起重機鋼絲繩磨損報廢測量分析

揣策

（長春特種設備檢測研究院（長春市特種設備安全監控中心），吉林 長春 130033）

鋼絲繩是各個領域起重機裝置的常用撓性構件，一般情況下是變幅機構和起升機構的牽引件，其具有自身重量輕、強度高、彈性好、工作平穩、過載能力強、卷繞噪聲小、適合高速度運行的特點。鋼絲繩在應用的時候很容易出現磨損、銹蝕、斷裂等現象，這些現象的出現會降低鋼絲繩的強度，甚至還會使得鋼絲繩出現斷裂的故障。這些故障的出現限制了鋼絲繩的使用安全，也不利于各個領域的發展。為此，需要相關人員因地制宜的做好鋼絲繩檢測檢驗工作，根據不同場地的應用需要來適當的更換和調整鋼絲繩，從而更好地發揮出鋼絲繩的作用。

1 鋼絲繩的報廢標準

鋼絲繩是由多個鋼絲擰合形成的，并通過使用一定數量繩股捻撓繞形成的螺旋狀繞性繩索。這樣特殊的結構屬性會使得鋼絲繩在使用的時候呈現出強度高、柔韌性好、抵抗沖擊性強、自身輕的特點，借助這些特點，鋼絲繩開始成為承重、提升和運輸管理的重要零部件，被人們廣泛的應用在煤炭、冶金、交通運輸、港口等領域，比如在電梯、架空索道、纜車、鉆探井設備、礦井等領域得到了廣泛的應用，為各個行業的深化發展提供了重要的支持。經過一個多世紀的發展變化，人們對鋼絲繩損傷以及消耗方面作出了一系列研究，也制定了一系列的使用標準，文章結合實際情況就鋼絲繩的使用報廢管理問題進行探究。

鋼絲繩外層鋼絲表面出現磨損的一個重要原因是其長期處于壓力的環境下，壓力的出現會使得滑輪和卷筒之間出現較大的摩擦，這些摩擦部位容易形成隱患，在潤滑不充足或者灰塵比較多的情況下會嚴重影響到鋼絲繩的性能。假設鋼絲繩的最外層鋼絲直徑是D，一旦磨損達到40%的比例就可以對其進行報廢處理。在判斷鋼絲繩最外層磨損標準的時候可以采取直接測量弦長的方法。鋼絲繩的外層鋼絲直徑是比較小的，在其磨損接近40%比例的時候，可以采取積極的措施測量弦長是否達到了需要判斷的標準。

（1）鋼絲繩繩端出現斷絲。在鋼絲繩的繩端出現斷絲的時候，整個部位的應力會明顯提升。在仔細分析我們發現，引起這個問題的原因是鋼絲繩端口安裝不良。對待這個問題，需要相關人員及時查明原因，如果繩長條件允許，需要將斷裂的鋼絲繩端予以必要的去除，而后重新安裝。如果是因為斷絲緊靠一路形成力量的局部聚集，則是驗證鋼絲繩出現了報廢。在鋼絲繩斷絲一段低于6d繩子長度范圍或者集中在任何一個繩股里面的時候，即使是斷絲的數量比之前少，也需要對其予以報廢處理。

（2）斷絲的增加率。在一些場所，疲勞是誘發鋼絲繩斷裂的重要原因。也就是說，鋼絲繩在使用一段時間后會出現斷裂，伴隨斷絲數量的不斷增加，鋼絲繩斷裂的時間間隔縮短。為了能夠了解斷絲的增加率，需要相關人員嚴格按照規范的標準檢查并記錄斷絲的增加情況，明確鋼絲繩的報廢日期。

（3）繩股斷開。在出現整根繩股斷開現象之后需要對鋼絲繩實施必要的斷開處理。

（4）因為繩芯受損引起的繩徑縮小。在鋼絲繩的纖維芯出現損壞或者鋼芯斷開之后會使得繩徑明顯縮小，這個時候需要對鋼絲繩實施報廢處理。

（5）鋼絲繩的彈性減小。受工作環境和特殊工作操作指令的影響，一些鋼絲繩的彈性會減少。如果鋼絲繩彈性縮小后仍然繼續使用鋼絲繩就會誘發一系列安全問題。在鋼絲繩的彈性減少后會伴隨出現以下的現象。①鋼絲繩的直徑減小。②鋼絲繩之間的間隔距離伸長。③鋼絲繩之間相互壓緊的作用下，鋼絲和繩股之間的空隙也會減少。④在繩股突出位置上出現褐色粉末。⑤雖然沒有出現斷絲，但是鋼絲繩的直徑減少，出現了不易彎曲的表現。出現這個現象的原因是動載作用的加快加劇了鋼絲繩的磨損，對待這個情況需要對鋼絲繩實施必要的報廢處理。

（6）磨損。在出現較大磨損的時候，鋼絲繩的強度會被降低，在最外層的鋼絲磨損達到其直徑的40%比例的時候需要對鋼絲繩實施必要的報廢處理。在鋼絲繩的直徑低于相對公稱直徑減少7%的時候，即時是沒有出現斷絲的問題，也需要對鋼絲繩實施必要的報廢處理。

（7）內外部腐蝕。鋼絲繩的外部腐蝕是不容易被人發現的，在鋼絲繩的表面出現深坑的時候，鋼絲繩會出現松弛，這個時候可以對其進行報廢處理。一般情況下，相對外部腐蝕來說，鋼絲繩的內部腐蝕是很難被發現的。但是以下的現象是可以進行識別的，具體包含鋼絲繩直徑的變化、鋼絲繩在經過滑輪彎曲部位的時候其直徑會變小。但是對靜止段的鋼絲繩來說，在外層繩段出現較多鐵銹的時候會使得鋼絲繩的直徑增加。

（8）變形。鋼絲繩在失去正常形狀所表現的畸變被稱作是變形。在變形問題出現之后會深刻影響到鋼絲繩的使用，也會使得鋼絲繩的內部應力分布不均勻。

2 起重機鋼絲繩磨損現象的基本分析

從實際操作上來看，引起鋼絲繩出現損傷的原因有很多，這些因素的共同作用會加劇鋼絲繩的磨損。

2.1 設計、制造方面的原因

鋼絲繩傳動布置不合理會使得鋼絲繩在循環工作之后出現多次正向或者反向彎曲，鋼絲繩的彎曲應力會不斷加大，在鋼絲繩彎曲應力加大的情況下會加劇鋼絲繩的疲勞損傷以及內部鋼絲繩的移動，使得各個鋼絲繩之前出現擠壓和摩擦，最終會導致滑輪直徑和卷筒直徑設計數值和鋼絲繩的直徑不匹配，無形中會加大鋼絲繩的彎曲應力和擠壓應力。在這個期間，槽繩開口會影響到鋼絲繩的磨損變化，在具體操作的時候要科學設計槽繩的開口。

2.2 違規操作對鋼絲繩的損傷

在越負荷作業操作的時候如果因為違規碰到船只或者是因為其他物品造成過載以及沖擊會損害到鋼絲繩。鋼絲繩在硬性物品上如果摩擦較快就會出現磨損或者剪切的問題。

2.3 維護不當對鋼絲繩造成的損傷

鋼絲繩不及時潤滑會加大磨損，鋼絲繩金屬表面在受周圍化學物質影響的情況下會出現腐蝕。另外，環境中的水分子在進入到鋼絲繩內部的時候也會加速鋼絲繩芯片的腐蝕。鋼絲繩上面存在的顆粒物如果沒有得到及時的清理就會加速鋼絲繩磨損速度。在鋼絲繩安裝接觸不良的情況下會使得鋼絲繩和滑輪產生相對運動，無形中加大了彼此的磨損，伴隨跳槽問題的出現會加劇鋼絲繩的擠壓、摩擦和扭曲。

2.4 存儲、運輸環境對鋼絲繩造成的損傷

鋼絲繩如果被存放在腐蝕嚴重、潮濕的環境下會加速其發生腐蝕的可能。不僅如此，在遭受外部的雷電擊打之后都會出現鋼絲繩的損傷。

3 起重機鋼絲繩損傷檢測分析

鋼絲繩的使用比較特殊，在其內部出現一個嚴重缺陷的時候很多情況下這個鋼絲繩就無法繼續使用，整個鋼絲繩會進入到報廢處理的階段。但是需要注意的是在更換鋼絲繩的時候需要做好必要的檢測工作，實現人工觀察測試和機械設備測試的密切配合。

3.1 人工觀察測試

通過人工的方式定期對鋼絲繩的使用情況進行觀察，在一個范圍內的斷絲超過鋼絲繩總數的10%比例的時候則是需要及時更換鋼絲繩。這個情況下要先使用卡尺去測量繩子的直徑，之后根據一系列的折算分析來適當的減少鋼絲繩的直徑。將累加的斷絲的數量和總體鋼絲繩的數量進行比對，在累加的斷絲的數量超過鋼絲繩的總體數量10%的時候要及時予以報廢處理。在這個期間需要觀察鋼絲繩外層鋼絲的平均直徑磨損是否超過了鋼絲公稱直徑的1/3，如果超過了要對其予以報廢處理。在這個期間如果超過了規范的標準則是需要立刻進行報廢處理。經過一系列的分析判斷人工觀測的方式是無法精準的掌握鋼絲繩的殘余強度，在實踐操作的時候僅僅能夠發現鋼絲繩外部的損傷。是無法發現不好判斷的內部損傷的細節的。

3.2 起重機鋼絲繩損傷檢測系統模型

在具體實施操作的時候可以使用無損檢測分析方法來對鋼絲繩的損傷、腐蝕和磨損等情況進行精準的檢測分析，通過必要的檢測分析來了解鋼絲繩的剩余強度和壽命。從當前實際應用情況來看，光學、電渦流、超聲波、振動、磁性檢測等儀器設備在實際操作中得到了廣泛的應用。

（1）硬件構成。起重鋼絲繩提升系統作為復雜的機械系統，其主要構成包含位置編碼器、外圍連接線、采集卡等。第一，探傷傳感器。在探傷傳感器的作用下會將鋼絲繩的故障信息轉變為電信息的形式對外傳遞。在具體實施操作的時候，可以使用探傷傳感器來直接檢測鋼絲繩。第二，外圍連接線。外圍連接線是主要單元的連接通路，在具體實施的時候會使用普通電線來連接各個系統，之后將收集整理上來的信息借助標準接頭和傳感器連接在一起。第三，數據采集卡。數據采集卡是基于PCI總線的數據信息采集卡，能夠被應用到IBM-PC或者AT中，和關聯計算機兼容。

（2）軟件開發。依托Visual C++開發了數據采集軟件，依賴系統軟件檢測出來的信息包含探傷傳感器輸出數據、下部探傷傳感器輸出數據、位置編碼器數據。整個系統會將收集上來的電壓數值轉換為適合的文本形式存儲到計算機中，在有需要的時候調來使用。

（3）具體檢測系統。對28型號的鋼絲繩開展檢驗研究，為了能夠更好的驗證鋼絲繩上的故障，對鋼絲繩使用期間潛在的問題進行總結分析，最好發現，在五處斷絲位置上的斷絲根數分別是2/4/5/1/8。

（4）實驗分析。對出現故障的鋼絲繩進行深入分析，打造出上下探傷傳感器數據曲線，脈沖編碼器信息采集曲線。經過分析發現，在探傷傳感器處于靜止狀態且沒有檢測的時候，所收集的數據是無效的，在探傷傳感器滾輪運動時脈沖編碼器受到觸動會開始工作，在攤上傳感器向前滾動并發出一個脈沖的時候，相關人員就能夠根據計算機收集上來的脈沖數量來判定鋼絲繩故障。在鋼絲故障位置根數少且故障在鋼絲繩圓周上以及傳感器檢測范圍內的時候，反方向上傳感器所檢測到的斷絲信號會處于微弱的狀態。在鋼絲繩上僅僅有一個故障的時候，斷絲的根數就會顯示在右邊的方框中，如果鋼絲繩上的故障比較多，故障檢測結果就會以文本的形式被保存在計算機中。

鋼絲繩的無損檢測不僅需要了解其是否容易出現故障，還需要了解故障的所在位置，為維護人員的設備維護提供參考支持。使用光電旋轉編碼器能夠以非常小的間隔來對鋼絲繩進行分段定位分析，分析后發出脈沖，輸送到計算機系統中，實驗PCL高速度計數器測量脈沖的數量，判定鋼絲繩長度。

4 結語

綜上所述，鋼絲繩是起重機安全生產的重要裝置，鋼絲繩完好與否直接關系到起重機的安全生產，精準的評估和把握鋼絲繩的磨損情況，評估鋼絲繩的使用周期能夠有效保證起重機的安全運作。從實際應用操作上來看，鋼絲繩測試分析技術發展處于一種落后的狀態，所開發研究的設備精準度有待提升，對不同類型鋼絲繩損傷以及損傷空間分辨能力受到限制，因而也就無法對鋼絲繩的使用損傷做出精準的判斷。