延長(zhǎng)岸橋鋼絲繩使用壽命的一些措施

摘要：鋼絲繩在岸橋上應(yīng)用廣泛，更換鋼絲繩成本巨大，鋼絲繩壽命的延長(zhǎng)一直是業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的課題。本文從鋼絲繩的選型、設(shè)計(jì)、應(yīng)用和維護(hù)等多個(gè)方面闡述延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命的措施，并圍繞報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼絲繩的理論壽命進(jìn)行更加客觀、專(zhuān)業(yè)的探討。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩 壽命 沖擊 卸荷 恒轉(zhuǎn)矩 維護(hù)

0 引言

鋼絲繩在港機(jī)行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，集裝箱起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)岸橋）上有俯仰鋼絲繩、起升鋼絲繩、小車(chē)和托架牽引鋼絲繩、電梯升降鋼絲繩、起重行車(chē)鋼絲繩等。鋼絲繩應(yīng)用得合理與否關(guān)系到設(shè)備的運(yùn)行安全，而鋼絲繩的更換不僅成本高，工作量大，占用設(shè)備停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。比如，岸橋上小車(chē)張緊鋼絲繩許多碼頭基本每年都要更換一次，起升鋼絲繩每10萬(wàn)標(biāo)箱就要更換一次，俯仰鋼絲繩每3000運(yùn)行小時(shí)就要更換一次。所以，如何提高鋼絲繩的耐用度，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，減少鋼絲繩的更換率，一直是業(yè)界探討的課題。

總的來(lái)說(shuō)，延長(zhǎng)鋼絲繩的壽命是以節(jié)省社會(huì)資源，降低人工勞動(dòng)的投入，同時(shí)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行為基礎(chǔ)。但是鋼絲繩的壽命預(yù)期是在綜合各方面因素后取價(jià)值最大值的問(wèn)題，不同的用戶(hù)在每個(gè)因素上取值偏向性不同，則壽命預(yù)期就不同。比如因維護(hù)鋼絲繩而需投入太多的相對(duì)價(jià)值和過(guò)高的維護(hù)成本，就有必要對(duì)鋼絲繩的壽命預(yù)期進(jìn)行調(diào)整。

1 鋼絲繩的主要失效形式

鋼絲繩的主要失效形式包括：斷絲、繩股斷裂、繩徑減小、彈性降低、外部磨損、腐蝕、變形、由于受熱或電弧作用而引起的損壞及永久伸長(zhǎng)率的增加等，其中變形又包括：波浪形、籠狀畸變、繩股擠出、鋼絲擠出、繩徑局部增大、繩徑局部減小、部分被壓扁、扭結(jié)、彎折等。

2 延長(zhǎng)岸橋鋼絲繩使用壽命的一些措施

2.1 鋼絲繩選型

鋼絲繩按股內(nèi)相鄰層鋼絲的接觸狀態(tài)，可分為點(diǎn)接觸、線(xiàn)接觸和面接觸等形式。點(diǎn)接觸鋼絲繩由于鋼絲間接觸應(yīng)力大，現(xiàn)已很少使用。線(xiàn)接觸鋼絲繩具有承載能力大，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，且其生產(chǎn)成本較面接觸低等優(yōu)點(diǎn)，所以岸橋上廣泛地使用這種鋼絲繩。面接觸鋼絲繩較前兩種鋼絲繩具有更多的優(yōu)點(diǎn)，但因其股內(nèi)鋼絲形狀特殊，價(jià)格高，目前使用不多。

2.2 鋼絲繩應(yīng)用工況的優(yōu)化

首先，盡可能降低鋼絲繩瞬間沖擊應(yīng)力。如果鋼絲繩突然加載，受到瞬間沖擊力，導(dǎo)致鋼絲繩部分繩股還來(lái)不及參與工作，使瞬間參與這個(gè)應(yīng)力響應(yīng)的鋼絲承受過(guò)大的應(yīng)力，容易導(dǎo)致鋼絲繩內(nèi)單根鋼絲的斷絲。在岸橋起升操作過(guò)程中，起升機(jī)構(gòu)執(zhí)行快速著箱動(dòng)作時(shí)，司機(jī)操作手柄下放吊具，吊具著箱后，因?yàn)樗緳C(jī)手柄還沒(méi)有歸零，起升滾筒仍然釋放鋼絲繩，直到松繩限位發(fā)出信號(hào)才停止起升，起升滾筒下放過(guò)多，導(dǎo)致全長(zhǎng)范圍內(nèi)鋼絲繩的懸蕩度很大。起升機(jī)構(gòu)一般采用恒轉(zhuǎn)矩控制傳動(dòng)，鋼絲繩懸蕩度大很時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)后小車(chē)驅(qū)動(dòng)卷筒起初的工作只是收縮懸垂過(guò)大的鋼絲繩，所以加速度很大，起升鋼絲繩產(chǎn)生劇烈的上下彈跳，這時(shí)鋼絲繩的瞬間沖擊力很大，容易造成起升鋼絲繩個(gè)別根絲在微觀環(huán)境上的應(yīng)力過(guò)載，導(dǎo)致斷絲。降低鋼絲繩瞬間沖擊應(yīng)力可以從以下兩點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)：首先，著箱動(dòng)作將鋼絲繩載荷值（從重量傳感器得到的）竄入起升下方控制程序，一旦系統(tǒng)檢測(cè)到鋼絲繩載荷值小于空載正常值，系統(tǒng)即認(rèn)為吊具著箱，起升滾筒作停止處理，這樣下方的鋼絲繩的懸垂會(huì)相應(yīng)的減少很多。其次，起升上升過(guò)程中的恒轉(zhuǎn)矩控制模式加以細(xì)化：當(dāng)鋼絲繩的載荷很小時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)認(rèn)為起升鋼絲繩懸蕩度較大，不應(yīng)直接采用簡(jiǎn)單的恒轉(zhuǎn)矩控制，可以以一定的斜坡加速度（或其它有效的能平穩(wěn)消除鋼絲繩懸蕩度的方法）控制，直到鋼絲繩上檢測(cè)到過(guò)大的載荷值，這說(shuō)明鋼絲繩懸蕩度消除，再起用恒轉(zhuǎn)矩模式提升載荷。

第二，鋼絲繩的過(guò)載保護(hù)。以起升鋼絲繩為例，當(dāng)?shù)蹙咦鳂I(yè)發(fā)生掛艙后，液壓掛艙裝置承擔(dān)著重要保護(hù)角色。在能夠安全的起吊最大載荷的滿(mǎn)足工作需要的前提下，盡量降低掛艙保護(hù)值的設(shè)定，能有效的起到保護(hù)鋼絲繩、吊具鎖銷(xiāo)、甚至箱底鎖的目的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，掛艙保護(hù)值一般設(shè)定為最大滿(mǎn)載偏載載荷的1.2～ 1.25倍，對(duì)鋼絲繩的過(guò)載保護(hù)效果好。開(kāi)發(fā)具備快速響應(yīng)能力的智能型掛艙保護(hù)系統(tǒng)，能夠更加有效的降低鋼絲繩的沖擊應(yīng)力，給設(shè)備更大的安全保護(hù)。

2.3 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考慮降低鋼絲繩的最大拉力

岸橋小車(chē)張緊鋼絲繩和托架張緊鋼絲繩因?yàn)椴捎铆h(huán)繞布置，絕大部分只在陸側(cè)后大梁設(shè)置張緊油缸。小車(chē)牽引鋼絲繩的預(yù)張緊力同小車(chē)對(duì)司機(jī)操作的響應(yīng)度有很大關(guān)系。如果張緊力大，牽引鋼絲繩懸蕩度小，司機(jī)操作時(shí)小車(chē)的響應(yīng)就很快。但是因?yàn)樾≤?chē)驅(qū)動(dòng)采用恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)模式，根據(jù)鋼絲繩最大牽引力為F總=2T/D+F1（橫轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)T，小車(chē)滾筒直徑D，油缸預(yù)張緊力F1），油缸預(yù)張緊力F1越大，則鋼絲繩的牽引力也相應(yīng)增大。在滿(mǎn)足人機(jī)工程基本要求的前提下，預(yù)張緊力應(yīng)盡可能取小值。同時(shí)應(yīng)防止另外一種極端工況，一旦在作業(yè)過(guò)程中緊停發(fā)生，鋼絲繩牽引小車(chē)（小車(chē)滿(mǎn)載）作減速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)系統(tǒng)應(yīng)能夠有效的保護(hù)鋼絲繩而避免嚴(yán)重過(guò)載，油缸方面要加裝能適應(yīng)流量的過(guò)載保護(hù)裝置，降低極端工況下的鋼絲繩沖擊應(yīng)力。

2.4 鋼絲繩的及時(shí)卸荷維護(hù)

對(duì)鋼絲繩的作業(yè)工況給出更加合理的安排，當(dāng)鋼絲繩不作業(yè)的時(shí)候，盡量采取設(shè)計(jì)辦法，使鋼絲繩卸荷，使鋼絲繩的載荷降到最低，保證鋼絲繩在非作業(yè)時(shí)域的彈性恢復(fù)和疲勞修復(fù)能力。當(dāng)岸橋控制電關(guān)閉，即完成作業(yè)，系統(tǒng)確認(rèn)要進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間的休息時(shí)，岸橋小車(chē)牽引鋼絲繩，托架牽引鋼絲繩，可以采取徹底的卸荷機(jī)制，讓鋼絲繩徹底的放松卸荷，及時(shí)彈性恢復(fù)，降低疲勞破壞，這一點(diǎn)也是很容易做到的。如果岸橋已經(jīng)處于休息狀態(tài)，牽引鋼絲繩仍然具備拉力載荷，這是人為的增加了鋼絲繩的工作時(shí)間，相對(duì)地減少壽命。但是注意由于鋼絲繩卸荷導(dǎo)致懸蕩，應(yīng)采取一些應(yīng)對(duì)鋼絲繩的防脫槽、防鉤掛的措施。俯仰鋼絲繩因?yàn)樵诖罅焊┭龈呶粫r(shí)有機(jī)械掛鉤、在大梁水平狀態(tài)時(shí)有拉桿作用，鋼絲繩基本都能處于卸荷狀態(tài)。

2.5 有效降低鋼絲繩的磨損

滑輪對(duì)鋼絲繩，在磨損方面應(yīng)當(dāng)保護(hù)誰(shuí)，常規(guī)理論認(rèn)為滑輪表面的硬度越高就會(huì)造成鋼絲繩的磨損越嚴(yán)重。其實(shí)，就如同人在松軟的沙土上行走和在水泥地面上行走，那個(gè)更省力呢。適當(dāng)提高滑輪的表面硬度，對(duì)降低鋼絲繩的磨損是有利的。另外，鋼絲繩拖動(dòng)滑輪運(yùn)轉(zhuǎn)是靠鋼絲繩同滑輪槽之間的摩擦力傳遞的，由于滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量存在，一方面將消耗鋼絲繩的工能，同時(shí)因?yàn)槟Σ粒瑢?dǎo)致鋼絲繩的磨損。通過(guò)新技術(shù)、新材料，降低滑輪的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高滑輪的表明硬度和光潔度，有利于延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。

2.6 鋼絲繩的合理安裝布置

設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮與纏繞相關(guān)的卷筒，滑輪，鋼絲繩的出繩偏角、彎曲方向等。動(dòng)索會(huì)因?yàn)榛喌囊蛩赜绊懏a(chǎn)生彎曲疲勞、磨損及變形，受到損傷。滑輪的直徑，槽的形狀、尺寸、材質(zhì)以及鋼絲繩在滑輪上的卷繞方向等，都直接影響到鋼絲繩的壽命。鋼絲繩因彎曲疲勞導(dǎo)致受到損傷，以致報(bào)廢的情況非常多。而彎曲疲勞受滾筒或滑輪直徑的影響程度非常大。安裝鋼絲繩時(shí)，對(duì)鋼絲繩采用預(yù)扭措施等預(yù)防鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)。

2.7 加強(qiáng)鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)

要認(rèn)識(shí)到鋼絲繩的潤(rùn)滑不單是在表面涂油防銹蝕和降低表面的磨損，而是加強(qiáng)內(nèi)部鋼絲繩絲絲間的潤(rùn)滑，使鋼絲繩繩絲能全部參與工作載荷，因此鋼絲繩油要用強(qiáng)滲透型和潤(rùn)滑油膜高的類(lèi)型。采用自動(dòng)噴淋潤(rùn)滑，避免人工因素的偏差。在腐蝕性粉塵作業(yè)環(huán)境下，還要及時(shí)對(duì)鋼絲繩表面進(jìn)行高壓清洗。在鋼絲繩的防銹蝕保護(hù)和潤(rùn)滑方面，要注意的是鋼絲繩作為一個(gè)的連續(xù)體，要在通長(zhǎng)范圍內(nèi)，沒(méi)有遺漏地、沒(méi)有盲點(diǎn)地加以維護(hù)。在鋼絲繩通長(zhǎng)范圍內(nèi)，有任一點(diǎn)或一段的失效就容易導(dǎo)致鋼絲繩的整根失效。這個(gè)原理很簡(jiǎn)單，但由于鋼絲繩作業(yè)環(huán)境的問(wèn)題，有很長(zhǎng)范圍是騰空的，并且大多是室外環(huán)境，并且有一部分是常年不在滾筒潤(rùn)滑區(qū)域內(nèi)，甚至針對(duì)性地維護(hù)也難以達(dá)到，這部分就容易成為重要的薄弱環(huán)節(jié)，成為一個(gè)水桶的最低的一個(gè)木板，決定整根鋼絲繩的使用壽命的。這點(diǎn)要特別關(guān)注，不能因?yàn)榄h(huán)境因素就耽擱，針對(duì)部分常規(guī)潤(rùn)滑手段夠及不到的鋼絲繩，采用特殊方法如遙控爬繩機(jī)器人等（內(nèi)置電池和外接電源）。

2.8 失效報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)更加專(zhuān)業(yè)化、實(shí)用化

延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，有時(shí)需要重新審查鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。一些報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的制定，沒(méi)有考慮到鋼絲繩的具體應(yīng)用載荷情況和相應(yīng)的安全系數(shù)，鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)比較保守，甚至極為保守。鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)可以向更加專(zhuān)業(yè)性的方向發(fā)展。企業(yè)內(nèi)部根據(jù)鋼絲繩的使用情況和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以靈活地延長(zhǎng)鋼絲繩的使用。在中國(guó)的個(gè)別碼頭，已經(jīng)比較合理的根據(jù)自己的使用經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)標(biāo)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)下的鋼絲繩繼續(xù)延長(zhǎng)使用作出自己的修訂，并收到良好的效果，延長(zhǎng)期限甚至多出正常使用壽命的70%。有的碼頭對(duì)鋼絲繩報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)作一期延長(zhǎng)，二期延長(zhǎng)和三期延長(zhǎng)。處于三期延長(zhǎng)下繼續(xù)使用時(shí)，應(yīng)及時(shí)監(jiān)控鋼絲繩的載荷峰值和采取更加頻繁、連續(xù)、自動(dòng)的掃描監(jiān)控措施。是否延長(zhǎng)鋼絲繩的使用在確保安全的前提下，根據(jù)自身的作業(yè)環(huán)境、載荷情況等作綜合統(tǒng)籌。

3.結(jié)束語(yǔ)

提高鋼絲繩的使用壽命是節(jié)約社會(huì)資源的大勢(shì)所趨，又要根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境而采取不同的具體實(shí)施。本文從鋼絲繩的選型、應(yīng)用和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)闡述了如何延長(zhǎng)岸橋鋼絲繩使用壽命的一些具體措施，在行業(yè)上具有一定的參考和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]符敦鑒，嚴(yán)云福，陳剛，山建國(guó)，等.岸邊集裝箱起重機(jī) [M] .湖北：湖北長(zhǎng)江出版集團(tuán).

[2]Ing.J.Verschoof 著，劉寶靜 譯.起重機(jī)設(shè)計(jì)、使用和保養(yǎng) [M] .上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社出版發(fā)行.