履帶起重機鋼絲繩故障分析

【摘要】針對履帶起重機鋼絲繩出現波浪形變形故障的問題，詳細分析了故障產生原因，得到滑輪因素在鋼絲繩系統中起到至關重要的影響，進而從材料、滑輪槽等方面對其進行了進一步的設計分析。

【關鍵詞】履帶起重機 ?鋼絲繩 ?故障 ?分析

【中圖分類號】TH21 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）43-0219-01

前言

鋼絲繩是履帶起重機最為關鍵的運動部件之一，起著傳遞載荷力和運動的作用。在起重機上主要應用于提升機構和變幅機構。履帶起重機一般應用的鋼絲繩可分為兩種類型：阻旋轉鋼絲繩和非阻旋轉鋼絲繩。鋼絲繩系統一般是包含了鋼絲繩本身、滑輪組、卷筒、擋桿等，并涉及到的有纏繞方式、繩端處理、潤滑等因素，因此鋼絲繩不是一個獨立的產品，其影響因素不僅和本身的性能有關，還與系統內的各個配合部件、使用方式及使用環境有著密切的關系。

1.故障分析

一臺履帶起重機的變幅鋼絲繩，在使用約 900 小時后出現繩端固定 2m 范圍內呈波浪形變形。

根據故障現象，首先想到的是鋼絲繩本身質量問題，但更換新的鋼絲繩后，使用不到一周，依舊出現同樣變形故障，因此否定是鋼絲繩本身引起;對于滑輪材料，該車使用的為鐵滑輪，而尼龍滑輪也出現過類似現象，因此判定與滑輪材料無關;卷筒排繩正常，與卷筒本身無關;變幅繩從卷筒出來先經過一個可以橫向移動的動滑輪，因此繩偏角不存在偏大問題。最終將疑點鎖定在滑輪繩槽角度及底圓繩槽直徑上，圖紙設計繩槽開角為 34°，與推薦要求的 45°明顯差的太多。經鋼絲繩公司專家現場用專用卡規測量滑輪的底圓繩槽直徑發現只有約 φ20.3mm，與實際要求的 φ22mm 差距太大，因此，為其更換上下滑輪組滑輪，經正常運行 4 個月后，故障現象消除，因此經判定主要原因是由于滑輪的底圓繩槽直徑偏小引起。后又有售后服務反饋信息，同一時期下線的另外兩臺相同噸位履帶起重機也發生了類似鋼絲繩變形問題，證明該階段出廠的車有一批變幅滑輪不合格，存在滑輪底圓繩槽直徑偏小問題。

經過上述故障分析，可見滑輪因素在鋼絲繩系統中有著至關重要的影響。

2.方案分析

首先從材料上，目前廣泛應用的有 MC 尼龍式、鑄鐵式、熱軋式滑輪，履帶起重機一般常用 MC 尼龍和熱軋式。尼龍滑輪因其重量輕、慣性小目前被普遍采用，鑄鐵滑輪一般為球墨鑄鐵較好，但鑄造成本較高，逐漸被淘汰，而熱軋滑輪制作方便，滑輪槽直接軋制出，適合大批量制造，但是因其模具磨損較快所以必須經常定期更換軋制模具，否則不能保證滑輪槽質量。目前，國外更大噸位的汽車起重機和履帶起重機也開始采用一種輕質合金材料，因在滑輪受力更大時，尼龍滑輪已經不能滿足強度方面的要求，對于大噸位起重機一般采用鐵質滑輪，但因其重量太大，一定程度上影響了起重能力，因此新型的高強度、輕型材料、接觸潤滑更好的輕合金滑輪將是今后的發展方向。

其次，滑輪直徑的確定，按國際標準[ISO4308-1：2003]中滑輪最小名義直徑計算公式為：D≥h·t·d

D—滑輪最小名義直徑

d—鋼絲繩名義直徑

h—選擇系數 （滑輪名義直徑與鋼絲繩直徑之比）

t—各種型式鋼絲繩的繩型系數（該系數考慮了不同鋼絲繩的抗彎曲疲勞性能）

為延長鋼絲繩使用壽命，滑輪槽型應該與鋼絲繩直徑相匹配。如果槽型太小，鋼絲繩在載荷的影響下，被強制“壓入”繩槽，導致鋼絲繩和滑輪損壞。如果槽型太大，造成對鋼絲繩沒有足夠的支撐，從而使鋼絲繩在載荷的作用下變扁和扭曲而加速鋼絲繩損壞?；喞K型半徑 r 應在 0.525d～0.550d 之間，而0.5375d 為最佳，其中 d 為鋼絲繩名義直徑。隨著滑輪繩槽底圓直徑的變小，鋼絲繩的壽命是急劇下降的。滑輪繩槽，其深度 h 不小于 1.5 倍的鋼絲繩名義直徑，繩槽底部的外形應為圓形。滑輪兩側的夾角α，應在 30°～60°之間，但不能太大，即使鋼絲繩偏角超過了滑輪和卷筒的偏角（一般要求尼龍滑輪取50°，鐵滑輪可選45°左右）。

繩槽的正確尺寸對于鋼絲繩的使用壽命至關重要。繩槽的底部必須大于鋼絲繩的公稱直徑，而且必須光滑，呈圓形，沒有凸凹，并且兩邊要有完整均勻的側邊。繩槽不必考慮減小鋼絲繩的側向受壓，它的直徑必須始終比鋼絲繩的直徑大。

結論

對鋼絲繩而言，滑輪本身只是影響其壽命長短的至關重要的一個部件，很多鋼絲繩故障可以從滑輪或卷筒繩槽的是否合乎要求，找到問題點。對滑輪的設計和選型中必須慎重考慮滑輪繩槽尺寸的大小，這也和鋼絲繩本身的直徑誤差范圍緊密相關。

參考文獻：

[1]羅后德.大型履帶式起重機鋼絲繩損壞原因及預防措施[J].工程機械與維修，2016（7）：29-30.

作者簡介：

蔡超（1968-），遼寧阜新人，學士，高級工程師，主要從事機械制造方面的研究工作。