王利鋒

（河鋼集團唐鋼冷軋薄板廠，河北 唐山 063200）

隨著唐鋼高強汽車板產(chǎn)品逐步進入高端家電市場和汽車市場，用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，好的產(chǎn)品質(zhì)量一定離不開設(shè)備的穩(wěn)定運行。自2014年2月份項目一期連退線和4#鍍鋅線熱試后，發(fā)生了多起活套配重鋼絲繩斷裂導(dǎo)致設(shè)備損壞的惡性事故，活套鋼絲繩的安全使用直接影響到設(shè)備的安全運行，活套鋼絲繩在使用過程中由于其結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境而無法進行適時檢測，往往鋼絲繩表面完好，其內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生了斷絲現(xiàn)象，這些局限造成了鋼絲繩在使用過程中存在重大的安全隱患，研究和改善鋼絲繩疲勞斷裂的工作已經(jīng)迫在眉睫，徹底杜絕鋼絲繩在生命周期中斷裂已經(jīng)到了刻不容緩的地步。本文重點對影響鋼絲繩壽命的原因進行了研究，分析造成事故的原因并從根本上解決問題。

1 活套鋼絲繩使用現(xiàn)狀及背景

鋼絲繩斷裂多發(fā)生在出口活套，這與出口活套的作用有關(guān)。根據(jù)客戶要求，成品鋼卷一般為7噸～10噸，也就是說入口原料卷到出口要分成2卷～3卷，出口活套鋼絲繩磨損即為入口活套的2倍～3倍，中間活套只有在更換光整機工作輥時才充套放套，平時穩(wěn)定在低位，因此鋼絲繩磨損最輕。當(dāng)活套充套放套時，鋼絲繩在繩輪上高速彎曲運行，鋼絲繩受彎曲應(yīng)力并且與受繩輪摩擦力使鋼絲繩產(chǎn)生斷裂。

連退鍍鋅活套鋼絲繩選型樣本為SWR公司Teufelberger防旋轉(zhuǎn)面接觸鋼絲繩，直徑27mm，8 x K26WS-EPIWRC，等級1960N/mm2，最小破斷力659kN。整個鋼絲繩表面的鋼絲全部呈現(xiàn)扁鋼絲，由8股組成，每股26根鋼絲，金屬芯填塑。采用各層股繩捻向不同的鋼絲繩，從而抵消鋼絲繩逆時針和順時針兩旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，故受荷載后的鋼絲繩產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力要小于普通鋼絲繩，因此在使用過程中通常不會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。該鋼絲繩具有以下特點：①雙壓實股鋼絲繩；②金屬填充系數(shù)大；③具有特別更高的破斷拉力；④具有優(yōu)良的抗磨損和抗擠壓性能。

2 鋼絲繩斷裂原因分析

鋼絲繩在同直徑時公稱抗拉強度越低，每股繩內(nèi)鋼絲越多，鋼絲直徑越細(xì)，則繩的撓性越好，易于彎曲，但鋼絲繩易磨損。反之，每股繩內(nèi)鋼絲直徑越粗，則鋼絲繩撓性越差，鋼絲繩耐磨損。

鍍鋅連退發(fā)生斷裂后，普銳特由法國進口了一批Teufelberger 8 x K26WS-EPIWRC鋼絲繩，仍然發(fā)生了斷裂。也印證了斷裂不是由于產(chǎn)品質(zhì)量和選型原因，而是設(shè)計缺陷。

2.1 鋼絲繩和繩輪的直徑比

在各個領(lǐng)域中，鋼絲繩通常均與滑輪配合使用。斷絲是鋼絲繩主要的失效形式之一。當(dāng)鋼絲繩通過滑輪時，在負(fù)載的使用下，均會發(fā)生磨損疲勞和彎曲疲勞，繼而產(chǎn)生斷絲，從而造成鋼絲繩失效。其中，滑輪直徑越小，鋼絲繩在通過滑輪時的彎曲半徑就越小，越容易產(chǎn)生疲勞。因此滑輪直徑是影響鋼絲繩使用壽命的關(guān)鍵因素。同時當(dāng)鋼絲繩繞過滑輪時，鋼絲繩與滑輪接觸面之間會產(chǎn)生相對位移，使得鋼絲繩與滑輪表面均發(fā)生磨損疲勞。

在鋼絲繩通過滑輪的過程中，鋼絲繩在滑輪繩槽內(nèi)發(fā)生彎曲，其彎曲曲率P直接受滑輪直徑大小的影響?；喼睆皆酱?，鋼絲繩的曲率半徑P隨之越大，彎曲應(yīng)力也就越小，所產(chǎn)生的彎曲疲勞越小，越不容易發(fā)生斷絲；相反，滑輪直徑越大，鋼絲繩的曲率半徑P隨之越小，彎曲應(yīng)力也就越大，所產(chǎn)生的彎曲疲勞越大，因疲勞發(fā)生斷絲的時間也就越短。

圖1 鋼絲繩受彎曲應(yīng)力簡圖

由以上分析可知，鋼絲繩繞過滑輪時隨直徑外形而發(fā)生彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和鋼絲繩與滑輪相對運動產(chǎn)生的磨擦 力是鋼絲繩發(fā)生疲勞斷絲的主要原因，所以在實際生產(chǎn)工作應(yīng)盡可能大地增加滑輪的直徑以及減少滑輪的使用個數(shù)，但是由前面的分析知滑輪的直徑的增大會使鋼絲繩的偏角增大，而使得鋼絲繩與滑輪壁的磨損加劇。

但是從試驗數(shù)據(jù)分析可以看出，適當(dāng)?shù)卦龃蠡喼睆綄澢鷳?yīng)力的影響較大，對鋼絲繩與滑輪壁的磨損影響較小，所以我們在設(shè)計過程中可以考慮適當(dāng)?shù)卦龃蠡喼睆健?/p>

表1 唐鋼連退、鍍鋅與相近產(chǎn)線繩輪及鋼絲繩直徑對比表

2.2 鋼絲繩安全系數(shù)選取

鋼絲繩安全系數(shù)的定義：鋼絲繩安全系數(shù)是鋼絲繩最小破斷力與全部工作載荷的比。

鋼絲繩的安全系數(shù)關(guān)乎著鋼絲繩的正常運行及鋼絲繩的使用壽命。選用恰當(dāng)安全系數(shù)的鋼絲繩至關(guān)重要。

新鋼絲繩的安全系數(shù)應(yīng)能保證在正常的疲勞應(yīng)力和磨損條件下，在工作壽命周期中鋼絲繩能提供可靠的服務(wù)。在提升人員、貴重物品、要求使用壽命長、腐蝕性環(huán)境及難以進行頻繁檢查的環(huán)境中，應(yīng)采用較大的安全系數(shù)的鋼絲繩。

連退鍍鋅出口活套單個配重最大重量為13530Kg，鋼絲繩最小破斷力659kN，普銳特選取的鋼絲繩安全系數(shù)為659000÷13530÷9.8=4.97。

工業(yè)提升鋼絲繩最小安全系數(shù)為6，不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩最小安全系數(shù)為10，普銳特選取的安全系數(shù)顯然不合理。

綜上所述，普銳特在唐鋼高強汽車板一期連退鍍鋅線活套配重鋼絲繩安全系數(shù)、鋼絲繩直徑、繩輪直徑的選擇上都是錯誤的，普銳特以前成熟的設(shè)計是天鐵連退線的設(shè)計，在唐鋼項目設(shè)計時進行了“優(yōu)化”，顯然此次“優(yōu)化”是非常失敗的。

3 改進措施

將活套配重繩輪直徑加大到￠1320mm，鋼絲繩直徑加大到￠42mm。繩輪和繩徑比為1320÷42=31.4，安全系數(shù)最小的鍍鋅出口活套為1645000÷13530÷9.8=12.4。設(shè)計壽命出口活套大于1年，中間活套和入口活套大于3年。選取鋼絲繩型號為武鋼維爾卡NR MAXIPACT 37×K7 Φ42mm SZ U 1960。

同時，將5#鍍鋅和6#鍍鋅線也做相同的修改，并將5#線入口活套、出口活套和6#線出口活套活套設(shè)計由4個配重型式改為2個配重型式。

4 結(jié)語

連退鍍鋅活套配重鋼絲繩和繩輪經(jīng)過改造后，保證了生產(chǎn)線穩(wěn)定運行，產(chǎn)品整體質(zhì)量得到了很大的提高，在家電板領(lǐng)域，唐鋼產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)先進水平，在市場上受到用戶的高度評價。