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淺析起重機用鋼絲繩的損傷及防治和常見的機械故障的排除方法
發布時間:2020-11-30 15:08:51作者:admin

淺析起重機用鋼絲繩的損傷及防治和常見的機械故障的排除方法

引言

大型橋式起重機是現代鋼廠生產的主要設備之一,是制約煉鋼,煉鐵生產的關鍵環節。其中起重機用鋼絲繩的安全性是非常重要的問題,因鋼絲繩的損傷或破斷而產生的重大事故時有發生。特別是煉鋼廠的260t吊車240t吊車都是吊裝鋼水罐的設備,為了確保使用中鋼絲繩的安全運行,掌握鋼絲繩的損傷規律及防治方法很有必要。就起重機上使用的鋼絲繩而言,規格品種繁多、使用千差萬別,但一般隨著使用時間的持續,都會出現損傷現象。如不及時發現和采取預防措施的話,極易出現安全事故和影響生產的情況。因此掌握鋼絲繩的損傷和劣化及預防措施對于我門專業的機械點檢來說時至關重要的。對于一些常見故障的排出方法也是我門點檢員必須掌握的。


1  鋼絲繩的損傷及防治方法

1.1  磨損

鋼絲繩在操作時與其它物體接觸并有相對運動,產生摩擦。在機械力的作用下,鋼絲繩的表面不斷磨損。磨損是鋼絲繩最常見的損傷方式,一般分為外部磨損、變形磨損和內部磨損三種情況。圖1所示為單絲磨損的幾種斷面形狀。

 

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) 內部磨損

 

1.1.1  外部磨損 

鋼絲繩在使用過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,外周表面的細鋼絲被磨平。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降低。圖2是通過試驗得到的鋼絲繩直徑減小率與破斷載荷降低率的關系曲線。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。在鋼絲繩的全長范圍內, 應盡可能地做到均勻磨損。如起重機鋼絲繩在使用中期換頭,一般可延長鋼絲繩使用壽命30%~40%。


2 鋼絲繩直徑減小率與破斷載荷 降低率的關系曲線

 

1.1.2  變形磨損

由于振動、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象。如卷筒表 面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊,起重機起升鋼絲繩相互打纏,或者由于滑輪與卷筒中心偏 斜而產生的咬繩現象,都會使鋼絲繩產生變形磨損。如把磨損后的表面細鋼絲剖開,變形磨 損和外部磨損的區別如圖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硬化了,極易斷絲。
1.1.3  內部磨損

在使用過程中,鋼絲繩經過卷筒或滑輪時所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側,各根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時,由于鋼絲繩的彎曲,鋼絲繩內部各根細鋼絲就會相互產生作用力并且產生滑移,這時股與股之間接觸應力增大,使相鄰股間的鋼絲產生局部壓痕深凹。當反復循環拉伸彎曲時,在深凹處則產生應力集中而被折斷,構成了內部磨損。通常細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。從表面受壓磨損來看,采用線接觸鋼絲繩比采用點接觸鋼絲繩有利,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、運動速度,對鋼絲繩的內部磨損均有影響。很明顯,選擇線接觸或者面接觸類型的鋼絲繩是減少內部磨損的有效途徑

1.2  疲勞 

鋼絲繩在使用過程中主要承受彎曲疲勞和拉伸、扭曲、振動引起的疲勞。

1.2.1 彎曲疲勞

鋼絲繩重復通過滑輪或卷筒中撓上撓下,無數次的彎曲,容易使鋼絲產生疲勞,韌性下降,最終導致斷絲。而疲勞斷絲出現在股的彎曲程度最厲害的一側外層鋼絲上。通常情況下,疲勞斷絲的出現意味著鋼絲繩已經接近使用后期。

試驗表明,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)、安全系數和鋼絲繩結構均有密切的關系。

1.2.2  拉伸、扭曲和振動引起的疲勞

起重機鋼絲繩在起動和制動的始末,捆扎鋼絲繩在承受載荷的前后,變化的拉伸應力會引起 金屬疲勞。此外,鋼絲繩經常受到扭曲和振動也是產生疲勞的原因。
    疲勞損傷的原理是在變應力的作用下,細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力的作用下反復塑性變形,使裂紋擴展直至斷裂。其疲勞引起的斷絲一般斷口平齊,多半出現在表層鋼絲上,它們很有規律。

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,應盡可能使卷筒和滑輪的直徑加大。

2在安排滑輪布局時,應盡量避免使鋼絲繩反向彎曲,如圖3所示。試驗數據表明,反向彎 曲的破壞約為同向彎曲的2倍。

 

3 正確的滑輪布局

 

3)盡可能選擇結構好的鋼絲繩,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,日曬雨淋會使鋼絲繩腐蝕,尤其是在有害氣體與惡劣環境下使用 的鋼絲繩,腐蝕造成的損傷就更嚴重。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。這些坑就成了應力集中點、疲勞裂紋的源泉。與此同時,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,對于經常處于運動狀態的鋼絲繩涂油 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,即使沒有經過滑輪也仍含有12.7%~14.5% 的油脂。試驗表明,涂油鋼絲繩在試驗后期發生的斷絲約為不涂油的半數。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。二是對使用環境惡劣、相對運動 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

很多斷繩事故是因為鋼絲繩事先受到過變形損傷而沒有引起人們的足夠重現,結果釀成大禍。變形的主要原因有以下幾種:

1.4.1 外傷

在操作過程中,鋼絲繩與其它設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,結果常常使幾十米乃至數百米的鋼絲繩因為局部軋壞而報廢

防止鋼絲繩外傷的關鍵在于完善起重機設備。滑輪應設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軋壞。

1.4.2 壓潰

鋼絲繩在卷筒上卷亂后容易產生壓潰現象。鋼絲繩在卷筒上卷亂時,相互傾軋,在操作時會發出“軋吱軋吱”的聲響。由壓潰造成的鋼絲繩損傷會在局部迅速出現斷絲與壓扁的痕跡。

防止的措施是應按設計規范選擇滑輪與卷筒的偏角,必要時可在起升機構中設置排繩器或者 壓繩裝置,防止鋼絲繩出現卷亂現象。

1.4.3 扭結

    鋼絲繩在局部扭曲后產生的永久變形叫做鋼絲繩扭結。扭曲的方向與鋼絲繩旋向一致的稱為正扭結, 反之稱為負扭結。普通鋼絲繩帶有自轉性,如果繩股的端部不加捆扎便施加張力, 則繩股會向倒捻方向旋轉,這是造成鋼絲繩扭結的內在因素。鋼絲繩在扭結后,經過多次起吊受載, 也只有局部繩芯外露 一般沒有斷絲象。但試驗表明,鋼絲繩在扭結損傷后強度將顯著降低。正扭結的強度只有原強度的60%~80%,負扭結的強度還不到原強度的50%。嚴重時強度將降低到只有原來的10%~20%。
    防止鋼絲繩扭結可采取以下措施:
  1)在重要的起重設備上選用不旋轉鋼絲繩。
  2)在鋼絲繩的自由端設置轉子(也稱防轉裝置)。
  3)加強操作人員工作責任心,發現扭結跡象立即停止操作,釋放還原。

1.5 過載
    鋼絲繩隨著載荷的增加會有微量的伸長,當載荷超過彈性極限時,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,叫作安全負荷。安全負荷表示的是鋼 絲繩允許承受的額定靜負荷。但鋼絲繩實際上往往處于運動狀態,鋼絲繩在工作時除了要承 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,當除了靜載荷以外的其它載荷增多時,實際的安全系數就降低了,鋼絲繩往往由此而引起過載。
    因過載而破斷的鋼絲繩,其斷口呈松散狀,6股的鋼絲繩斷口位置大多數不在一起,繩芯外露,這是鋼絲繩因過載而斷裂的特征。過載的鋼絲繩即使不發生斷裂事故,也會大大地縮短使用壽命。圖4是由試驗得到的安全系數與鋼絲繩壽命的關系曲線,從圖中可見安全系數降低將導致鋼絲繩使用壽命急劇下降。

 

4 安全系數與鋼絲繩壽命關系

 

  為了防止鋼絲繩過載,應采取以下措施:
  1)正確選用安全系數,力求減少靜載荷以外的其他載荷對鋼絲繩的影響。如彎曲載荷 可以 通過加大滑輪和卷筒直徑來減小,動載荷可以通過提高起重機司機的操作水平、改進起重機 性能來減少,摩擦阻力可以通過調整滑輪槽的形狀及補充潤滑油來減少等等。
   2)嚴格遵守安全操作規程,杜絕人為的超負荷現象。
   3)在起重機上安裝負荷指示器、或超負荷限制器、或報警器,消除過載現象。

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使鋼絲繩造成損傷。但總的來看,鋼絲繩的損傷一般是有規律的,關鍵在于我們如何去進一步認識這些規律,從而找出有效的防止方法,盡量延長鋼絲繩的使用壽命。

2  常見的機械故障排除方法

2.1  吊鉤

故障情況:吊鉤斷裂及變形。

原因:吊鉤有疲勞裂紋;磨損過限;材質有問題;超載。

消除方法:更換。

2.2  滑輪組

第一種故障

故障情況:滑輪不能轉動。

原因:心軸、軸承損壞。

消除方法:更換軸或軸承,使其潤滑良好。

第二種故障

故障情況:滑輪損壞。

原因:磨損過限或碰撞。

消除方法:更換

2.3  卷筒組

故障情況:有裂紋。

原因磨損過限、超載或原制作隱患。

消除方法:更換。

2.4  聯軸器

第一種故障

故障情況:有裂紋。

原因:沖擊運動。

消除方法:更換。

第二種故障

故障情況:聯接螺栓孔磨損。

原因:機構跳動;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90度重新洗槽,但不允許修復提升機構,鍵配合可靠。

2.5  減速機及齒輪副

第一種故障

故障情況:齒斷裂,齒點蝕、齒磨損、齒膠合。

原因:過載、疲勞、潤滑不良。

消除方法:更換齒輪、防止過載,提高齒面光潔度、硬度及時更換潤滑油。

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,齒輪在軸上轉動。

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補加潤滑油;齒輪有疤的用挫或油石磨掉;齒頂啃齒根,噪音均勻的將齒頂的尖角用細挫倒鈍;齒斜角不正或裝配歪斜,不均勻噪音的齒輪做調整或更換。

第五種故障

故障情況:安裝軸承部位外殼發熱。

原因:軸承損壞或軸承外圈與箱體發生相對運動。

消除方法:更換軸承、更換減速機箱體。

第六種故障

故障情況:潤滑油沿剖面流出;減速機在橋架上振動、串動。

原因:結合面不平或裝配時沒有密封好;地腳螺栓松動,地腳設有擋鐵,傳動軸與減速機軸聯接不同心。

消除方法:更換減速機箱體或刮平機蓋、機座平面,更換密封材料,扭緊螺栓;扭緊螺栓,地腳設擋鐵;調整同心度,達到要求。

2.6  車輪組

第一種故障

故障情況:運行始終向一個方向啃道。

原因:車輪水平偏斜超差和兩個主動或被動輪,偏斜方向未達到相反的可能性最大。

消除方法:重新調整,達到安裝要求。

第二種故障

故障情況:返行駛中,啃道方向相反。

原因:兩臺電動機或制動器不同步。

消除方法:更換兩轉數一樣的電機、調整兩制動器制動力距一致。

 

第三種故障

故障情況只在某一段行程上啃道。

原因:軌道安裝有問題。

消除方法:調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:全程啃外緣或內緣。

原因:車輪或軌道跨距有問題。

消除方法 :檢查調整跨距偏差在正負5mm之間。

第五種故障

故障情況:主動車輪打滑

原因:車輪滾動面不在同一平面上;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;制動過猛。

消除方法:車輪滾動面不在同一平面上時在角軸承座處加墊調整;軌道上有油污時清除油污、撒細沙;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需調整軌道;制動過猛時要調整制動力矩。

2.7  滾動軸承

第一種故障

故障情況:軸承溫度超過規定溫度。

原因:缺潤滑油;軸承油污垢。

消除方法:添加潤滑油、清洗軸承換油。

第二種故障

故障情況:工作時軸承響聲大。

原因:裝配不良使軸承部件卡住;軸承部件損壞。

消除方法:檢查軸承安裝的正確性,并進行調整;更換軸承。




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