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　　摘 要：介紹了橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩主纏繞系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀梗概，提出了優(yōu)化維護(hù)方法及局部改進(jìn)對(duì)策，以提高卸船機(jī)鋼絲繩使用的安全經(jīng)濟(jì)性。

　　關(guān)鍵詞：橋式抓斗卸船機(jī); 鋼絲繩主纏繞系統(tǒng);優(yōu)化維護(hù);安全經(jīng)濟(jì)性

　　Abstract: This paper introduce the actuality bare bones of using for the main steel wire rope enlacement system used in bridge grab bucket type crane , in order to improve the security and economy of steel wire rope used in bridge grab bucket type crane，This paper also points out the optimization maintenance method and the part of amelioration countermeasure.

　　bridge grab bucket type crane;main steel wire rope enlacement system;optimization maintenance;security and economy

　　1 簡(jiǎn)介

　　橋式抓斗卸船機(jī)是種港口起重運(yùn)輸機(jī)械，它被廣泛運(yùn)用于港口碼頭及燃煤火力發(fā)電廠，用來(lái)卸裝如煤等散料貨物。它主要由大車行走機(jī)構(gòu)、鋼絲繩纏繞系統(tǒng)、接料系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及鋼結(jié)構(gòu)等組成，如圖1所示。其中，鋼絲繩纏繞系統(tǒng)是主要系統(tǒng)，由小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升/開(kāi)閉機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)組成。

　　牽引式橋式抓斗卸船機(jī)卸船工作流程如下：抓斗從船艙抓取物料→起升機(jī)構(gòu)將抓斗提升到一定高度→小車從船艙向料斗方向移動(dòng)→抓斗位于料斗的正上方打開(kāi)→物料落入料斗內(nèi)，并從料斗出口落到振動(dòng)給料器內(nèi)→振動(dòng)給料器通過(guò)振動(dòng)半物料連續(xù)均勻地送到給料皮帶機(jī)內(nèi)→給料皮帶機(jī)將物料送到地面皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)換臺(tái)。如此反復(fù)，完成卸船機(jī)的卸料任務(wù)。

　　圖1 1400t/h型橋式抓斗卸船機(jī)

　　《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2009(6) -91-1-后大梁 2-斜拉桿 3-漏斗梁 4-漏斗 5-副操作室(副司機(jī)室) 6-司機(jī)室 7-抓斗 8-主小車 9-后拉桿 10-起升(閉合)滑輪組 11-起升(閉合)滑輪組 12-俯仰機(jī)構(gòu) 13-起升/開(kāi)閉機(jī)構(gòu) 14-小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 15-機(jī)器房 16-小車夜壓張緊裝置 17-副小車

　　鋼絲繩主纏繞系統(tǒng)是橋式抓斗卸船機(jī)的核心組成部分，它由俯仰鋼絲繩、起升鋼絲繩、開(kāi)閉鋼絲繩、小車牽引鋼絲繩和各機(jī)構(gòu)上的卷筒、滑輪組成。其中，起升鋼絲繩通過(guò)牛腿與抓斗連接，開(kāi)閉鋼絲繩通過(guò)梨形/C形接頭與抓斗連接，如圖2 所示。

　　圖2 卸船機(jī)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)圖

　　2 鋼絲繩使用的安全經(jīng)濟(jì)性分析

　　卸船機(jī)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)中的起升/開(kāi)閉和牽引鋼絲繩為頻繁承受動(dòng)靜載荷的部位，是卸船機(jī)工作時(shí)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，也是本文闡述的重點(diǎn)。這些鋼絲繩在作業(yè)時(shí)，不但承受著抓斗、物料和自重的靜載荷，而且承受著因加速度和沖擊引起的動(dòng)載荷。鋼絲繩反復(fù)卷饒卷筒和滑輪，周期性承受較大的彎應(yīng)力，承受著因彎曲引起的附加載荷;另外，當(dāng)鋼絲繩受力伸長(zhǎng)時(shí)鋼絲繩鋼絲彼此之間產(chǎn)生磨擦，繩與滑輪、卷筒槽底，繩與起吊件之間的磨擦等，鋼絲繩承受著因摩擦引起的阻力載荷。鋼絲繩在這些載荷的作用下產(chǎn)生很大的拉、彎應(yīng)力，當(dāng)拉伸、彎曲的次數(shù)超過(guò)一定數(shù)值后，會(huì)使鋼絲繩出現(xiàn) “金屬疲勞”的現(xiàn)象，使鋼絲繩鋼絲使用一定時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)磨損、斷裂現(xiàn)象。因此，卸船機(jī)鋼絲繩在生產(chǎn)實(shí)踐中所暴露出來(lái)的問(wèn)題主要表現(xiàn)為磨損與斷絲。其中，磨損與斷絲尤為突出的是起升鋼絲繩與抓斗連接處的20米段，小車牽引鋼絲繩往返于滑輪的主工作段，以及抓斗內(nèi)鋼絲繩。

　　2.1.影響鋼絲繩使用壽命的因素

　　2.1.1.使用頻率

　　鋼絲繩的使用頻率以總運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)和平均日工作小時(shí)數(shù)來(lái)衡量。在總運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)一定的情況下(如橋式抓斗卸船機(jī)反應(yīng)在某一數(shù)值的卸貨量)，使用越頻繁，即日平均工作小時(shí)數(shù)越高，鋼絲繩就越容易疲勞，磨損和斷絲就越快，使用壽命就越短。

　　2.1.2 載荷情況

　　前面已經(jīng)提到，橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩所受到動(dòng)、靜載荷，附加載荷和阻力載荷的綜合作用，在上述各載荷中，動(dòng)、靜載荷的級(jí)別和性質(zhì)對(duì)鋼絲繩的使用壽命影響尤為明顯。當(dāng)鋼絲繩頻繁承受較大的動(dòng)、靜載荷特別是較大的沖擊載荷時(shí)，就可能增加鋼絲繩的微量伸長(zhǎng)率，載荷超過(guò)彈性極限時(shí)，鋼絲繩斷裂的隱患就增加。

　　2.1.3潤(rùn)滑狀況

　　鋼絲繩是由若干運(yùn)動(dòng)元件(鋼絲、股繩、襯芯等)所組成，各個(gè)元件之間仍存在或多或少的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它和齒輪、軸承、鏈條等運(yùn)動(dòng)副有相似的情況。鋼絲繩在受到拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)，每根鋼絲、每股扭繩以及襯芯各自和相互之間都有摩擦和磨損。在它通過(guò)滑輪等轉(zhuǎn)向或壓緊裝置時(shí)不免有滑動(dòng)，也同樣有相對(duì)的摩擦和磨損。具體有下列幾種現(xiàn)象產(chǎn)生： 1.由于潤(rùn)滑不足、壓力過(guò)大，在上述實(shí)際接觸摩擦部位出現(xiàn)連續(xù)磨損和粘著磨損。2.由于塵屑、磨料的附著和摻入而引起磨料磨損。3.如果鋼絲繩暴露在潮濕、酸、堿或酸性氣體時(shí)會(huì)引起腐蝕和化學(xué)侵蝕。鋼絲和股繩內(nèi)部的腐蝕因不易察覺(jué)而有繼續(xù)發(fā)展不斷降低強(qiáng)度的傾向，故極為危險(xiǎn)。外部腐蝕不難看出，并可以迅速加以防止。而通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)外部腐蝕，還能給潤(rùn)滑失效所引起的內(nèi)部腐蝕提供信號(hào)。4.由于超載、沖擊或彎曲過(guò)度使鋼絲結(jié)構(gòu)變化、強(qiáng)度降低的疲勞現(xiàn)象為一種不易察覺(jué)的逐漸累積突然破壞形式。5.由于鋼絲相互之間，鋼絲與繩輪、鼓輪之間;比壓過(guò)大而油膜強(qiáng)度不足，以至出現(xiàn)印痕和變形。6.由于金屬直接接觸所帶來(lái)的摩擦熱而引起的高溫和繼之快速的冷卻，有使鋼絲淬火而形成脆性硬度的傾向。如鋼絲表面已變脆，則其脆化表面更易開(kāi)裂、疲勞而終于斷裂。

　　因此，保證鋼絲繩充足的潤(rùn)滑和正確合理使用鋼絲繩的潤(rùn)滑油，對(duì)于延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命至關(guān)重要。有資料表明，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行系統(tǒng)潤(rùn)滑，可使鋼絲繩壽命延長(zhǎng)2～3倍，所以，要定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑，使之經(jīng)常處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。

　　2.1.4合理選型

　　鋼絲繩在制造時(shí)按鋼絲成股和股成繩的繞制方向有同向捻和交互捻兩種，同向捻鋼絲繩是鋼絲成股和股成繩時(shí)繞制方向相同，這類鋼絲繩的撓性好，適合起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩多次繞過(guò)滑輪和卷筒的實(shí)際工作情況，但若不采用預(yù)變形處理，則易松散和扭轉(zhuǎn);交互捻鋼絲繩鋼絲成股和股成繩時(shí)繞制方向相反，不松散，但撓性稍差。除上述兩種鋼絲繩外，近年來(lái)在起重機(jī)中還使用一種不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩，這種鋼絲繩由內(nèi)外兩層繩股組成，但兩層繩股的繞向相反，內(nèi)外層繩股旋轉(zhuǎn)力矩平衡，因此自由端不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，它的支撐點(diǎn)比普通鋼絲繩約增加3.3倍，有較大的抗擠壓強(qiáng)度，不易變形，總破斷拉力大于普通起升鋼絲繩的破斷拉力。由此可知，由于橋式抓斗卸船機(jī)的鋼絲繩主纏繞系統(tǒng)為起升機(jī)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)先選用不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩，其次選用經(jīng)預(yù)變形的同向捻鋼絲繩或交互捻鋼絲繩。由于起升機(jī)構(gòu)空載時(shí)普通同向捻鋼絲繩易松散和扭轉(zhuǎn)，起升機(jī)構(gòu)中應(yīng)盡量少用。

　　2.1.5設(shè)計(jì)制造因素影響

　　在卸船機(jī)的主纏繞系統(tǒng)中，滑輪直徑與鋼絲繩直徑比值，以及鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點(diǎn)連線產(chǎn)生偏角的影響是設(shè)計(jì)制造因素影響的主要方面。

　　滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值，低架小于25;高架小于30?；喼睆竭^(guò)小，鋼絲繩容易造成鋼絲繩過(guò)大的彎曲，加劇了鋼絲繩的磨損和疲勞損壞，影響使用壽命。

　　在起升作業(yè)時(shí)，鋼絲繩從卷筒上繞進(jìn)或繞出，并由卷筒一端移向另一端，使鋼絲繩中心線與卷筒、滑輪軸線中點(diǎn)連線產(chǎn)生偏角α，若鋼絲繩的最大拉力為F，則

　　Fx=Fcosα;

　　Fy=Fsinα

　　顯然，F(xiàn)x是鋼絲繩繞入卷筒的有效分力，它拉動(dòng)鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒。因此，設(shè)計(jì)時(shí)希望Fx有較大的數(shù)值;Fy是有害分力，在滑輪上，它使鋼絲繩與滑輪輪槽側(cè)面產(chǎn)生摩擦力，F(xiàn)y的數(shù)值過(guò)大，甚至?xí)逛摻z繩脫槽;在卷筒上，它使鋼絲繩的圈與圈之間產(chǎn)生摩擦力，F(xiàn)y的數(shù)值過(guò)大，可能導(dǎo)致鋼絲繩不能依次排列，產(chǎn)生亂繩現(xiàn)象。由此可知，α的數(shù)值越小越好。所以，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定α≤1°30′，對(duì)光面卷筒放寬到α≤2°。

　　2.2 鋼絲繩斷絲數(shù)的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)

　　當(dāng)鋼絲繩磨損斷絲到一定程度時(shí)，就要進(jìn)行報(bào)廢更換。鋼絲繩更換遵循普通國(guó)標(biāo)原則，鋼絲繩的表面鋼絲被磨損或腐蝕達(dá)鋼絲直徑40%時(shí)應(yīng)更換;鋼絲繩如因內(nèi)、外部磨損、腐蝕以及伸長(zhǎng)等原因而使其直徑減少15%，那么即使無(wú)斷絲也要報(bào)廢;某一繩股，如發(fā)現(xiàn)軋扁或軋斷，繩股凸出，鋼繩扭結(jié)等現(xiàn)象應(yīng)立即更換;繩心外露、變質(zhì)、變脆缺油的鋼絲繩必須更換。局部外層鋼絲伸長(zhǎng)呈“籠”形時(shí);鋼絲繩發(fā)生扭結(jié)、彎折塑性變形、麻芯脫出、受到電焊渣或高溫作用影響鋼絲繩的性能指標(biāo)時(shí)應(yīng)報(bào)廢。

　　對(duì)于6股和8股的鋼絲繩，斷絲主要發(fā)生在外表;而對(duì)于多層繩股的鋼絲繩(典型的多股結(jié)構(gòu))就不同，這種鋼絲繩斷絲大多數(shù)發(fā)生在內(nèi)中部，因而是“不可見(jiàn)的”斷裂。表1考慮了這些因素，因此，單把各種因素結(jié)合起來(lái)考慮時(shí)，應(yīng)按照下表報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，它適用于各種結(jié)構(gòu)的鋼絲繩。

　　表1 鋼絲繩報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)

　　注：①d——鋼絲繩直徑。

　?、?填充鋼絲不能看作承載鋼絲，因此要從檢驗(yàn)數(shù)中扣除。多層股鋼絲繩僅考慮可見(jiàn)的外層繩股。帶鋼芯的鋼絲繩，其繩芯看作內(nèi)部繩股而不予考慮。

　　雖然鋼絲繩的報(bào)廢更換有章可循，然而在實(shí)際工作中，由于檢測(cè)時(shí)主要采用傳統(tǒng)的人工目視、手摸的落后檢測(cè)手段，存在耗時(shí)、耗工、效率低下和檢測(cè)不可靠、不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，因此，大部分采用定期強(qiáng)制更換鋼絲繩的方法，如廈門華夏電力公司嵩嶼電廠按照積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在規(guī)程中規(guī)定：起升、開(kāi)閉鋼絲繩，卸煤量達(dá)55萬(wàn)噸左右應(yīng)予更換;小車牽引鋼絲繩磨損斷絲達(dá)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)或卸煤量達(dá)120萬(wàn)噸左右，應(yīng)予更換。由于諸多因素的影響，通過(guò)對(duì)被強(qiáng)制更換的鋼絲繩檢查發(fā)現(xiàn)，很多情況下存在鋼絲繩斷絲數(shù)和磨損量遠(yuǎn)未達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)就更換，這樣就造成很大的浪費(fèi)。

　　3 提高鋼絲繩安全經(jīng)濟(jì)性的途徑探索

　　3.1鋼絲繩的科學(xué)選型

　　3.1.1防旋轉(zhuǎn)或非防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的選擇

　　防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩就是當(dāng)鋼絲繩吊起一個(gè)無(wú)導(dǎo)向重物時(shí)，它并不沿著縱向軸旋轉(zhuǎn)，或者幾乎不旋轉(zhuǎn)，或者鋼絲繩的端頭結(jié)構(gòu)不轉(zhuǎn)，或幾乎不轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)此特性的結(jié)果來(lái)自于繩芯的旋向與繩本身的旋向相反。當(dāng)防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩承重時(shí)，由繩芯產(chǎn)生的扭力與外股產(chǎn)生的扭力相反，因此導(dǎo)致了平衡的效果。

　　當(dāng)選擇鋼絲繩時(shí)，最重要的決定在于選擇防旋轉(zhuǎn)或非防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。作出此決定必須非常謹(jǐn)慎，錯(cuò)誤的選擇將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，比如：鋼絲繩的短壽命，結(jié)構(gòu)的變更，突然或出人意料的斷裂等。必須選擇防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的情況是：在單組滑輪時(shí)，提升無(wú)導(dǎo)向的載荷; 在多組滑輪時(shí)，提升無(wú)導(dǎo)向的載荷到相當(dāng)?shù)母叨取１仨氝x擇非防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的情況是： 提升有導(dǎo)向的載荷;在多組滑輪時(shí)，提升無(wú)導(dǎo)向的載荷到較低的高度(比如電動(dòng)葫蘆);提升載荷時(shí)，由左旋和右旋鋼絲繩成對(duì)作業(yè)。

　　當(dāng)鋼絲繩在卷筒上卷繞時(shí)，鋼絲繩被彎曲，受到輕微的扭轉(zhuǎn)。繩槽向右排列的的卷筒將把扭轉(zhuǎn)帶入左旋鋼絲繩。右旋鋼絲繩將會(huì)被同樣方向的繩槽反扭轉(zhuǎn)(松開(kāi))。當(dāng)繩離開(kāi)卷筒時(shí)，所附加的扭轉(zhuǎn)或反扭轉(zhuǎn)并不總?cè)菑睦K上釋放，當(dāng)多次提升后，扭轉(zhuǎn)量將會(huì)維持，并逐漸在繩上累積。 少量扭轉(zhuǎn)可能消極地影響防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的結(jié)構(gòu)。這種鋼絲繩對(duì)任何扭轉(zhuǎn)都更敏感，因?yàn)槠淅K芯的旋向與外股的旋向相反。因此，在單層卷繞中，如果選用防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，卷筒旋向應(yīng)與鋼絲繩的旋向相反。

　　鑒于以上情況，橋式抓斗卸船機(jī)一般采用非防旋轉(zhuǎn)交互捻鋼絲繩。

　　3.1.2鋼絲繩品牌的選擇

　　鋼絲繩的品牌眾多，有國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的不同品牌，也有國(guó)外生產(chǎn)的不同品牌。如何選用一種適合本公司使用實(shí)際的鋼絲繩，要從其安全性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，均衡出一種性價(jià)比較高的質(zhì)量穩(wěn)定的品牌，除了不斷進(jìn)行嘗試摸索，比較選擇外，還應(yīng)加強(qiáng)同同行的交流。

　　目前，國(guó)內(nèi)多家同行使用德國(guó)迪茲鋼絲繩廠生產(chǎn)的DIEPA P825型鋼絲繩，其性能和使用壽命得到較高的評(píng)價(jià)。DIEPA P825型鋼絲繩具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)：極佳的抗彎曲疲勞性能;很好的抗拉強(qiáng)度;與滑輪、卷筒表面的接觸性能良好;抗彎曲疲勞強(qiáng)度高;鋼絲繩內(nèi)部磨損小，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部斷絲情況;柔韌性高;極佳的耐腐蝕性能;完全沒(méi)有內(nèi)應(yīng)力;

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　　在外股和鋼芯之間填充機(jī)械性能高、而且能夠自潤(rùn)滑的耐擠壓的聚酰胺為墊襯，使外股在載荷下的擠壓力均勻的傳遞到鋼芯，保證鋼絲繩的斷絲不發(fā)生在鋼芯，只發(fā)生在鋼絲繩表面，是非常安全的鋼絲繩;在使用過(guò)程中不用考慮鋼絲繩鋼芯的潤(rùn)滑，鋼芯不會(huì)生銹。

　　DIEPA P825型鋼絲繩是種非防旋轉(zhuǎn)迪帕特殊鋼絲繩，是特殊設(shè)計(jì)制造的，以抵抗附加的扭轉(zhuǎn)，使得最終通常沒(méi)有，或僅有極少量的扭轉(zhuǎn)殘余。扭轉(zhuǎn)殘余量，即使有的話，也是非常之小，對(duì)鋼絲繩的性能無(wú)負(fù)面作用。帶塑料芯的迪帕特殊鋼絲繩一般會(huì)抵抗由卷筒繩槽方向決定的錯(cuò)誤旋向鋼絲繩所帶來(lái)的反扭轉(zhuǎn)。

　　3.2引進(jìn)科學(xué)的檢測(cè)手段

　　目前，對(duì)于鋼絲繩的檢測(cè)，大部分僅停留于人工檢測(cè)，而人工檢測(cè)只能部分檢測(cè)出鋼絲繩的外部損傷，而對(duì)鋼絲繩的內(nèi)部斷絲、磨損、銹蝕、尤其是疲勞等狀況則根本無(wú)法檢測(cè)，因而許多重大事故隱患難以發(fā)現(xiàn)，例如，鋼絲繩在使用一段時(shí)間以后，人工外觀檢測(cè)不到斷絲，但通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)鋼絲繩鋼絲繩芯脆斷嚴(yán)重，繩股的內(nèi)部鋼絲也存在局部斷絲現(xiàn)象。

　　二十一世紀(jì)初，弱磁檢測(cè)技術(shù)在鋼絲繩探傷領(lǐng)域有了突破性的發(fā)展，基于弱磁檢測(cè)技術(shù)的全新的檢測(cè)儀也進(jìn)一步完善，替代傳統(tǒng)的強(qiáng)磁檢測(cè)技術(shù)以成為不可避免的趨勢(shì)。為此，我們注意到了國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新的、在全球范圍內(nèi)唯一采用弱磁檢測(cè)方法的TCK鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)在理論上通過(guò)研究損傷場(chǎng)強(qiáng)和各項(xiàng)磁場(chǎng)矢量變量其和差關(guān)系，建立了其與鋼絲繩損傷面積△S之間的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)監(jiān)測(cè)圍繞鋼絲繩出現(xiàn)主漏磁場(chǎng)Hz、局部漏磁場(chǎng)Hi(即：內(nèi)外斷絲造成的局部漏磁場(chǎng)Hd、內(nèi)外磨損造成的漏磁場(chǎng)Hm、內(nèi)外銹蝕所產(chǎn)生的局部漏磁場(chǎng)Hx及斷面變小、鋼絲焊點(diǎn)等所產(chǎn)生的其它漏磁場(chǎng)Hq等)以確定鋼絲繩內(nèi)部和表面缺陷，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了證明。

　　圖3

　　B=μH

　　其中：μ——導(dǎo)磁率

　　在空氣和真空中μ=1

　　所以：H = B

　　H∞ΔS

　　S0 = △S0 S0max =0→2π

　　S0min =0→0

　　如圖3所示：在鋼絲繩周圍取一個(gè)環(huán)節(jié)，檢測(cè)環(huán)帶面積上的磁通密度或磁場(chǎng)強(qiáng)度，即可判定損傷面積△S。

　　在環(huán)帶上組裝m個(gè)傳感器，形成一種模式識(shí)別型的環(huán)形傳感器，不但能識(shí)別某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的物理量，且可以識(shí)別鋼絲繩損傷點(diǎn)所處的空間位置。鋼絲繩損傷點(diǎn)的面積ΔS變成了場(chǎng)強(qiáng)Hi的函數(shù)，實(shí)驗(yàn)證明，完全正確，運(yùn)算速度也非常之快，可準(zhǔn)確判定鋼絲繩的更換時(shí)間，使鋼絲繩的使用壽命延長(zhǎng)到確實(shí)失效限度;在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，可確保人身和財(cái)產(chǎn)安全，減輕安檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度這個(gè)數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)斷絲之類的缺陷已經(jīng)完全滿足了。對(duì)于銹蝕、磨損、疲勞、變形等在捻距中也能被測(cè)出。這項(xiàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩各種損傷的定量檢測(cè)，解決了鋼絲繩量化檢測(cè)的難題。TCK儀器結(jié)構(gòu)如圖4所示，這是一種兩體方案。磁化和檢測(cè)，做成兩體。

　　圖4的左側(cè)為為磁化器。圖4的右側(cè)為檢測(cè)器，簡(jiǎn)稱探頭，圖5為系統(tǒng)框圖。

　　《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2009(6) -95-

　　圖4 TCK鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)圖

　　1、磁化方向 2、鋼絲繩 3、導(dǎo)向輪4、絞鏈5、220v交流電源 6、手柄 7、導(dǎo)輪調(diào)整螺栓 8.直流線圈外殼

　　圖5 TCK鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)器系統(tǒng)框圖

　　行程計(jì)數(shù)輪。每隔10mm發(fā)一個(gè)脈沖，空域取樣、距離位置顯示、自動(dòng)調(diào)零、標(biāo)定、畫圖等。2、導(dǎo)向輪。共八只上下各四。3、掌上電腦(亦可接臺(tái)式電腦、筆記本式電腦、單片機(jī)、及單板機(jī)等)4、導(dǎo)輪調(diào)整螺栓。根據(jù)鋼絲繩不同直徑，調(diào)6使導(dǎo)向輪松緊適度5、手柄。可手拿檢測(cè)，懸掛檢測(cè)不用手柄6、探頭主體7、航空插頭。通過(guò)它與打印機(jī)、電源、臺(tái)式機(jī)等相接 8、鋼絲繩9、磁化方向

　　3.3提高創(chuàng)新創(chuàng)效能力

　　由于橋式抓斗卸船機(jī)在清艙作業(yè)過(guò)程中，通常采用甩抓斗的方式來(lái)抓取船艙底層邊緣的煤，這樣，抓斗上方20米段的起升鋼絲繩不可避免會(huì)與船艙口摩擦，導(dǎo)致起升鋼絲繩的磨損和斷絲加劇，縮短鋼絲繩的使用壽命。這時(shí)，起升鋼絲繩的其它部位的磨損與斷絲還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，如果因?yàn)樽ザ飞戏?0米段鋼絲繩的磨損與斷絲提前超標(biāo)而進(jìn)行更換，勢(shì)必造成很大的浪費(fèi)，因此在起升鋼絲繩卷筒上增加鋼絲繩的預(yù)留圈數(shù)，在抓斗上方20米段鋼絲繩的磨損與斷絲提前超標(biāo)時(shí)，把磨損與斷絲提前超標(biāo)的鋼絲繩截?cái)?，把預(yù)留量釋放出來(lái)補(bǔ)償截?cái)嗟匿摻z繩，可以實(shí)現(xiàn)不更換鋼絲繩而延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命的目的，預(yù)留量越多，可截?cái)嘌a(bǔ)償?shù)拇螖?shù)也越多，經(jīng)濟(jì)效益就越顯著，經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)這一手段，起升鋼絲繩的使用壽命至少可以延長(zhǎng)三分之一。當(dāng)然，截?cái)嘌a(bǔ)償次數(shù)也不能無(wú)限增加，應(yīng)該綜合考慮其安全性，因?yàn)殡S著有效使用時(shí)間 的推移，起升鋼絲繩的其它部位的磨損與短絲情況也將逐漸靠近報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，所以在進(jìn)行截?cái)嘌a(bǔ)償時(shí)應(yīng)精密點(diǎn)檢整根鋼絲繩的磨損與斷絲狀況是否在可用范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)安全使用鋼絲繩的可控在控。通過(guò)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，補(bǔ)償截?cái)啻螖?shù)一般可以達(dá)到2-3次，達(dá)到3次時(shí)，鋼絲繩的使用壽命就延長(zhǎng)到翻倍的水平。

　　另外，在起升、開(kāi)閉鋼絲繩的卷筒壓板固定端(預(yù)留段，起升鋼絲繩約20米，開(kāi)閉鋼絲繩約40米)，一般很少參與往復(fù)卷繞，不受頻繁的彎應(yīng)力的影響，每次在更換鋼絲繩時(shí)，這些鋼絲繩沒(méi)有出現(xiàn)磨損與斷絲現(xiàn)象，因此，鑒于經(jīng)濟(jì)性考慮，這些鋼絲繩可以繼續(xù)作為抓斗內(nèi)鋼絲繩使用。以廈門華夏電力公司嵩嶼電廠為例，該公司每年卸煤量為320萬(wàn)噸，每年卸船機(jī)的起升、開(kāi)閉更換頻率為5次，每次再利用抓斗內(nèi)鋼絲繩6根(每根長(zhǎng)度為20米)，一年可再利用600米的起升、開(kāi)閉鋼絲繩，算下來(lái)可節(jié)約鋼絲繩費(fèi)用16.5萬(wàn)元。

　　3.4保證充足的潤(rùn)滑

　　港口機(jī)械卷?yè)P(yáng)機(jī)上用的鋼絲繩是安全件，鋼繩在出廠前一般都作過(guò)初級(jí)潤(rùn)滑防銹處理，但它只能對(duì)儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用初期起作用，長(zhǎng)期使用過(guò)程中，原有的潤(rùn)滑油將慢慢流失和散發(fā)掉，故必須加強(qiáng)潤(rùn)滑保養(yǎng)，定期給鋼繩涂潤(rùn)滑油，才能確保鋼繩內(nèi)外表面附著有油膜，從而保證了應(yīng)有牽引力，延長(zhǎng)鋼繩的使用壽命，減少事故的發(fā)生，鋼繩潤(rùn)滑劑主要有4種作用：1、減少鋼繩內(nèi)部絲之間、股之間及鋼繩與滑輪等因運(yùn)動(dòng)屈張而產(chǎn)生的摩擦、磨損，減少斷裂的可能性;2、為鋼繩的繩芯、鋼絲以及各股提供內(nèi)部與外部的防腐保護(hù)，減少銹蝕，延長(zhǎng)鋼繩的壽命;3、增加鋼繩的柔韌性，使載荷在繩股上分配均勻，減少?gòu)澢?4涂抹在鋼繩上的潤(rùn)滑劑可作為鋼繩與滑輪組及滾筒之間的緩沖物。

　　-96- 《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2009(6)

　　潤(rùn)滑油是鋼絲繩的重要組成部分，這一點(diǎn)經(jīng)常被低估。鋼絲繩如果沒(méi)有足夠的潤(rùn)滑油，或者用了錯(cuò)誤的潤(rùn)滑油，將不可避免地導(dǎo)致過(guò)早疲勞損傷，和/或鋼絲繩的內(nèi)部腐蝕。對(duì)于鋼絲繩的潤(rùn)滑油選擇，必需遵循以下原則：1、粘附性要好;2、滲透性要好;3、揮發(fā)性要小;4、極壓抗磨性高;5、抗腐蝕性能要強(qiáng); 6、抗外界的干擾作用要強(qiáng)。

　　常用鋼繩潤(rùn)滑油脂有：美孚公司的Mobil arma798鋼繩防銹保護(hù)潤(rùn)滑劑;殼牌公司的Classlube系列、Malleus鋼繩潤(rùn)滑劑，CONOCO公司用于鋼繩的CABLELUBE重負(fù)荷潤(rùn)滑劑，ORION(歐立能)87號(hào)鋼索潤(rùn)滑油，中國(guó)石化潤(rùn)滑油公司的長(zhǎng)城牌鋼繩減摩潤(rùn)滑脂等。

　　目前，橋式抓斗卸船機(jī)比較合理的潤(rùn)滑方式是稀油潤(rùn)滑與油脂潤(rùn)滑相結(jié)合。特別是在鋼絲繩更換時(shí)的潤(rùn)滑極為關(guān)鍵。通常應(yīng)先用鋼索油(稀油)進(jìn)行涂抹或浸泡，目的是使鋼絲繩內(nèi)部及繩芯得到充足潤(rùn)滑，以減少鋼絲繩的鋼絲與鋼絲之間、股與股之間以及股與鋼絲繩芯之間的磨損。然后在鋼絲繩的外表再涂上油脂，用于減少鋼絲繩與滑輪、鋼絲繩與卷筒之間的摩擦。在鋼絲繩的使用過(guò)程中還應(yīng)定期潤(rùn)滑，可以采用電動(dòng)稀油集中潤(rùn)滑裝置，即在鋼絲繩所卷繞的某定點(diǎn)滑輪上方定期噴涂潤(rùn)滑油，以達(dá)到充足潤(rùn)滑的效果。

　　3.5避免超載超速作業(yè)

　　實(shí)踐證明，卸船機(jī)司機(jī)的操作水平對(duì)鋼絲繩的安全和壽命有直接的影響。在卸船機(jī)作業(yè)過(guò)程中，司機(jī)超載超速越頻繁，牽引式橋式抓斗卸船機(jī)的起升/開(kāi)閉鋼絲繩和牽引鋼絲繩所受的瞬間沖擊載荷將越大，對(duì)鋼絲繩的傷害也越大。

　　當(dāng)卸船機(jī)的小車(水平方向運(yùn)動(dòng))或抓斗(水平與垂直方向運(yùn)動(dòng)的合成)超載超速時(shí)，在瞬間加速度過(guò)大，由動(dòng)力學(xué)知識(shí)Ft=mvt-mv0，即在t很小的情況下使mvt-mv0數(shù)值很大，從而導(dǎo)致鋼絲繩所受的沖擊力F很大，鋼絲繩所受的載荷明顯加劇，這顯然會(huì)對(duì)鋼絲繩造成傷害。

　　如下圖所示，承載抓斗的卸船機(jī)小車沿著卸船機(jī)小車軌道運(yùn)動(dòng)，其速度為v0，抓斗的重心至鋼絲繩與小車滑輪接觸點(diǎn)的距離為r。抓斗及物料的重量為G(約40噸)，起升/開(kāi)閉鋼絲繩的拉力為T，當(dāng)抓斗作勻速直線運(yùn)動(dòng)即處于平衡狀態(tài)時(shí)，重力G與鋼絲繩的拉力為T0的大小相等。當(dāng)做高速運(yùn)動(dòng)的抓斗突然急剎車時(shí)，抓斗因慣性將繞鋼絲繩與小車滑輪接觸點(diǎn)以r為半徑向前快速擺動(dòng)，由理論力學(xué)的知識(shí)可知，起升/開(kāi)閉鋼絲繩的拉力T=G(CosΦ+v2/g r)，以小車為分析對(duì)象時(shí)，小車受到通過(guò)鋼絲繩作用其上面的慣性離心力P，其大小與鋼絲繩受到的拉力T相等，方向相反，由此可知，抓斗的行走速度越大，鋼絲繩受到的拉力T也越大，慣性離心力P也越大，其水平向前方向的分力也越大，產(chǎn)生了一個(gè)破壞性的水平向前的“主動(dòng)牽引力”。在破壞性“主動(dòng)牽引力”的作用下，可能克服制動(dòng)器的制動(dòng)力，在瞬間產(chǎn)生向前俯沖的現(xiàn)象。所以，為安全起見(jiàn)，小車在剎車前應(yīng)該提前減速，這點(diǎn)很關(guān)鍵，它可以避免鋼絲繩承受過(guò)大的沖擊動(dòng)載荷，對(duì)改善鋼絲繩的受力，是延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，提高安全經(jīng)濟(jì)性的主要主觀環(huán)節(jié)之一。

　　圖6 卸船機(jī)抓斗受力及動(dòng)力學(xué)分析示意圖

　　3.6完善精密點(diǎn)檢制度

　　完善鋼絲繩的精密點(diǎn)檢制度，是維護(hù)跟蹤鋼絲繩的安全經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。鋼絲繩在使用期間，一定要按規(guī)定進(jìn)行定期檢查，并將檢查結(jié)果認(rèn)真做好記錄。通過(guò)對(duì)鋼絲繩隨時(shí)監(jiān)控，為安全、合理使用鋼絲繩提供依據(jù)。

　　在其使用過(guò)程中，應(yīng)對(duì)全長(zhǎng)各個(gè)部位進(jìn)行檢查。由于客觀上要對(duì)整條鋼絲繩進(jìn)行檢查十分困難，但是，對(duì)于那些經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明容易損壞的部位必須進(jìn)行頻繁、仔細(xì)檢查，因?yàn)橐坏┻@些部位嚴(yán)重?fù)p壞不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。

　　《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2009(6) -97-

　　3.6.1鋼絲繩外部檢查：

　　直徑檢查：直徑是鋼絲繩極其重要的參數(shù)。通過(guò)對(duì)直徑測(cè)量，可以反映該出直徑的變化速度、鋼絲繩是否承受到過(guò)較大的沖擊載荷、捻制時(shí)股繩張力是否均勻一致、繩芯對(duì)股繩是否保持了足夠的支撐能力。

　　磨損檢查：鋼絲繩在使用過(guò)程中產(chǎn)生磨損現(xiàn)象不可避免。通過(guò)對(duì)鋼絲繩磨損檢查，可以反映出鋼絲繩與匹配輪槽的接觸狀況，在無(wú)法隨時(shí)進(jìn)行性能試驗(yàn)的情況下，根據(jù)鋼絲磨損程度的大小推測(cè)鋼絲繩實(shí)際承載能力。

　　斷絲檢查：鋼絲繩在投入使用后，肯定會(huì)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，尤其是到了使用后期，斷絲發(fā)展速度會(huì)迅速上升。由于鋼絲繩在使用過(guò)程中不可能一旦出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象即停止繼續(xù)運(yùn)行(雖然對(duì)于新鋼絲繩而言，這種現(xiàn)象是不允許的)，因此，通過(guò)斷絲檢查，尤其是對(duì)一個(gè)捻距內(nèi)斷絲情況檢查，不僅可以推測(cè)鋼絲繩繼續(xù)承載的能力，而且根據(jù)出現(xiàn)斷絲根數(shù)發(fā)展速度，間接預(yù)測(cè)鋼絲繩使用疲勞壽命

　　3.6.2鋼絲繩內(nèi)部檢查

　　對(duì)鋼絲繩進(jìn)行內(nèi)部檢查要比進(jìn)行外部檢查困難的多，但由于內(nèi)部損壞(主要由銹蝕和疲勞引起的斷絲)隱蔽性更大，因此，為保證鋼絲繩安全使用，必須在適當(dāng)?shù)牟课贿M(jìn)行內(nèi)部檢查。檢查的方法：將兩個(gè)尺寸合適的夾鉗相隔100-200毫米夾在鋼絲繩上反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，股繩便會(huì)脫起。操作時(shí)，必須十分仔細(xì)，以避免股繩被過(guò)度移位造成永久變形(導(dǎo)致鋼絲繩結(jié)構(gòu)破壞)。檢查的內(nèi)容：小縫隙出現(xiàn)后，用起子之類的探針撥動(dòng)股繩并把妨礙視線的油脂或其它異物撥開(kāi)，對(duì)內(nèi)部潤(rùn)滑、鋼絲銹蝕、鋼絲及鋼絲間相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨痕等情況進(jìn)行仔細(xì)檢查。特別應(yīng)該注意到，檢查斷絲，一定要認(rèn)真，因?yàn)殇摻z斷頭一般不會(huì)翹起而不容易被發(fā)現(xiàn)。檢查完畢后，稍用力轉(zhuǎn)回夾鉗，以使股繩完全恢復(fù)到原來(lái)位置。如果上述過(guò)程操作正確，鋼絲繩不會(huì)變形。

　　鋼絲繩其它檢查前面敘述的檢查僅是對(duì)鋼絲繩本身而言，這只是保證鋼絲繩安全使用要求的一個(gè)方面。除此之外，還必須對(duì)與鋼絲繩使用的外圍條件---匹配輪槽的表

　　面磨損情況、輪槽幾何尺寸及轉(zhuǎn)動(dòng)靈和性進(jìn)行檢查，以保證鋼絲，繩在運(yùn)行過(guò)程中與其始終處于良好的接觸狀態(tài)、運(yùn)行摩擦阻力最小。纏繞卷筒和滑輪應(yīng)定期檢查，以確保這些部件在其軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)正常。不靈活或被卡住的滑輪或轉(zhuǎn)動(dòng)件引起急劇的磨損且不均勻，因而引起對(duì)鋼絲繩的嚴(yán)重磨損。不起作用的平衡輪能引起繞過(guò)的鋼絲繩受載不均衡。所有滑輪槽底半徑應(yīng)與繩的公稱直徑相適應(yīng)。若槽底半徑變得太大或太小，則應(yīng)重新車削繩槽或更換滑輪。

　　3.6.3建立翔實(shí)的臺(tái)帳記錄

　　建立翔實(shí)的臺(tái)帳記錄，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩的使用狀況進(jìn)行跟蹤，為鋼絲繩的安全經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。通過(guò)對(duì)同一品牌鋼絲繩在不同時(shí)間區(qū)域內(nèi)的記錄統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行縱向比較，同時(shí)還可以對(duì)不同品牌鋼絲繩的安全經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行橫向分析比較，經(jīng)過(guò)性價(jià)比反過(guò)來(lái)可以促進(jìn)為鋼絲繩的選型提供依據(jù)。

　　在每次定期檢驗(yàn)中，應(yīng)記載每次對(duì)鋼絲繩檢驗(yàn)的情況，包括鋼絲繩的內(nèi)外磨損、斷絲(不同捻距范圍內(nèi)的斷絲數(shù))、潤(rùn)滑狀況、變形狀況、腐蝕狀況等。同時(shí)，還應(yīng)建立卸煤量的實(shí)時(shí)跟蹤表和鋼絲繩更換的時(shí)間點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表，這樣可以為鋼絲繩的更換點(diǎn)用物流量的方式表達(dá)，實(shí)現(xiàn)把鋼絲繩報(bào)廢的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)與累計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)鋼絲繩的安全狀況做到可控在控，從而對(duì)經(jīng)濟(jì)性提供最佳參考，而且還可以對(duì)鋼絲繩的預(yù)更換時(shí)間進(jìn)行預(yù)估，為鋼絲繩采購(gòu)量和時(shí)間提供參考，達(dá)到一矢多的的效果。

　　4 結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)港口卸船機(jī)鋼絲繩使用的安全經(jīng)濟(jì)性分析和對(duì)如何提高鋼絲繩安全經(jīng)濟(jì)性的途徑探索，有助于更好地協(xié)調(diào)鋼絲繩斷裂隱患的安全性和未到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)就定期強(qiáng)制更換的不經(jīng)濟(jì)性的矛盾，做到安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)籌兼顧，對(duì)港口卸船機(jī)乃至其它起重行業(yè)的鋼絲繩維護(hù)這一重點(diǎn)和難點(diǎn)工作起到一定的借鑒作用。

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　　[8] 郝桐生.理論力學(xué).高等教育出版社,1989,.

　　作者：翁春華

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