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港口机械钢丝绳选用分析
编辑:刘宪龙 来源:bet356娱乐场官网 时间:2017-04-13 09:18:08

  钢丝绳作为港口机械不可或缺的主要荷载传递介质应用广泛、种类庞多,正确选型并合理使用保养钢丝绳关乎生产的安全性、作业的高效性和资源的经济性,意义重大。本文就钢丝绳选用、破断拉力计算及钢丝绳的使用维护进行较为深入的探讨。

  文/大连港口建设监理咨询有限企业 刘宪龙

  港口货物吞吐使用机械种类繁杂,数量庞大,专业性强。钢丝绳作为机械运行传递荷载的主要载体,在不同设备、不同工况条件下大量使用,如何经济安全地选用类型合适、破断拉力满足作业要求的钢丝绳,事关港口运营效率和安全事故防范。在大连港庄河港区将军石作业区201#~204#泊位门座式起重机安装、集装箱岸桥、堆场场桥搬迁施工作业中,笔者通过技术经验收集和理论论证两个渠道,进行了一些关于钢丝绳选型、应力计算和使用保养方面的研究。

  钢丝绳选型

  平行捻钢丝绳。平行捻钢丝绳因其各层股的捻距相同,所以各层钢丝相互平行,形成线接触,避免了普通钢丝绳内部的点摩擦,延长了使用寿命。同时,由于其钢丝填充系数较大,捻制紧密,所以破断负荷高,不容易被破坏。平行捻钢丝绳结构分类有西鲁式(S),瓦林吞式(W),填充式(Fi)及组合平行捻(WS),除在港口起重设备、船舶驻泊中大量使用,还广泛应用于油井和渔业生产,是使用最为广泛的一种钢丝绳。

  面接触钢丝绳。面接触钢丝绳是将绳股经过挤压使表面平滑,钢丝之间相互呈面接触状态,磨损较平行捻更小,反复疲劳寿命是线接触钢丝绳的1.5倍。面接触钢丝绳丝股之间接触紧密,钢丝填充系数更大,减小了空隙而不易腐蚀或变形,破断负荷更高。另外,其外层钢丝平滑,与卷筒、滑轮之间的接触面积大,也有利于延长卷筒及滑轮的使用寿命。

  防螺旋钢丝绳。这种钢丝绳的断面几何中心与股中心的间距较小,减小了钢丝绳使用中产生的扭矩,提高了抗变形、抗扭结能力,抗疲劳寿命更长。其耐挤压不自转的特性特别适用于高扬程的起重机,尤其是单绳吊起未定向的重物时,如果使用非防旋转钢丝绳,钢丝绳会在空中随起吊物旋转而松捻,由于松开过程中逐渐增强的扭矩,许多单根的钢丝将会预先被剪断,甚至由于钢丝绳结构的变形,降低了钢丝绳的整体抗破断能力,易导致钢丝绳的突然断裂。

  特殊钢丝绳。特殊钢丝绳属于压实股钢丝绳,在捻股时即进行压实加工,合绳时将股间空隙镶嵌上合适的非金属含油材料,使得钢丝绳具有极好的柔韧性、完全润滑和高致密性,从而显著提高钢丝绳的破断拉力和疲劳寿命。在某钢铁企业进行的厂内试验中,特殊钢丝绳使用寿命是等截面普通钢丝绳的2倍以上。因此,特殊钢丝绳特别适合作港口集装箱卸船机和门座式起重机的提升钢丝绳,这也是本文的研究侧重方向。

  钢丝绳分级及破断拉力计算

  钢丝绳的强度等级是指钢丝绳的横截单位面积钢丝绳所承受的拉力,公称抗拉强度等级越高,钢丝绳所承受的破断拉力越大。一般钢丝绳的强度等级有:1770MPa、1960MPa、2060MPa、2160Mpa,而破断拉力是通过试验测试出来的。

  抗拉强度是由钢丝最小破断力除以钢丝的截面积而来。但由于成绳以后,钢丝绳的最小破断拉力会小于钢丝破断拉力总和,所以二者之间尽管存在正比关系,但并不存在稳定的线性关系,之间的系数由钢丝绳的结构及钢丝质量等因素决定。

  经数学统计可得:

  1.实际最小破断拉力与计算拉力的比值存在3.8‰~0.9‰的波动,且直径越小的钢丝绳稳定性越差。

  2.随着强度等级的递增,小直径钢丝绳破断拉力的提高程度低于预期,而大直径钢丝绳的表现恰好相反。

  通过广泛试验与对比计算,以上结论具有普适性。同时,相同结构钢丝绳通过递增截面几何尺寸进行纵向比较,还可看出,大直径钢丝绳破断拉力变化的稳定性不仅体现在强度等级的变化中,在单纯的有效截面积变化中,直径越大的钢丝绳抗拉应力也有变大的趋势。

  钢丝绳系统的合理选择

  强度等级的选择。单纯考虑使用安全系数,钢丝绳强度级别越高越好,但从延长使用寿命,防止意外断裂角度看,强度高的钢丝绳在频繁经过滑轮时更容易产生疲劳,尤其集装箱起重机钢丝绳在卷筒滑轮系统中承受的是双向弯曲。磨损虽然也会带来钢丝绳承载能力降低,但大部分集装箱起重机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是提高其使用寿命的根本,是等级选配的重要考虑因素。基于材料强度大小与韧性高低之间的反趋势规律,结合现场实际使用经验,码头起重设备钢丝绳宜选择1770MPA。

  绳芯的选择。相对于纤维芯,金属芯最大的优点是其有能力为外股提供有效支撑面,从而保持钢丝绳结构稳定。同时,金属芯的存在使整根钢丝绳具有更强的抗挤压能力和更高的破断拉力。抗挤压在港口起重机械领域尤为重要,因为纤维芯钢丝绳在其储油效果相对较好的最大优点尚未充分发挥前,其外股由于支撑能力的不稳定往往导致结构破坏而出现早期断丝。而对于金属芯钢丝绳刚性较大、不易弯曲这一弱点,只要在设计卷筒和滑轮系统时合理考虑曲率半径,优化钢丝绳结构,金属芯钢丝绳同样可以达到满足工况的柔韧性和流畅性。

  卷筒的选配。卷筒作为与钢丝绳“亲密接触”的工作伙伴,其表面硬度、绳槽尺寸和旋向直接影响钢丝绳的工作状态和使用寿命。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,磨损导致绳与卷筒或滑轮接触面积增大,接触应力和磨损增强而恶性循环,消减钢丝绳寿命。一旦磨损比较严重,即便更换新的钢丝绳,由于卷筒绳槽变深,钢丝绳将同样陷于强制磨损。因此,除了要对钢丝绳进行日常监控和润滑养护,卷筒和滑轮的表面质量也是关注的重点。在卷筒上敷绳时,卷筒绳槽旋向应与钢丝绳的捻向相反,尤其对于多层缠绕,第一层如果排绳不整齐,随着绕绳层数增多,不整齐现象会更加严重,最终导致“咬绳”。当卷筒上卷式、由右至左敷缆或下卷式、由左至右敷缆时应选用左捻钢丝绳,当卷筒下卷式、由右至左敷缆或上卷式、由左至右敷缆时应选用右捻钢丝绳。

  结语

  钢丝绳结构形式多样,正确选择乃至在特殊场合合理定制钢丝绳需要经验的积累和对钢丝绳性能的熟识。使用过一段时间的钢丝绳,要关注其断丝率和磨损情况,截面积减小百分比是判断钢丝绳“健康”状况的重要依据,达到10%即不得用做升降物料。有的情况下外股丝虽然没有明显损伤,但由于内部摩擦造成外形鼓包、窜丝、弯曲同样需要引起警示。

( 来源: bet356娱乐场官网 编辑:刘宪龙 )

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