摘 要：吊運熔化或熾熱金屬的起重機為避免高溫對鋼絲繩繩芯的損傷，應采用金屬繩芯或金屬股芯等有耐高溫性能的重要用途鋼絲繩。金屬芯鋼絲繩具有破斷拉力大、抗擠壓和耐高溫特點，可在使用中卻發(fā)現金屬芯鋼絲繩斷絲頻率很高，本文就高溫環(huán)境下使用的金屬芯鋼絲繩斷絲原因進行分析，并對相應的預防措施作了介紹。

關鍵詞：金屬芯鋼絲繩；斷絲；彎曲疲勞；高溫；磨損

鋼絲繩具有自重輕、強度高、彈性好、工作平穩(wěn)、承受動載和過載能力強、卷繞噪聲小、適合高速運行等特點，是起重機械的重要零件之一，在橋（門）式起重機中，鋼絲繩主要用于起升機構，承受起吊重物時的各種沖擊以及卷筒纏繞和滑輪彎曲，同時起重機上的鋼絲繩所處工作環(huán)境和條件相對較為惡劣，因此鋼絲繩出現各類損傷就不可避免了，損傷導致強度降低，嚴重時甚至會發(fā)生突然斷裂事故。鋼絲繩產生損傷的主要模式有斷絲、磨損、銹蝕和扭結等，斷絲是最常見，也是出現頻率最高的一種損傷模式。

鋼絲繩是由一定數量的鋼絲和繩芯經過捻制而成。首先將鋼絲捻成股，然后將若干股為圍繞著繩芯制成繩。鋼絲是鋼絲繩的基本強度單位，繩芯是被繩股所纏繞的撓性芯棒，起著支撐和固定繩股的作用，并可以儲存潤滑油，增加鋼絲繩的撓性。按繩芯分類，鋼絲繩分為金屬芯鋼絲繩和纖維芯鋼絲繩。

纖維芯鋼絲繩柔軟，彎曲性能好，鋼絲繩在工作中受碰撞和沖擊載荷時，纖維芯能起到緩沖作用；天然纖維芯儲油多，鋼絲繩在工作時，內部有足夠的潤滑，并能減緩鋼絲的腐蝕，現普遍使用在一般工作環(huán)境的起重機上。

在高溫環(huán)境工作的起重機為避免高溫對鋼絲繩繩芯的損傷應使用耐高溫的鋼絲繩，GB/T3811-2008《起重機設計規(guī)范》規(guī)定：吊運熔化或熾熱金屬的鋼絲繩應采用金屬繩芯或金屬股芯等有耐高溫性能的重要用途鋼絲繩。金屬芯鋼絲繩具有耐高溫、破斷拉力大、彈性模量大、抗擠壓、繩徑穩(wěn)定的特點，在實際使用中，金屬芯鋼絲繩比纖維芯鋼絲繩出現斷絲的頻率更高。下面，對金屬芯鋼絲繩斷絲頻率高的原因進行分析，并提出一些相應的預防措施。

1 斷絲原因分析

斷絲主要由疲勞和磨損引起。鋼絲繩在使用過程中主要承受彎曲、拉伸、扭曲、振動引起的疲勞。鋼絲繩疲勞損傷的機理是在交變應力的作用下，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，使裂紋擴展而產生的斷裂。彎曲疲勞是指鋼絲繩反復繞過滑輪或卷筒，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；在起動和制動的始末，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；鋼絲繩經常受到扭曲和振動也是產生疲勞的原因。

磨損會導致鋼絲繩變細，磨損是指鋼絲繩的機械磨損，它包括外部的均勻磨損、變形磨損、內部磨損、單面磨損、擠壓磨損。外部磨損是指鋼絲繩在使用過程中，由于與滑輪、卷筒等接觸而產生的鋼絲磨損；變形磨損是指鋼絲繩與滑輪經常產生慢性移位，鋼絲繩在滑輪上劇烈振動、沖擊，或者由于滑輪與卷筒中心偏移而產生的咬繩現象造成的；內部磨損是指鋼絲繩在使用過程中，經過滑輪或卷筒時，鋼絲繩所承受的全部載荷壓在鋼絲繩一側，同時由于鋼絲的彎曲，股中鋼絲產生移動，這時股與股之間接觸應力最大，而使相鄰股間的鋼絲產生局部壓痕深凹，當反復拉伸彎曲時，在深凹處產生應力集中而折斷；單面磨損是指鋼絲繩在不光滑的滑輪輪槽內或滑輪不轉動而造成；擠壓磨損是指由于滑輪輪緣破損，鋼絲繩與輪緣破損處摩擦而造成的磨損現象。

1.1 鋼絲繩情況

鋼絲繩在使用中要無數次彎曲、重復繞過滑輪和卷筒，鋼絲就會產生彎曲應力，在一段時間后，鋼絲就會出現疲勞和韌性下降等彎曲疲勞情況，并最終導致斷絲，鋼絲繞繩輪時，鋼絲的彎曲應力

？滓=■·E （1-1）

？啄-鋼絲直徑；D-繩輪直徑（即鋼絲彎曲曲率半徑）；E-彈性模量；？滓-鋼絲最大彎曲應力

金屬芯鋼絲繩韌性相對較低，既彈性模量較大，所以彎曲應力相對較大，更易出現斷絲現象。

1.2 滑輪情況

鋼絲繩主要與滑輪接觸、摩擦，因此滑輪對鋼絲繩的磨損至關重要。

JB/T7688.1-95《冶金起重機技術條件》規(guī)定：采用鑄造滑輪時應采用符合或性能不低于ZB J80 006規(guī)定的滑輪，推薦采用鑄鋼滑輪。鑄鋼滑輪的強度和沖擊韌性比鑄鐵滑輪要高，但表面較硬，鋼絲繩與之接觸、摩擦，更易造成磨損。

鑄鋼滑輪的表面儲油性比鑄鐵滑輪要差，因此鋼絲繩與鑄鋼滑輪間的摩擦力也就較大，更易造成鋼絲繩磨損。

1.3 環(huán)境因素

據對麻芯鋼絲繩潤滑研究，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，涂油鋼絲繩在試驗后期發(fā)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，因此鋼絲繩的潤滑在一定條件下成為影響鋼絲繩壽命的關鍵因素。金屬芯儲油性較差，因此金屬芯鋼絲繩內部的潤滑條件較差，同時金屬芯鋼絲繩通常工作在高溫環(huán)境下，鋼絲繩上所涂的潤滑油會因高溫稀釋并滑落，造成鋼絲繩因缺油而過早出現斷絲現象。并且由于鋼絲繩表面缺油而增大鋼絲繩與滑輪之間的摩擦力，導致表面鋼絲出現斷絲現象。

采用金屬芯鋼絲繩的起重機主要用于吊運鋼水或澆注鋼錠等作業(yè)，現場條件惡劣，粉塵大，鋼絲繩表面易吸附粉塵顆粒形成磨料，加大了鋼絲繩的磨損。

2 預防措施

2.1 根據公式（1-1），鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比值（即卷筒、滑輪直徑D與鋼絲繩直徑d的比值）有密切的關系，卷筒和滑輪越大，鋼絲繩在卷筒和滑輪處的彎曲程度越小，彎曲應力也越小。因此GB/T3811-2008《起重機設計規(guī)范》規(guī)定：當起重機進行危險物品裝卸作業(yè)（如吊運液態(tài)熔融金屬等）宜按比該類起重機起升機構常用的工作級別高一級的機構來選擇鋼絲繩滑輪和卷筒的卷繞直徑。在條件許可的情況下，應盡可能使卷筒和滑輪的直徑加大。

2.2 潤滑就是減少摩擦阻力、磨損，進而減少斷絲、斷股，延長鋼絲繩的壽命。鋼絲繩在不斷變換的拉升、松弛、滾動、牽引過程中，繩絲之間、繩與輪、繩與繩之間經常產生運動摩擦，潤滑的作用就是降低這種摩擦系數，使鋼絲繩中鋼絲受力均勻.提高鋼絲的疲勞彎曲性能。這就要求在鋼絲繩的使用周期中自始至終保持潤滑性能，要求潤滑油在鋼絲間、銅絲與輪間受壓狀態(tài)下保持一定的油膜，防止金屬間直接摩擦。所以，要定期對鋼絲繩進行潤滑，使之經常處于良好的潤滑狀態(tài)，對鋼絲繩的潤滑也應按要求操作，在鋼絲繩潤滑之前，應將鋼絲繩表面上積存的污垢和鐵銹清除干凈，然后用加熱到80℃左右的潤滑油蘸浸鋼絲繩，使?jié)櫥湍艹浞纸傅戒摻z繩的內部繩芯中去。

2.3 定期對滑輪等轉動部件進行潤滑；定期對鋼絲繩和滑輪輪槽表面油污、雜質進行清理。

鋼絲繩的斷絲類型還有銹蝕斷絲、剪切斷絲、過載斷絲和扭結斷絲等，通過了解和掌握鋼絲繩產生損傷的模式及其原因，采取相應的預防措施，不但可以延長鋼絲繩的使用壽命，提高鋼絲繩使用的經濟性，而且為鋼絲繩使用的安全性提供保障。

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[5]JB/T7688.1-95《冶金起重機技術條件》

作者簡介：張明華（1974，8-），單位：寧波市特種設備檢驗研究院；職務：工程師；研究方向：鋼絲繩檢驗技術。