發布時間：2015-08-25所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 鋼絲繩的失效機理有何影響?它的實際原理是什么?如何加強對鋼絲繩的應用及認識呢?本文主要從門座式起重機鋼絲繩經常性損傷事故和港機用鋼絲繩失效形式機理分析以及采取的措施及效果分析還有結構設計修改意見及結果預測分析等方面做了相應的介紹。本文選自：《
鋼絲繩的失效機理有何影響?它的實際原理是什么?如何加強對鋼絲繩的應用及認識呢?本文主要從門座式起重機鋼絲繩經常性損傷事故和港機用鋼絲繩失效形式機理分析以及采取的措施及效果分析還有結構設計修改意見及結果預測分析等方面做了相應的介紹。本文選自：《機械工程材料》，《機械工程材料》內容包括了工程材料的三大板塊——金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料及其復合材料、功能材料和智能材料的綜合評述、試驗研究，新材料新技術，材料性能及其應用，材料生產加工工藝及其設備，材料檢測儀器設備、方法，材料數據、評價和標準化，材料失效分析及預測，材料科技信息以及相關商品廣告等。
摘要：鋼絲繩斷裂失效,很大程度上也取決于它的工作環境條件,主要分磨損斷絲和腐蝕斷絲兩種。磨損斷絲是鋼絲繩在運行過程中與其他固定物體接觸產生磨損,日積月累磨損日趨嚴重,最終導致斷絲。其斷口兩側呈斜茬,斷口扁平,出現在鋼絲磨損嚴重的部位。腐蝕斷絲一般發生在鋼絲繩在具有腐蝕性介質環境下運行,使鋼絲被腐蝕、銹蝕,有效工作面積逐漸減少,最后導致斷絲。這種斷口形狀不整齊,呈針尖狀。
關鍵詞：鋼絲繩,港機,工程論文
Abstract: wire rope fracture failure, largely depends on its work environment conditions, main points and corrosion wear broken wires and wire break two kinds. Wear and tear is broken wire rope in the process of running and other fixed objects contact wear and tear, accumulate over a long period of wear has become increasingly serious, eventually lead to broken wires. On both sides of the fracture shows staircase, fracture flat, appeared in the steel wire wear parts. Corrosion broken wires in general in the wire rope operation in a corrosive medium environment, steel corrosion, rust, and effective work area is gradually reduced, resulting in broken wires. The fracture shape is not neat, the needle shaped.
Keywords: steel wire rope, port machinery, engineering papers
一、門座式起重機鋼絲繩經常性損傷事故
福州港馬尾港務公司集裝箱作業區的一臺mq5037門座式起重機,經常出現鋼絲繩斷絲、磨損、繩絲擠出、繩股擠出及籠狀畸變等鋼絲繩失效形式,幾乎1~2月就要換一次鋼絲繩,給公司造成極大的經濟損失。針對這一情況,公司采取了更換不通品牌的鋼絲繩,維修改造加固等方法,但并沒有解決鋼絲繩頻繁失效的問題。
二、港機用鋼絲繩失效形式機理分析
按照我國起重機鋼絲繩檢驗報廢標準,鋼絲繩的失效形式主要有: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的增加率等,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、彎折等變形。本文主要分析實際生產中所遇到的斷絲、磨損、繩絲擠出及籠狀畸變等失效形式。鋼絲繩作為重要的提升和承載構件,在煤炭、冶金、建筑、旅游及港口碼頭等各個行業得到了廣泛使用。近幾年,物流行業的蓬勃發展帶來了全球集裝箱吞吐量的急劇增長,導致港口起重機的作業量不斷的增大。在港口裝卸中,鋼絲繩的消耗量是巨大的,鋼絲繩的使用與港口碼頭的安全生產密切相關。但由于鋼絲繩結構復雜以及使用的不性,導致了諸多的鋼絲繩斷繩事故,甚至造成傷亡人數和巨大財產損失。因此,鋼絲繩的安全使用顯得尤為重要。
1.斷絲分析
斷絲是鋼絲繩最常見的失效形式(如圖1),在我國起重機鋼絲繩檢驗報廢標準中,將斷絲的數量、位置及斷絲的增加率都作為鋼絲繩是否報廢的首要標準。斷絲的發生主要由三種情況導致:(1)一次性加載造成斷絲:這主要是由于載荷應力超出了鋼絲的強度而引起的。這種斷絲失效形式在鋼絲繩使用中比較常見,主要表現為拉力破斷與剪切破斷。當鋼絲軸向載荷超過鋼絲的破斷載荷時,發生拉力破斷,一般其斷裂端口呈“杯錐狀”,斷口鋼絲有所延展且伴隨著直徑減少。剪切破斷是軸向載荷和垂直于鋼絲軸向的壓力共同作用下造成的,破斷面與鋼絲軸線成一定角度。(2)疲勞造成斷絲:這主要是由于鋼絲受到交變載荷引起的低應力破壞。在實際生產中,鋼絲繩疲勞斷絲的失效形式最多,主要分為彎曲疲勞、壓拉疲勞、扭轉疲勞、接觸疲勞、振動疲勞等引起來的斷絲。其基本表現只有切應力引起的切斷疲勞和由正應力引起的正斷疲勞兩種形式,所有形式的疲勞都是由這兩種基本形式在不同條件下的合成。(3)外界環境造成斷絲:這主要由于鋼絲繩工作環境介質、應力共同作用引起低應力脆斷。
2.磨損分析
鋼絲繩在工作時,由于同滑輪、卷筒或相鄰繩股的接觸表面有相對運動,表面的材料粒子由于機械、和作用而脫離母體,使得鋼絲繩形狀、尺寸或者重量發生變化的過程稱為磨損。因磨損導致尺寸減少和表面狀態改變,并最終喪失其功能的現象稱為磨損失效。鋼絲繩磨損失效,主要有兩種模式:機械磨損和塑性磨損。機械磨損,其主要原因是在使用過程中其外層鋼絲與繩槽、吊鉤、地面等表面接觸而引起的磨損。這種現象在加速或者減速時的鋼絲繩與滑輪接觸部位特別明顯。主要表現為鋼絲繩外周表面的鋼絲被磨平,繩徑變細,受載截面積減少,受載能力也隨之降低。此外,鋼絲繩潤滑不足以及鋼絲繩上、繩股間有灰塵、沙粒和石子會加劇機械磨損的產生。而塑性磨損,主要由于振動、碰撞、內部擠壓造成的鋼絲繩表面磨損。磨損失效形式在起重機提升鋼絲繩中較常見(如圖2)。磨損失效是逐步發展、漸變的過程,不像斷裂失效事故那樣突然。但磨損通常導致受載截面面積減少以及疲勞敏感性的增加,造成斷裂失效,特別在腐蝕介質中,磨損將加速腐蝕過程。
3.變形分析
鋼絲繩失去正常形狀產生可見的畸形稱為“變形”,這種變形會導致鋼絲繩內部應力分布不均勻。這里主要分析繩絲擠出和籠狀畸變的變形機理。繩絲擠出,又稱抽絲,是較為常見的鋼絲繩幾何形變失效形式,如圖3所示。目前研究表明抽絲的形成有可能(不確定)是由于繩股中鋼絲之間空隙不足造成的。缺乏間隙使得這些鋼絲不能隨鄰近的鋼絲一起移動,因而造成超載或者屈服。鋼絲繩的繩芯直徑如果太小,外股間將沒有足夠的間隙,造成繩股之間的交咬破壞。缺乏間隙會造成鋼絲繩的疲勞壽命大大降低。籠狀畸變,這種變形主要出現在具有鋼芯的鋼絲繩上,如圖4所示。當外層繩股發生脫節或者變得比內部繩股長時,處于松弛狀態的鋼絲繩突然受載時就會產生這種變形。伴隨“鳥籠”一起產生還有繩股擠出的失效現象。如圖1~4所示,就是該門機鋼絲繩遇到的常見的失效形式,報廢周期大概為1~2個月,詳細的壽命記錄見表1。
三、采取的措施及效果分析
根據鋼絲繩出現的以上失效形式,公司做了更換鋼絲繩、更換壓輪、增裝防轉球等現場試驗和維修改造,并記錄了更換時間、位置、使用鋼絲繩品牌、型號、損傷形式以及鋼絲繩的工作量等相應詳細情況,如表1所示,并具體分析了改造后效果。通過更換鋼絲繩、更換壓輪、增裝防轉球等嘗試后,發現這些改裝并沒有對鋼絲繩的損傷有所改善,甚至對鋼絲繩的損傷有所加劇,說明這些改裝不是事故的根本原因所在,必須尋求導致鋼絲繩損傷嚴重的根本原因。
四、結構設計修改意見及結果預測分析
經過對鋼絲繩破壞形式及門機設計結構的分析,發現鋼絲繩由彎曲疲勞引起的斷絲、斷股,門機力矩限制器的負荷取力裝置的結構設計不合理(如圖5所示),導致鋼絲繩和起重力矩限制器匹配存在嚴重缺陷,上轉柱滑輪與取力滑輪的距離過近,鋼絲繩包角由于取力滑輪的存在而增大,從而鋼絲繩反向彎折率變大,增大了反向彎折對鋼絲繩壽命的影響,大大的降低了鋼絲繩的壽命。針對這一設計缺陷,重新設計負荷取力裝置結構,如圖6所示。在不影響門機性能的基礎上,將超負荷取力裝置從大拉桿調到人字架上,這樣鋼絲繩在上轉柱滑輪上的包角明顯減小,也避免了鋼絲繩反向彎折率,降低了反向彎折對鋼絲繩壽命的影響,將很大程度的提高了鋼絲繩的壽命。通過對起重機力矩限制器結構改造設計比較,消除反向彎折對鋼絲繩的影響。改善了鋼絲繩的纏繞方式,減小了鋼絲繩的彎曲疲勞應力作用,改善鋼絲繩的工作環境,鋼絲繩的壽命將會增加2~4倍。
五、結束語
針對mq5037門座式起重機鋼絲繩使用壽命短的現象,從鋼絲繩的損傷形式及機理出發,通過對門座式起重機結構分析后,提出力矩限制器的取力裝置技術改造方案,解決了該門機鋼絲繩壽命短的問題,同時對門機結構的設計提供了又一經驗,避免類似的事故發生.
SCISSCIAHCI
