起重機提升鋼絲繩纏繞的原因分析及預防

薛建平

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

起重機提升鋼絲繩纏繞的原因分析及預防

薛建平

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

鋼絲繩既是起重機安全生產的3大重要構件之一，也是發生故障頻次較高的易損件之一，其中鋼絲繩纏繞是比較常見的故障之一。對企業而言，鋼絲繩損傷后，不但影響正常生產，造成安全隱患，同時也提高企業的維修成本。因此，正確掌握和使用鋼絲繩是十分重要的。如果鋼絲繩的選擇、安裝、維護保養和使用不當，容易發生鋼絲繩的損壞而導致嚴重傷害事故或重大險情，給國家和人民帶來重大的損失。

起重機；鋼絲繩纏繞；原因分析；預防措施

隨著國民經濟的發展,港口碼頭的建設突飛猛進, 船舶修造企業比比皆是，每當我們走進港口碼頭、船舶修造企業、走近遠洋貨船，首先看到的是形態各異的各類起重機械設備如：臂架型起重機(門座起重機、塔式起重機、浮游起重機、自行式起重機等)、橋架型起重機(橋式起重機、龍門起重機、運載橋等)以及船上的各式克令吊、食品吊、雜物吊、軟管吊、備件吊、平移吊、龍門吊、燈吊、起貨屬具以及機艙行車、電動葫蘆、電梯、貨物提升機等起重裝置(包括各式救生艇、救助艇、吊艇架等裝置。船用舷梯的舷梯絞車、舷梯翻梯裝置、舷梯吊架等起重裝置)，所有起重機都有一個共同特點就是都離不開鋼絲繩。

鋼絲繩既是起重作業中應用最廣泛的撓性構件，也是起重機安全生產的三大重要構件之一，同時也是發生故障頻次較高的易損件之一，其中鋼絲繩纏繞是比較常見的故障之一。

起重機鋼絲繩強度高、自重輕、柔韌性好、耐沖擊、安全可靠。

但起重機使用的鋼絲繩工作環境和條件相對惡劣,不僅要經受風吹雨淋的侵蝕,還要承受起吊貨物時可能出現的野蠻操作、碰撞以及卷筒纏繞和導向輪彎曲作業等。

鋼絲繩在工作中,受以下幾種力的作用[1]：①拉力，吊鉤上的負荷，通過動滑輪組分配到分支鋼絲繩上，變成對鋼絲繩的拉力，在鋼絲繩內部產生拉伸應力。②彎曲力，鋼絲繩在滑輪上、卷筒上的彎曲，都在鋼絲繩內部產生相應的彎曲應力。③擠壓力，鋼絲繩在滑輪和卷筒槽中，都受到很大的擠壓力，從而產生很大的接觸應力。④摩擦力，鋼絲繩與滑輪槽和卷筒槽，以及卷筒上纏繞的鋼絲繩層間相對滑動的表面，均產生摩擦力。這種摩擦力使鋼絲繩表面與滑輪表面或卷筒表面產生摩擦，并在鋼絲繩表面產生剪切應力。⑤扭力，這種力主要是在制造鋼絲繩過程中擰緊產生的，在鋼絲繩斷面表現為剪切應力。

上述因素使鋼絲繩產生了銹蝕、變形以及磨損、疲勞和斷絲等損壞,從而降低了鋼絲繩的強度,縮短了鋼絲繩的壽命。如果鋼絲繩在選擇、安裝、維護保養和使用不當，容易發生鋼絲繩損傷或斷裂，鋼絲繩的損壞會導致嚴重的后果，造成傷害事故或重大險情，給國家和人民帶來重大的損失。所以鋼絲繩既是起重機械的重要零件之一，也是保證起重作業安全的關鍵環節。

鋼絲繩廣泛應用在起重機上。我們必須先了解一下鋼絲繩的用途及構造[2]：鋼絲繩由鋼絲、繩股和繩芯組成。

繩股是鋼絲繩的主要組成部分，由制繩鋼絲，用機械方式絞捻而成。除密封鋼絲繩外，一般均有多股構成，股數多的有18股、34股、最少3股。多股(17股以上)和4股為不旋轉鋼絲繩。

繩芯的作用是支撐固定繩股的位置，保持鋼絲繩形狀穩定，減少繩股之間鋼絲的摩擦。

鋼絲繩按用途可分為：①支持繩,用于懸掛橋梁、電纜、張拉桅桿和煙囪等。使用時，它承受拉力，主要指標是抗拉強度。伸長率要小，所以纖維繩芯不適用作支持繩。②承載繩,用作架空索道、礦車軌道索等。它主要承受壓力和拉力，要求強度高、表面光滑、結構緊湊、支撐表面大。③牽引繩,在動力轉動裝置和運輸機械中傳遞拉力時使用。它主要承受拉力，要求耐磨、抗擠壓、有韌性，經得起長期彎曲；其外層鋼絲要稍粗些，采用金屬繩芯。④提升繩，用來提升重物。它在使用時除了受拉力，還承受彎曲力和摩擦力，要求有較高的強度和韌性；彎曲應力要小；耐疲勞，耐磨損，并能較好地抵抗沖擊載荷。⑤系扎繩，用于捆扎、拖船和系船等。使用時它基本處于受拉狀態，由于需要手工捆扎、打結，要求柔軟性好。

筆者從上世紀80年代起至今，一直從事與起重作業相關的管理工作，在這幾十年的工作中深深體會到，對企業而言，鋼絲繩損傷后，不但影響了正常生產，也增加了安全隱患，同時也提高了企業的維修成本。因此，作為起重機管理和作業人員，正確掌握和使用鋼絲繩是十分重要的。

1 鋼絲繩纏繞(橋頭)產生的原因

首先分析一下產生鋼絲繩纏繞(橋頭)的原因。

普通鋼絲繩在使用時，無論同向捻，還是交互捻，當受拉時,都會產生由股和繩形成不同方向的不平衡的旋轉力矩,使鋼絲繩隨著提升高度和吊物質量的增加,旋轉現象會加劇,嚴重時會造成互相纏繞的現象。這種纏繞現象不僅使操作困難,而且使操作人員不安全,嚴重時吊鉤無法升降,影響工作的正常進行。鋼絲繩纏繞后如繼續使用,由于繩之間的相互摩擦,捻距受到破壞,會加劇表面磨損及過早斷絲,縮短使用壽命。

隨著工業的發展，各類起重設備需要的卷揚提升高度的增加，更有必要減少使用時的旋轉現象。除了設法增加滑輪的直徑外，對普通鋼絲繩，在條件許可的情況下可將左捻和右捻鋼絲繩并列使用，使其各自產生的旋轉力矩互相平衡，也可使用不旋轉鋼絲繩。

必須注意的是，鋼絲繩從盤上解下來要進行安裝時，鋼絲繩本身有些扭轉引起的纏繞現象和起重吊貨時發生的旋轉現象不一樣。因此在安裝時，需把鋼絲繩延伸一直線和通常所說的放“橋頭”，安裝后再進行適當的調整，避免發生扭轉現象。

我們認為有如下幾方面的原因造成鋼絲繩的“纏繞”。

1)未按起重機設計規范要求采購鋼絲繩。起重機械用的鋼絲繩，應符合GB 20118—2006《一般用途鋼絲繩》和GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》標準，并必須有產品檢驗合格證。

2)采購鋼絲繩時未向產品單位強調釋放內應力的要求。

3)安裝鋼絲繩前未進行拖線，新購鋼絲繩從卷盤卷繞到起升機構上時，如果在卷盤上卷繞的力量沒有得到釋放，即使是防扭鋼絲繩也容易產生纏繞。

4)起重機上滑輪太小、太多、不活絡，卷繞在定滑輪和動滑輪之間的鋼絲繩與垂直方向存在一定夾角，該夾角的存在會導致鋼絲繩產生水平分力，從而導致動滑輪圍繞垂直中軸線發生旋轉。滑輪的輪槽與鋼絲繩不匹配等，滑輪組之間鋼絲繩除了承受垂直力還存在一定的橫向水平分力，則會產生合成轉矩，從而促使這組鋼絲繩發生旋轉而產生纏繞。

5)鋼絲繩運動(走向)不在同一直線上。

6)鋼絲繩與卷筒的排序、鋼絲繩與卷筒旋向相反。鋼絲繩的卷繞，要盡量平滑，這樣才能發揮鋼絲繩的性能，延長使用壽命。

2 預防鋼絲繩纏繞采取的措施

合理選擇鋼絲繩是正確使用的基礎。選擇鋼絲繩要符合安全規程和使用對象的特性。鋼絲繩的品種及其特性，例如鋼絲繩的破斷拉力、柔軟性、耐疲勞性、耐擠壓性、旋轉性、耐腐蝕性等是影響鋼絲繩使用性能和使用壽命的主要因素，選擇適當與否將會明顯地影響使用效果。

我們在起重機管理的工作實踐過程中，結合多年積累的實踐經驗，對因鋼絲繩可能引起的纏繞故障采取的主要預防措施有如下幾種方法，并且已經取得了比較好的效果。

1)領取鋼絲繩時，檢查該鋼絲繩的合格證，以保證機械性能、規格符合設計要求。

2)安裝鋼絲繩前，進行拖線釋放鋼絲繩內的殘余內應力。我們專門設計制作了一套鋼絲繩內應力釋放助放器，如圖1所示。

圖1 鋼絲繩內應力釋放助放器

工作原理：鋼絲繩內應力釋放助放器的旋轉軸上有2組平面軸承，當助放器在使用過程中受力時，旋轉軸隨著鋼絲繩內應力傳遞力的增加而旋轉，從而達到釋放內應力的目的。經實際使用，該裝置取得了明顯的效果，在2011年獲得了國家實用新型專利(鋼絲繩內應力釋放助放器，專利號201120178940.1)。

3)鋼絲繩安裝后，采用適當的方法牽引卷繞鋼絲繩，當鋼絲繩卷繞完畢，應將起重機全行程升降幾個來回之后，解除鋼絲繩自由端的固定，讓鋼絲繩自行釋放回轉內力之后再予以重新固定。

4)鋼絲繩安裝后，在使用前，應檢查起重機上所有滑輪必須活絡，卷繞在定滑輪和動滑輪之間的鋼絲繩保持垂直。

5)起升高度較大的起重機，采用不旋轉、無松散傾向的鋼絲繩。采用其它鋼絲繩時，應有防止鋼絲繩和吊具旋轉的裝置或措施。

6)在鋼絲繩固定端安裝防扭裝置。如果采用了上面介紹的幾種方法，起升鋼絲繩仍然有可能存在殘余旋轉內力，應采用防扭裝置可以動態地釋放鋼絲繩的旋轉內應力。

7)應對日常使用的鋼絲繩和滑輪每天都進行檢查，應特別注意不易看到和不易接近的部位，如各滑輪處的滑輪是否活絡、鋼絲繩是否運動自如。如有異常應消除故障后方可使用。

8)新鋼絲繩不要立即高速、重載下直接使用，而要在低速、中載條件下運行一段時間，使鋼絲繩適應使用狀態后，再逐步提高鋼絲繩運行速度和加大提升載荷，即新鋼絲繩在進行高速、重負荷作業前必須經過初期磨合階段。新鋼絲繩使用一段時間后，對鋼絲繩進行放“橋頭”處理。

9)如果鋼絲繩在使用中產生了纏繞，我們一般采取以下幾種辦法來消除。

(1)將起重機全行程升降幾個來回，設法使纏繞(橋頭)應力朝卷筒方向延伸，最后將鋼絲繩收足(卷筒上鋼絲繩排滿)時，設法將鋼絲繩保險(固定)住，然后再將卷筒上鋼絲繩末端固定鋼絲繩的固定裝置(壓板)拆除，把卷筒上鋼絲繩全部放下使其處于自由狀態，此時鋼絲繩的內應力自然而然地釋放完。之后將鋼絲繩重新恢復到原狀，將卷筒上鋼絲繩末端固定妥當。此法可反復幾次，直至鋼絲繩纏繞應力消除為止。

(2)直接將起重機有纏繞的鋼絲繩全部拆解下，重新進行拖線(釋放纏繞應力)后，再安裝妥當。

在上世紀80年代末期，我們企業的2545門座式起重機主鉤鋼絲繩(型號為“ D-6×37+1-28.5-160-I ”)經常“纏繞”，當時的處理辦法是在起重機的“象鼻梁”底端，由鋼絲繩的盡根處承受負荷的拎攀、卸克與鋼絲繩連接，每當需放鋼絲繩的“橋頭”時，拆卸卸克與鋼絲繩連接，放完“橋頭”后，恢復連接即可。

(3)如果是因起重機上的滑輪的變故或者鋼絲繩受到異常的機械性碰觸所引起，應首先排除這些故障后，再決定采取何種措施來消除纏繞的故障。

(4)將起重機有纏繞的升降鋼絲繩強制(剛性)分開，即在2根鋼絲繩不影響升降段的位置段加裝分開裝置即可，如圖2所示。

圖2中為D3065K10門座式起重機副鉤鋼絲繩(30/5 t×60/65 m)，自從1999年1月投入使用以來，副鉤鋼絲繩就未能正常使用，主要原因就是鋼絲繩一受力，就纏繞在一起而無法使用，后在鋼絲繩常用段處切割斷，用卸克連接起來使用，每當鋼絲繩纏繞時，把卸克連接處拆開放掉“橋頭”后再使用。但在使用過程中發現有一個新的危險源，那就是司機一不小心，就有可能使卸克連接處進入副鉤滑輪而導致事故的發生。據悉，上海某些相關單位，包括D3065K10門座式起重機原設計單位都因為鋼絲繩纏繞問題無法解決而暫停使用副鉤。

圖2 D3065K10門座式起重機副鉤鋼絲繩

為此，我們專門設計制作了“剛性”的鋼絲繩防纏繞裝置，在2010年10月投入使用至今近5年的時間里，一直保持著正常使用的狀態(該項目獲得了公司2010年第四季度“五小”活動特別成果獎的表彰)。

3 結束語

《組織能力的楊三角》[3]一書中披露，根據韓國貿易協會國際貿易研究院2007年的研究顯示，占據全球最大市場份額的各國商品中，中國商品數量排名世界第一，共有958種中國制造的產品，占據全球市場份額第一位，德國和美國則分列第二位、第三位，數量分別有815種和678種。在諸多產品領域中，“中國制造”位于全球領先地位，中國制造的起重機占全球市場份額的50%。

隨著我國制造工業的不斷發展壯大，起重機需求量越來越大，各類起重設備越造越大，需要卷揚提升高度的也在增加，更有必要減少或消除使用時鋼絲繩的纏繞現象。在進行起重機選型時，要充分考慮起重機的起升高度要求和鋼絲繩的防回轉要求，合理選擇鋼絲繩及其繞繩方式。

[1] 佚名.鋼絲繩在工作中受以下幾方面力的作用[J].江蘇安全生產，2012(7)：24.

[2] 沙慧忠，梁開成.起重工工藝學[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2011.

[3] 楊國安.組織能力的楊三角[M].北京：機械工業出版社，2013.

Wire rope is one of the most important constructions for crane's safety production and one of the vulnerable parts,in which the winding of crane's wire rope is with high frequency.For enterprises,the damages on wire rope will not only influence the normal production but also make hidden danger on safety.Meanwhile,the maintenance cost will be raised.Thus,it's very important to handle and use wire rope correctly.Improper choise,installation,maintenance and use will make damage easily on wire rope and lead serious danger,which will bring big loss for the country and people.

crane;winding of wire rope;cause analysis;preventive measure

薛建平(1956-)，男，江蘇武進人，高級工程師，大學專科，主要從事船舶修造生產管理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.01.014

2015-10-10