魏焱焱

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院江陰分院，江蘇江陰 214400）

0 引言

在橋式起重機(jī)實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，要分析鋼絲繩與滑輪繩槽之間的接觸磨損，需要先分析起升系統(tǒng)中滑輪及兩側(cè)鋼絲繩的受力情況，進(jìn)而建立鋼絲繩與滑輪繩槽接觸模型。根據(jù)使用場(chǎng)所的不同情況進(jìn)行差異化的設(shè)定，使結(jié)果更加有效。

在對(duì)疲勞損傷的研究中，陳剛以港口起重機(jī)為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元分析方法對(duì)起重機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，得到滑輪輪槽最大接觸應(yīng)力點(diǎn)位置的疲勞壽命結(jié)果；程風(fēng)運(yùn)用參數(shù)化技術(shù)及有限元分析軟件研究了起重機(jī)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性，對(duì)起重機(jī)起升過(guò)程進(jìn)行仿真，計(jì)算起重機(jī)的疲勞壽命。針對(duì)露天使用起重機(jī)無(wú)法監(jiān)控起重機(jī)應(yīng)力狀態(tài)的問(wèn)題，研發(fā)起重機(jī)在線檢測(cè)可視化仿真系統(tǒng)，通過(guò)鋼絲壽命預(yù)測(cè)整個(gè)鋼絲繩的使用壽命，為滑輪輪槽實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了檢驗(yàn)參考。

滑輪繩槽表面接觸磨損情況主要是研究鋼絲繩和滑輪繩槽之間接觸應(yīng)力分布情況，這種分布主要為非線性接觸，可以選用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析。

1 起重機(jī)滑輪輪槽磨損研究

起重機(jī)工作過(guò)程中，滑輪組工作系統(tǒng)承受著來(lái)自鋼絲繩的拉力作用，工作一段時(shí)間后，會(huì)產(chǎn)生疲勞磨損，疲勞磨損即接觸疲勞，2個(gè)接觸體在相對(duì)滑動(dòng)或滾動(dòng)時(shí)，接觸區(qū)域形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料疲勞強(qiáng)度，出現(xiàn)裂紋并不斷擴(kuò)展，最終產(chǎn)生磨損的過(guò)程?；喗M產(chǎn)生的疲勞磨損一般包括萌生、擴(kuò)展、斷裂3個(gè)階段。因此需要對(duì)整個(gè)滑輪繩槽使用階段的摩擦損耗進(jìn)行研究，然后根據(jù)損耗情況，制定出詳細(xì)合理的綜合解決方案，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.1 滑輪疲勞壽命

疲勞磨損一般經(jīng)過(guò)裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展和斷裂，是較為普遍的磨損失效形式。因此滑輪的輪疲勞壽命研究?jī)?nèi)容主要包含3點(diǎn)：①初裝換輪疲勞壽命計(jì)算；②滑輪在不同接觸力下的疲勞循環(huán)次數(shù)；③滑輪淬火層被鋼絲繩磨平后再次出現(xiàn)壓痕的時(shí)間。

1.2 滑輪壓痕失效分析

出現(xiàn)一定程度的滑輪壓痕后，就會(huì)產(chǎn)生滑輪壓痕失效問(wèn)題，主要原因包括：

（1）在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，滑輪壓痕會(huì)萌生出裂紋，縫隙會(huì)逐漸拓展?；嗇啿墼诶Φ耐鶑?fù)作用下發(fā)生塑性形變，在滑輪輪槽表面留有印痕，在輪槽內(nèi)形成很深的滑移帶。

（2）滑輪槽表面循環(huán)磨損機(jī)理。起重機(jī)工作吊起物體的瞬間，物體會(huì)產(chǎn)生輕微搖動(dòng)，鋼絲繩和滑輪會(huì)在一定程度上形成擺動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，造成輪槽磨損。當(dāng)起重機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)加劇磨損程度。

2 防治滑輪輪槽出現(xiàn)壓痕的主要措施

2.1 控制鋼絲繩纏繞方式

輪槽出現(xiàn)壓痕的重要原因是沖擊載荷。在起重運(yùn)輸過(guò)程中，加速或者提升所產(chǎn)生接觸應(yīng)力是均勻應(yīng)力的（1～2）倍，因此研究鋼絲繩纏繞系統(tǒng)非常關(guān)鍵。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)適時(shí)地控制好加速度，降低滑輪承受的沖擊負(fù)荷，降低鋼絲繩與輪槽之間的摩擦因數(shù)。

2.2 加強(qiáng)鋼絲繩與滑輪的接觸應(yīng)力

通過(guò)分析起重機(jī)工作過(guò)程中鋼絲繩和滑輪的運(yùn)行原理可以得出，滑輪的壓痕主要是因?yàn)榛喗M的主要受力點(diǎn)集中在滑輪槽底部，吊具起吊重物時(shí)候，由于晃動(dòng)等因素的影響，鋼絲繩的交變摩擦力會(huì)對(duì)滑輪槽產(chǎn)生疲勞磨損，在滑輪底部產(chǎn)生明顯的壓痕。裂紋擴(kuò)展至斷裂發(fā)生，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重后果。因此，可以根據(jù)表層面積，安裝與鋼絲繩直徑配套的襯墊，加強(qiáng)鋼絲繩和滑輪的接觸應(yīng)力，減少鋼絲繩與滑輪槽之間的摩擦。

2.3 定期更換潤(rùn)滑脂

起重機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間工作必然會(huì)在鋼絲繩和滑輪槽之間產(chǎn)生磨損，輪槽表面磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)會(huì)融入潤(rùn)滑脂中，導(dǎo)致鋼絲繩和滑輪槽之間的阻力增大，加劇磨損程度。因此應(yīng)該及時(shí)更換潤(rùn)滑脂，降低磨損消耗。

3 起重機(jī)滑輪受力分析

某大型鋼鐵廠冶金橋式起重機(jī)主要工作參數(shù)：跨度22 m，起重量63 t/15 t，起升高度15 m，工作級(jí)別A7，小車運(yùn)行速度（4.16～41.6）m/min, 起升下降速度（0.902～9.02/12.5）m/min，大車運(yùn)行速度（8～80）m/min，葫蘆工作級(jí)別M5。起升部分由鋼絲繩纏繞系統(tǒng)動(dòng)滑輪和定滑輪組構(gòu)成，纏繞系統(tǒng)對(duì)稱構(gòu)成，分為左右兩側(cè)。對(duì)該設(shè)備的滑輪磨損進(jìn)行受力分析，得出滑輪的磨損程度。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)分析。裝卸過(guò)程：起重機(jī)將裝有鋼水的鋼包從地面起升至一定高度，通過(guò)運(yùn)行小車把鋼包放置在轉(zhuǎn)爐平臺(tái)，空載回程。

啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力比靜阻力大出幾倍，這個(gè)過(guò)程繩槽磨損比較嚴(yán)重。慣性阻力計(jì)算公式：Wa=k（Gn+Gz）a其中，Wa是啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力，k是考慮旋轉(zhuǎn)件的慣性阻力系數(shù)，a是啟動(dòng)平均加速度。通過(guò)計(jì)算得出起升、下降、橫向移動(dòng)過(guò)程中滑輪的受力情況，最終得出滑輪輪槽磨損的情況，并根據(jù)磨損情況制定檢測(cè)方案。

4 滑輪輪槽磨損檢測(cè)方法

（1）滑輪組依照標(biāo)準(zhǔn)安裝，日常維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中，要定期清除油槽和油孔雜質(zhì)，同時(shí)檢查是否安裝正確。

（2）滑輪組外觀檢驗(yàn)時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)滑輪組，如無(wú)法移動(dòng)說(shuō)明滑輪磨損嚴(yán)重需要更換。

（3）檢驗(yàn)中一旦發(fā)現(xiàn)滑輪出現(xiàn)裂痕，要停止使用立即報(bào)廢，更換新的滑輪組。

（4）檢測(cè)滑輪組時(shí)，要保證滑輪與鋼絲繩之間接觸靈活，保證輪槽的平滑度，保證滑輪與鋼絲繩之間的潤(rùn)滑效果。

（5）在滑輪組一部分出現(xiàn)磨損而不需要報(bào)廢的情況下，要定期維護(hù)保養(yǎng)，出現(xiàn)損壞加劇現(xiàn)象，及時(shí)更換滑輪。重鑄后再次投入運(yùn)行的滑輪，出現(xiàn)裂縫后不允許再進(jìn)行焊接，應(yīng)直接報(bào)廢。

5 結(jié)束語(yǔ)

介紹近年來(lái)起重機(jī)磨損的相關(guān)研究，運(yùn)用有限元分析方法，ANSYS軟件進(jìn)行分析，得出滑輪的使用壽命和滑輪壓痕失效分析，給出防治滑輪輪槽出現(xiàn)壓痕的主要措施，通過(guò)實(shí)例分析滑輪的主要受力情況，總結(jié)出滑輪輪槽磨損檢測(cè)方法。