浅介工程起重机钢丝绳
引言
钢丝绳的优势：耐腐蚀性好，能够在各种有害介质的恶劣环境中正常工作；柔软性能好，能用于牵引、拉拽、捆扎等多方面用途；能传递长距离的载荷，能够承受多种载荷及变载荷的作用；具有较高的抗拉强度，抗疲劳强度和抗冲击韧性；承载能力安全系数较大，便于携带与运输，使用安全可靠，卷绕性好，载重能力大，自重轻；运行平稳且几乎没有噪声，在高速工作条件下耐磨，抗震，运转稳定性好，适用于高速转动；弹性好、强度高、过载能力强，工作时几乎不会发生突然断裂，可靠性强。因此，钢丝绳的应用十分广泛。
世界上最贵的钢丝绳每根价值1000万元，003航母上就安装了很多这样的绳子作为航母阻拦索，飞机降落后需要一段跑道用来减速，这个条件在陆地上是很容易满足的，但是在舰船上就很难办到，航母阻拦索非常重要。下面重点对工程起重机所用钢丝绳进行讨论分析。在工程起重机领域，钢丝绳是其应用最广的传动挠性件。
1钢丝绳的组成
1.1钢丝
钢丝绳在使用过程中经常需要承载交变载荷的作用，钢丝绳的使用性能主要是由钢丝的表面状态、力学性能、还有钢丝绳的结构决定。钢丝的材质包括碳素钢、合金钢，通过冷拉、冷轧而成，钢丝横截面有圆形、异形，异形横截面钢丝主要用于生产密封钢丝绳，具有很强的韧性、抗拉强度，并对钢丝表面进行适当的处理用以满足不同使用环境条件下的需求。
1.2绳芯
绳芯的主要作用是对钢丝绳起到支撑作用，以达到稳定的横断面结构。绳芯包括钢芯和纤维芯，纤维芯包括天然纤维芯和合成纤维芯，天然纤维芯如剑麻、黄麻、棉线等，合成纤维芯包括聚乙烯和聚丙烯长丝等。天然纤维芯可以储存较多的润滑脂，对钢丝绳起到润滑作用，延长钢丝绳使用寿命。
1.3润滑脂
钢丝绳捻制过程中喷涂润滑脂，其主要作用有两个，其一，对钢丝绳进行润滑减缓对钢丝表面的磨损，其二，润滑脂可以将钢丝表面与空气中的氧气隔离，对钢丝绳发生氧化锈蚀起到抑制作用。
2钢丝绳的材料、制造
钢丝绳是由许多滑轮直径D=0.5~2mm的高强度钢丝经缠绕、编制而成。钢丝绳的材料采用优质碳素钢较多，它的含P、S量≤0.03%，含C量为0.5%～0.8%，抗拉强度一般可以达到1450~2000N/mm2，特殊状态下可达到2400N/mm2。钢丝绳的钢丝质量根据内弯次数的多少可分为Ⅱ级、I级、特级。载客电梯多采用特级，工程起重机多采用I级，Ⅱ级主要用于物的紧固绑扎等用途。
除钢丝质量外，使用目的不同，钢丝绳的结构及其绕编方式也各不相同，工程起重机通常采用双绕绳。
3钢丝绳的种类
钢丝绳根据结构及编绕方式的不同可分为以下不同的种类。
3.1钢丝绳的捻绕次数
1）单绕绳是由若干层钢丝绳依次围绕一根钢芯绕制而成。这种钢丝绳的构造最简单，其特点是刚性大，挠曲性差，不宜用作起重绳，可用作起重机的桅索、拉索和架空索道的承载索等。
2）双绕绳是先由钢丝拧成股，然后再将股拧成绳。这种钢丝绳挠性好，是工程起重机常用绳。
3）三绕绳是把双绕绳作为股，再由几股拧成绳。这种钢丝绳挠性特别好，但由于制造复杂，并且钢丝较细，容易磨损折断，起重机中一般不用。
3.2钢丝绳的捻制方法
1）顺绕绳，钢丝绕成股与股绕成绳的方向相同。
这种钢丝绳挠性好，表面光滑，使用寿命长，但容易自行松散和扭转。因此，它只能用于经常保持张紧状态的地方，如起重机小车运行机构的牵引绳。
2）交绕绳，钢丝绕股方向与股绕绳方向相反。这种钢丝绳挠性、使用寿命都比顺绕绳的差，但股与绳方向相反，不容易扭转、松散，所以交饶绳在工程起重机中使用比较广泛。
3）混绕绳，即一半顺绕，一半交绕。因工艺复杂，极少应用。
3.3股的形状
1）圆股绳，钢丝绳的股为圆形。制造方便，一般常用。
2）异形股绳，钢丝绳中的股呈三角形、椭圆形及扁圆形等。这种钢丝绳与滑轮槽和卷筒槽接触良好，使用寿命长，但制造复杂。
3）多股不扭转绳，钢丝绳中各相邻层股的捻向相反。这种钢丝绳在卷筒上接触面积较大，抗挤压强度高，寿命长，而且受力时其自由端不会旋转。特别适宜用作起升高度特大的自升式塔式起重机的起升钢丝绳。
3.4钢丝之间的接触形式
3.4.1钢丝点接触绳
所有钢丝的直径相同，不同层钢丝的节距不同，相互交叉会形成钢丝与钢丝点接触。它的缺点是接触应力高，易断裂，表面较粗糙，使用寿命较短。但因其制造工艺简单，性价比高，曾广泛用于起重机中，现逐渐被钢丝线接触绳代替。
3.4.2钢丝线接触绳
由不同直径的钢丝缠绕编制，通过截面几何尺寸的适当配置，使每层钢丝与钢丝的节距相同，内层钢丝绳之间的沟槽内包裹着外层钢丝，内外层的钢丝在一条螺旋线上互相接触，形成线接触。线接触钢丝绳消除了点接触钢丝绳具有的二次弯曲应力，可一定程度降低工作时总弯曲应力，所以它的承载能力高，并且挠性较好，耐腐蚀，使用寿命较长，在工程起重机中得到日益广泛的应用。
钢丝线接触绳根据钢丝绳端面不同的结构可分为以下3种形式：
1）外粗式X。这种钢丝绳股中，内层钢丝绳细，外层钢丝粗，同一层钢丝的直径相同，它的耐磨性好但挠性较差。
2）粗细式W。这种钢丝绳股的外层由不同直径的钢丝组成，其中细钢丝同时与3根相邻钢丝接触，它的断面填充系数高，承载能力大，挠性好，是工程起重机常用的形式。
3）填充型T。这种钢丝绳股内外层钢丝形成的沟槽内包裹着细钢丝，断面填充系数高，承载能力增加。
4）钢丝点、线接触绳，混合结构，其外面为外粗式，里面是点接触。
4钢丝绳的选用
考虑钢丝绳选用时，首先要根据钢丝绳的使用条件（例如：潮湿、常温、高温、多层缠绕等），初步确定钢丝绳的形式，一般优先选择钢丝线接触绳，腐蚀性大的环境选用镀锌钢丝绳，最后通过所要求的受力情况来决定钢丝绳的直径。
钢丝绳的受力情况复杂，除了受压缩、弯曲、拉伸、扭转复合应力以外，也受外界冲击载荷的影响，需精确计算几乎不太现实。承受的力多为动态形式，本文通过简化，采用静态力算法，如下：
4.1通过计算钢丝绳破断拉力选用钢丝绳内部破断拉力F，可以用钢丝绳本身所承受的最大工作静拉力Sa乘以它的安全系数，得出的钢丝绳破断拉力作为选绳的最低条件。计算公式为：
F，≥nS..
式中：n为安全系数。
4.2通过最大工作拉力计算钢丝绳的直径根据使用场景算出所需钢丝绳的最大工作拉力，通过最大工作拉力计算钢丝绳的直径，以计算出的钢丝绳直径为最小直径选用。计算公式为：
d=CV.
式中：C为选择系数，mm/VN；s为钢丝绳最大工作静拉力，N；d为钢丝绳的最小直径，mm。
5钢丝绳的报废
工程起重用钢丝绳的损坏主要是在长期作用中逐渐形成的。当钢丝绳在卷筒与滑轮工作时，会产生拉应力、弯曲、挤压、扭转和接触等应力。在工程起重机的使用过程中，反复弯曲和反复挤压引起的钢丝绳金属疲劳是钢丝绳破坏的主要原因。当反复拉拽、挤压、弯曲、摩擦扭转达到一定次数时，外层钢丝会首先断裂，剩下没有折断的其余钢丝自然会承受更大的拉力，加剧了疲劳和磨损程度，最终使钢丝绳断丝速度逐渐加快。钢丝绳断丝量一旦达到特定的数目时，该钢丝绳便不允许继续使用，应报废处置或做他用。
6起重机钢丝绳使用注意事项1）在工程起重机设计过程中应尽量减少可能造成钢丝绳弯折的处境，优化结构，尽量使用少的滑轮结构，不仅如此，还要考虑避免钢丝绳往相反方向弯折，这样的弯折对钢丝绳的损害是正常弯折的2倍，会使所用钢丝绳加速疲劳损坏。
2）钢丝绳的寿命跟卷筒、滑轮直径D与钢丝绳直径d的比值有很大的关系。所设计的比值越大，钢丝绳的寿命越长，反之，越短。设计中应考虑最小比值。
3）钢丝绳的绳股较细，与钢丝绳配合使用的卷筒、滑轮的材料不能太硬，否则也会影响钢丝绳的寿命。在太原重工工程起重机制造及使用经验表明，选用硬度较软的铸铁滑轮比同等条件下的铸钢滑轮钢丝绳的寿命可延长15%左右，若选用尼龙滑轮，对钢丝绳的寿命更加有利。
4）钢丝绳出厂使用时已配置油脂，但在钢丝绳的使用过程中也应加强维护保养，注意看钢丝绳的油脂是否充足，定期给予钢丝绳润滑可避免腐蚀，从而减弱钢丝绳自身的磨损，延长钢丝绳的使用寿命。
7结语
起重机钢丝绳作为起重机非常重要的专用零件，其制造、选用和使用都非常考究，都有严苛的标准要求，必须在钢丝绳制造、选用、使用等每一个环节严格控制，才能使起重机工作牢靠、安全。
Copyright © 2002-2019 南通昌源版权所有 Power by DedeCms
