一起起重机钢丝绳钢丝突出事件的原因分析

吴卫红

广西防城港核电有限公司 防城港 538001

摘要：钢丝绳是起重机重要组成部件，钢丝绳状态的好坏关系到起重机的安全使用。常见的钢丝绳失效原因有正常使用磨损、老化、安装不当、使用不规范等情况。本文主要对一起因绳端防散股制作方式及温度变化引起的钢丝绳失效原因进行分析并提出改进建议。

关键词：起重机；钢丝绳；钢丝突出；温度变化；绳端防松

引言

起重机钢丝绳常见的失效症状主要有可见断丝、直径减小、断股、腐蚀、畸形和损伤。其中畸形和损伤又包括钢丝绳出现波浪形、笼状畸形、绳芯或绳股突出或扭曲、钢丝环状突出、绳径局部增大、局部扁平、扭折、折弯以及热和电弧引起的损伤。本文主要针对一起起重机在使用中出现的钢丝绳绳芯钢丝突出异常事件，结合起重机滑轮布置、钢丝绳结构、安装情况和使用环境进行分析。分析结果表明本起事件的主要原因与钢丝绳的绳端防松散形式部份钢丝熔焊不牢和环境温差变化大引起的物理过程有关。

事件概况

本起重机主要用于某厂房内物项吊装，重复性流水作业工况。起升机构每循环工作周期约3分钟，起升机构吊钩组每周期均到达上限位停止点。在一次操作接近上限位停止点时，操作员听到吊钩组与钢丝绳之间发出有“吱吱”的异常声音。经检查发现起升机构钢丝绳尾绳（平衡梁侧）往下1米左右出现有钢丝绳散股情况，股芯有少量钢丝突出外层绳股（见图1a）。经检查钢丝绳外层缠绕绳股无磨损，无异常损伤，其余钢丝绳均无异常情况。检查钢丝绳端防散股措施为熔焊形式（见图1b）。

图1 事件钢丝绳情况

起升机构钢丝绳系统

钢丝绳设置：

该起重机起升机构采用双钢丝绳起升设计，每根钢丝绳头尾端分别固定于卷筒和平衡梁上。对于意外工况引起的单个钢丝绳断裂，另一根钢丝绳完全可以承载在起吊能力范围内的载荷，同时平衡梁偏斜触发钢丝绳断绳限位开关，起升机构断电制动器抱闸。同时，操作者可以通过旁路操作后，将被吊物安全就位。

钢丝绳型号：

根据该起重机重要性分级，该起升机构依据单一故障保护原则设置双钢丝绳，由两根独立钢丝绳组成卷绕系统。根据卷筒卷绕方向，钢丝绳分左、右交互捻。右旋钢丝绳8NAT6×19+IWS+ZS、左旋钢丝绳8NAT6×19+IWS+SZ，采用GB/T 9944-2002标准制造。每根钢丝绳直径8mm，由6股每股19根钢丝及中间不锈钢金属钢丝股芯组成（见图2a）。即由6股缠绕在中间1股直线股上（见图2b）。

图2 钢丝绳缠绕结构

钢丝绳安装：

起重机小车安装到主梁后，再对起升机构进行钢丝绳穿绳。分别将两根钢丝绳穿过吊钩组滑轮后固定在卷筒和平衡梁上（见图3）。工作时，电机通过减速机带动卷筒旋转将钢丝绳卷绕到卷筒上，从而达到提升吊钩升降目的。卷筒端钢丝绳通过钢丝绳压板固定在卷筒上，平衡梁端钢丝绳通过楔块固定在平衡梁上。

图3 乏吊钢丝绳缠绕示意图

钢丝绳散股突出分析

温度变化对钢丝绳产生的物理现象

构成物体物质的粒子运动会随温度改变而改变，当温度升高时，粒子的振动幅度加大，使物体体积膨胀；当温度降低时，粒子的振动幅度便会减小，使物体体积收缩。根据这一热胀冷缩自然现象。在厂房内的钢丝绳长度也会受到厂房温度的变化影响，使钢丝绳产生长短变化。下面对冷暖变化下的钢丝绳结构进行分析。

首先，钢丝绳中的最小组成单元为钢丝，每股由19根钢丝组成外层6股和中间1股，外层股通过左或是右捻的方式螺旋缠绕在中间股上。因此外层股缠绕的简化结构就形同一个圆环状的筒体。

当环境温度升高时，钢丝绳中的最小组成单元钢丝受热膨胀，直径变大，随之组成外层缠绕股的缠绕圆环等效直径就变大。但由于钢丝绳质量不变，等效直径的增变量就来自于钢丝绳整体往中间收缩，因此外层钢丝绳长度就会变短。形成过程分析（见图4）。

反之，如果环境温度降低时，钢丝绳中的最小组成单元钢丝受冷缩小，直径变小，那么组成外层缠绕股的缠绕圆环等效直径就变小。但由于钢丝绳质量不变，外层钢丝绳股等效直径的变小量就只能释放到钢丝绳两侧，就形成了钢丝绳长度的变长。

同样，中间股也存在同样的形变过程，但由于中间股为直线钢，等效半径小于外层股，因此产生长度变化量小于外层股。

钢丝绳散股分析：

经对钢丝绳检查测量，钢丝绳直径无变化，证明钢丝绳无过载受力拉伸。

该起重机操作前厂房有相关通风系统检修，厂房内有新的物项进入，散发热量，使厂房内温度比平时稍高。根据上面所述物理现象分析的钢丝绳变化量情况，存在外层钢丝绳股受温度上升，外层绳股总长缩短的情况（见图4底图）。同时外层股等效直径的变大，使外层股与中间股之间产生空隙，就形成了外层股绳股间的相对篷松，也即常说的散股现象。

图4 外层钢丝绳股受温度影响总长变化过程示意图

钢丝绳中间股钢丝突出分析：

根据前文所述，现场钢丝绳绳端防松散形式采用钢丝熔焊一起形式（见图1b），由于该起重机每周期工作时，吊钩组滑轮均需要到达上限位附近（离平衡梁固定绳端不足1米），在吊钩组滑轮多次往返挤压和温度冷暖变化后，钢丝绳中间股少部份熔焊不牢的钢丝，就随着外层绳股的总长度变化夹带，脱离端部防松熔焊帽，根据上文分析（见图4），在厂房温度升高的情况，中间股钢丝总长比外层绳股长。因此，脱出熔焊端帽的过长钢丝受到吊钩组滑轮的挤压的情况下向外层绳股松散处突出，形成图1a所示的情况。

总结

综上所述，对于采用金属绳芯的钢丝绳，在温差变化较大时，外层绳股与绳芯会产生明显的长度差。如果钢丝绳端防松散采用熔焊形式，在温度变化和吊钩滑轮挤压作用下，外层股有产生散股、绳芯股钢丝有突出的可能。

事件起重机起升机构在将钢丝绳端防散股形式采用钢丝缠绕方式后，经长时间使用验证再无散股和钢丝突出现象发生。建议对于采用金属绳芯的钢丝绳防散股形式采用钢丝缠绕方式，防止出现外层绳股与绳芯因温度变化产生长度差造成外层股散股、绳芯股钢丝突出情况，以提高钢丝绳安全使用寿命，减少不必要的经济损失。

参考文献

[1] GB/T5972-2016，起重机 钢丝绳 保养、维护、安装、检验和报废 [S].

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