翁春華

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提高橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩使用安全經(jīng)濟(jì)性的探討

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廈門(mén)華夏國(guó)際電力發(fā)展有限公司

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，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。

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

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(chē)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(chē)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(chē)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)。

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(chē) 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(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu) 15-機(jī)器房 16-小車(chē)夜壓張緊裝置 17-副小車(chē)

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(chē)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(chē)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(lèi)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，Ｆｘ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，Ｆｙ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，Ｆｙ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。②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(mén)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(chē)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?。必須選擇非防旋轉(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?xún)r(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；

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(huà)，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。

如圖3所示：在鋼絲繩周?chē)∫粋€(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。

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

S0max ＝0→2π

S0min ＝0→0

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(lèi)的缺陷已經(jīng)完全滿(mǎn)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，這是一種磁化和檢測(cè)的兩體方案。

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(chēng)探頭，圖5為系統(tǒng)框圖。

左側(cè):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

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)啵杨A(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(mén)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。

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??；③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(chē)(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(chē)沿著卸船機(jī)小車(chē)軌道運(yùn)動(dòng)，其速度為v0，抓斗的重心至鋼絲繩與小車(chē)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(mén)，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T(mén)0的大小相等。當(dāng)做高速運(yùn)動(dòng)的抓斗突然急剎車(chē)時(shí)，抓斗因慣性將繞鋼絲繩與小車(chē)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(chē)為分析對(duì)象時(shí)，小車(chē)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(chē)在剎車(chē)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，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，提高安全經(jīng)濟(jì)性的主要環(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。

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，可以反映該處直徑的變化速度、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)行外部檢查困難得多，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(lèi)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)靈活性進(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(chēng)直徑相適應(yīng)。若槽底半徑變得太大或太小，則應(yīng)重新車(chē)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?xún)r(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。

[1] 張強(qiáng).燃料設(shè)備檢修[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004.

[2] 鋼絲繩（纜）在線無(wú)損定量檢測(cè)方法和判定規(guī)則[S].中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),MT/T 970-2005.

[3] 起重機(jī)械用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范[S].國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局, GB 5972－1986.

[4] 許耀昌,王昌祿,常暉.微機(jī)CAD軟件工具與接口[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.

[5] 許灝.新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].下冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[6] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第2卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[7] 張步勤,冀慶亞,趙煥章.峰峰集團(tuán)鋼絲繩安全管理創(chuàng)新[J].煤礦安全,2006,(7):70-72.

[8] 郝桐生.理論力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1989.