fù)提升機(jī)構(gòu)，鍵配合可靠。

2.5  減速機(jī)及齒輪副

第一種故障

故障情況：齒斷裂，齒點(diǎn)蝕、齒磨損、齒膠合。

原因：過(guò)載、疲勞、潤(rùn)滑不良。

消除方法：更換齒輪、防止過(guò)載，提高齒面光潔度、硬度及時(shí)更換潤(rùn)滑油。

第二種故障

故障情況：齒面朔性變形。

原因：低速重載，齒面較軟。

消除方法：挫光棱脊，提高潤(rùn)滑油粘度，更換硬度較高 的齒輪。

第三種故障

故障情況：鍵損壞，齒輪在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。

原因：克斷鍵。

消除方法：更換齒輪、軸、鍵，配合牢固。

第四種故障

故障情況：噪音及撞擊聲。

原因：主要決定于加工精度和裝配精度；裝配后未加油；齒輪有疤；齒頂啃齒根，噪音均勻；齒斜角不正或裝配歪斜，不均勻噪音。

消除方法：裝配后未加油的及時(shí)補(bǔ)加潤(rùn)滑油；齒輪有疤的用挫或油石磨掉；齒頂啃齒根，噪音均勻的將齒頂?shù)募饨怯眉?xì)挫倒鈍；齒斜角不正或裝配歪斜，不均勻噪音的齒輪做調(diào)整或更換。

第五種故障

故障情況：安裝軸承部位外殼發(fā)熱。

原因：軸承損壞或軸承外圈與箱體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

消除方法：更換軸承、更換減速機(jī)箱體。

第六種故障

故障情況：潤(rùn)滑油沿剖面流出；減速機(jī)在橋架上振動(dòng)、串動(dòng)。

原因：結(jié)合面不平或裝配時(shí)沒(méi)有密封好；地腳螺栓松動(dòng)，地腳設(shè)有擋鐵，傳動(dòng)軸與減速機(jī)軸聯(lián)接不同心。

消除方法：更換減速機(jī)箱體或刮平機(jī)蓋、機(jī)座平面，更換密封材料，扭緊螺栓；扭緊螺栓，地腳設(shè)擋鐵；調(diào)整同心度，達(dá)到要求。

2.6  車輪組

第一種故障

故障情況：運(yùn)行始終向一個(gè)方向啃道。

原因：車輪水平偏斜超差和兩個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)輪，偏斜方向未達(dá)到相反的可能性最大。

消除方法：重新調(diào)整，達(dá)到安裝要求。

第二種故障

故障情況：往返行駛中，啃道方向相反。

原因：兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)或制動(dòng)器不同步。

消除方法：更換兩轉(zhuǎn)數(shù)一樣的電機(jī)、調(diào)整兩制動(dòng)器制動(dòng)力距一致。

第三種故障

故障情況：只在某一段行程上啃道。

原因：軌道安裝有問(wèn)題。

消除方法：調(diào)整軌道軌距和兩軌道高低差，符合要求。

第四種故障

故障情況：全程啃外緣或內(nèi)緣。

原因：車輪或軌道跨距有問(wèn)題。

消除方法 ：檢查調(diào)整跨距偏差在正負(fù)5mm之間。

第五種故障

故障情況：主動(dòng)車輪打滑

原因：車輪滾動(dòng)面不在同一平面上；軌道上有油污；軌道面在高低方向有波浪或在同截面上兩軌道高低差超差；制動(dòng)過(guò)猛。

消除方法：車輪滾動(dòng)面不在同一平面上時(shí)在角軸承座處加墊調(diào)整；軌道上有油污時(shí)清除油污、撒細(xì)沙；軌道面在高低方向有波浪或在同截面上兩軌道高低差超差時(shí)需調(diào)整軌道；制動(dòng)過(guò)猛時(shí)要調(diào)整制動(dòng)力矩。

2.7  滾動(dòng)軸承

第一種故障

故障情況：軸承溫度超過(guò)規(guī)定溫度。

原因：缺潤(rùn)滑油；軸承油污垢。

消除方法：添加潤(rùn)滑油、清洗軸承換油。

第二種故障

故障情況：工作時(shí)軸承響聲大。

原因：裝配不良使軸承部件卡??；軸承部件損壞。

消除方法：檢查軸承安裝的正確性，并進(jìn)行調(diào)整；更換軸承。