塔式起重機用鋼絲繩的選擇和檢驗方法

崔新玲

（溫州市特種設備檢測研究院,浙江 溫州 3 2 5 0 0 7）

塔式起重機用鋼絲繩的選擇和檢驗方法

崔新玲

（溫州市特種設備檢測研究院,浙江 溫州 3 2 5 0 0 7）

鋼絲繩是實現塔式起重機吊裝作業的重要零部件，其合理選型與正常使用直接關系到塔式起重機作業的安全性。結合相關知識，淺析塔式起重機用鋼絲繩的選擇與檢驗。

塔式起重機；鋼絲繩；選擇；檢驗

鋼絲繩是一種具有自重輕、撓性好、強度高及突然斷裂率低等優點的起重機零部件，其在塔式起重機的變幅與起升機構中得到了廣泛的應用。但鋼絲繩在工作狀態下會受到擠壓、扭轉、彎曲和張拉等作用，因此一旦鋼絲繩選型不當或檢驗不及時，就會對塔式起重機的安全使用造成嚴重威脅。對此，首先介紹塔式起重機用鋼絲繩的選擇，然后再進一步提出相應的檢驗方法。

1 鋼絲繩的選擇

在選擇塔式起重機用鋼絲繩時，一般應對其安全系數、直徑和結構形式等進行綜合考慮，具體如下：

1.1 安全系數的確定

對于塔式起重機用鋼絲繩，應根據起重機變幅與起升機構的工作級別來確定其安全系數，具體參照G B/T 1 3 7 5 2-1 9 9 2。其中，變幅與起升機構的工作級別分別為M3-M4、M5-M6。表1所示為不同工作級別的安全系數。

表1 不同工作級別的安全系數

1.2 直徑的選擇

塔式起重機用鋼絲繩的直徑應滿足如下公式：

式中，1F表示鋼絲繩破斷拉力的最小值；

Fmax表示鋼絲繩靜拉力的最大值；

S表示鋼絲繩的安全系數。

若按工作機構的安全系數來選擇其直徑，則鋼絲繩破斷總拉力的最小值應滿足如下公式：

式中，0F表示鋼絲繩破斷的總拉力；

φ表示鋼絲繩破斷拉力的換算系數，具體參照G B/T 8 7 0 6-2 0 0 6，即由鋼絲繩的捻制損失系數和填充系數而定。通過比較分析，建議在選擇塔式起重機用鋼絲繩的直徑時選用后一公式。但在這一過程，需將鋼絲繩的接頭形式考慮其中，即鋼絲繩的直徑=計算結果與接頭強度系數的商值，注意若計算結果＜φ1 0，則鋼絲繩直徑的最小值應≥φ1 0，以保證塔式起重機的安全。

1.3 鋼絲繩的結構形式

鋼絲繩內部絲的接觸方式一般可分為點、線、面接觸，其中塔式起重機用鋼絲繩適合選用線接觸，以滿足其結構緊密及斷面利用系數高的特點。由于塔式起重機起升高度大、起升機構鋼絲繩運行速度快，而動臂變幅機構鋼絲繩工作載荷重，所以塔式起重機鋼絲繩的最佳纏繞方式應選為交互捻，以改善其扭轉力的平衡度及保證吊具不打轉。與纖維芯鋼絲繩相比，宜選用鋼芯鋼絲繩，究其原因為鋼芯鋼絲繩具有較高的徑向抗壓能力，其在卷筒上纏繞時，可減少內部的磨損及層間的擠壓變形。綜上，塔式起重機用鋼絲繩宜選用線接觸、交互捻和鋼芯圓股的結構形式。

2 鋼絲繩的檢驗

塔式起重機用鋼絲繩的檢驗是一項復雜的工作，其一般分為人工檢驗與儀器檢驗，具體如下。

2.1 人工檢驗

人工檢驗是通過目測觀察或用卡尺來測量鋼絲繩的質量，其具體檢驗以下幾個方面。

（1）斷絲檢驗，塔式起重機的設計要求定期更換鋼絲繩，其中6或8股鋼絲繩的外表面易發生斷絲，而且旋轉鋼絲繩的內部易發生“隱性”的斷絲，注意針對由鋼絲繩內部損壞所致的局部斷絲，要求進行嚴格的檢驗。

（2）端部斷絲，即因鋼絲繩端部的磨損幾率較小，而一旦產生斷絲，則表明其已進入疲勞狀態，需及時通過檢驗將其更換，以免鋼絲繩斷裂。

（3）斷絲增長率，鋼絲繩在使用中會產生斷絲，而斷絲的數量隨著時間的推移緩慢增加，注意若斷絲增長的時間間隔在縮短，則應按斷絲數來計算其使用時間。

（4）繩徑減小，即當鋼絲繩的繩徑因繩芯損壞而減小時，鋼絲繩的強度會降低及其繩股應力也會失衡，則應仔細檢查鋼絲繩是否存在繩芯損壞的情況。

（5）內、外部磨損，即在壓力作用下與卷筒槽和滑輪槽反復接觸時，鋼絲繩的外層繩股表面會磨損，通常在吊運載荷加速或減速運行時尤其嚴重，即繩的外表面鋼絲呈平面狀；鋼絲繩內部繩股在工作中會產生擠壓磨損，通常在彎曲處尤其嚴重；鋼絲磨損不僅會降低鋼絲繩的強度，還會減小其截面和直徑，注意當外層鋼絲直接減小率≥4 0%，則應將其更換。

（6）銹蝕，由于塔式起重機的鋼絲繩通常都在露天環節使用，局部不運行部位的鋼絲繩如果潤滑不良或者受高溫潮濕環境的影響，極易引發銹蝕，因此應注意檢驗鋼絲繩的潤滑及銹蝕情況。

（7）變形，即當鋼絲繩外形變化時，其會因應力分布的失衡而突然斷裂，具體如下：波浪形，即在卸載或承載狀態下，鋼絲繩的縱軸呈螺旋線形狀，這將引起鋼絲繩不規則轉動或斷絲；籠形畸變，即由鋼絲繩外層繩股和繩芯脫節所致，這將減小繩徑及使其長度增長，甚至造成外層繩股移位，應及時檢驗和更換。

（8）配套聯接件檢驗，即鋼絲繩的繩頭聯接裝置如繩卡、楔塊、楔套、壓板也應檢查其固定是否牢固。綜上，在人工檢驗中，一旦塔式起重機的鋼絲繩出現上述情況，應當據其嚴重程度加以更換。

2.2 儀器檢驗

儀器檢驗指的是用鋼絲繩專用的探傷儀來檢查其缺陷，其具體表現在如下方面。

（1）探傷儀的作用原理：一是采取漏磁檢測法來檢測鋼絲繩的斷絲缺陷，即先用磁場沿軸向對鋼絲繩進行磁化，再用磁敏檢測裝置來檢測其中存在的漏磁場，最后再通過分析漏磁場信號來確定鋼絲繩的斷絲情況；二是利用鋼絲繩的導磁性和磁通平衡原理來檢測鋼絲繩的缺陷，即先用平衡磁路敏感元器件來檢測鋼絲繩磁通量的變化，再通過分析變化信號來確定鋼絲繩截面積的變化情況。

（2）探傷儀的使用，即先將探傷儀的傳感器裝在塔式起重機的定滑輪或卷筒附近，用其收集鋼絲繩內部的缺陷信號及存入存儲器，然后再通過放大分辨后，用1 6倍的高速A/D轉換器來轉換數字信號與模擬信號，最后再用電腦智能監控器來實時監測和顯示鋼絲繩的位置、長度和斷絲數，注意若鋼絲繩存有缺陷，監控器會立即顯示及發出報警信號，并對檢測日期進行編號及打印出檢驗參數。

儀器檢驗與人工檢驗相比，檢驗效率高，精度高，利于檢驗出鋼絲繩內部缺陷，可以結合軟件系統對鋼絲繩剩余載荷及使用壽命給出可靠性評價，此外，對于重要鋼絲繩還可以采用在線檢驗。儀器檢驗的局限性也是顯而易見的，如無法對鋼絲繩的銹蝕、彎折及變形情況進行檢驗，無法對鋼絲繩的繩端部位及聯接件進行檢驗。因此，在實際的使用中，應結合具體情況合理選擇鋼絲繩的檢驗方法。

3 結語

綜上，塔式起重機的鋼絲繩在使用中一般會產生斷絲、磨損、變形及其它形式的缺陷，從而給起重機的安全運行構成極大隱患。因此，在塔式起重機設計時，首先應優選鋼絲繩，建議嚴控其安全系數、直徑和結構形式；其次應定期對鋼絲繩進行檢驗，其中檢驗的內容包括鋼絲繩（繩端）斷絲及其增長率、繩徑減小、鋼絲繩內（外）部磨損、變形、銹蝕等，注意針對在檢驗中發現的嚴重缺陷，應按需更換鋼絲繩。此外，在塔式起重機鋼絲繩的檢驗中，還應注意如下事項：一是針對鋼絲繩的直徑，應沿鋼絲繩的走向設多點測量，以測定其最小繩徑，這是鋼絲繩的報廢的重要判定依據；二是在鋼絲繩的斷絲與磨損檢驗時，建議選用鋼絲繩探傷儀來實行定（性）量檢驗。如此才能保證塔式起重機鋼絲繩的安全使用。

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