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1汽車吊鋼絲繩的應(yīng)用 隨著我國對(duì)外貿(mào)易的逐年增加，港口發(fā)展越來越快，汽車起重機(jī)（俗稱汽車吊）作為港口裝卸作業(yè)的重要起重機(jī)械之一，它具有機(jī)動(dòng)靈活，不受場地和環(huán)境的限制
1汽車吊鋼絲繩的應(yīng)用
隨著我國對(duì)外貿(mào)易的逐年增加，港口發(fā)展越來越快，汽車起重機(jī)（俗稱汽車吊）作為港口裝卸作業(yè)的重要起重機(jī)械之一，它具有機(jī)動(dòng)靈活，不受場地和環(huán)境的限制，起重范圍大等特點(diǎn)，在港口裝卸作業(yè)中占據(jù)著重要的地位。
汽車吊的數(shù)量在港口起重機(jī)械中是最多的。如某港務(wù)集團(tuán)下設(shè)8個(gè)分公司共317臺(tái)起重機(jī)械中，汽車吊就有111臺(tái)，占所有起重機(jī)械的35%。
表1某港務(wù)集團(tuán)起重機(jī)械一覽表
統(tǒng)計(jì)項(xiàng)汽車起重機(jī)（汽車吊）岸邊集裝箱起重機(jī)（岸橋）場地輪胎或軌道式起重機(jī)（場橋）門式起重機(jī)（門座）合計(jì)鋼絲繩作為港口起重機(jī)械的重要組成部份，每年的消耗非常大，如某港務(wù)集團(tuán)公司港口起重機(jī)械鋼絲繩年用量（不包括索具繩）約1200t，雖然汽車吊用繩規(guī)格不大，每次換繩量小，但由于鋼絲繩使用時(shí)間短，更換頻繁，每年的消耗量達(dá)305t左右，占港口起重機(jī)械用繩總量的25.3%，而變幅用鋼絲繩約250t，占汽車吊用繩總量的82%，所以如何選擇好合適的汽車吊變幅用鋼絲繩，延長其使用壽命，減少換繩次數(shù)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝卸作業(yè)率，減少鋼絲繩消耗，節(jié)約成本是各港口用戶急需解決的疑難問題。
2汽車吊變幅用鋼絲繩主要失效形式與分析
2.1汽車吊變幅用鋼絲繩的使用現(xiàn)狀
汽車吊按起重量大小一般有10T、15T、20T、25T、40T、50T等型號(hào)，各港口最常用的是額定起重量為25T的汽車吊，如某港務(wù)集團(tuán)大部分是從日本進(jìn)口的“住友”UC-25型汽車吊，也有北京起重機(jī)廠和哈爾濱工程機(jī)械廠生產(chǎn)的汽車吊，不管是什么型號(hào)的汽車吊，雖然變幅鋼繩的纏繞有一定區(qū)別，但鋼絲繩的使用工況條件基本一致。兩種起重機(jī)的外形和鋼絲繩纏繞原理如圖1所示。
汽車吊變幅用鋼絲繩目前主要品種有6×37+FC、6×25Fi+FC、6×29Fi+FC（IWRC），如某港務(wù)集團(tuán)公司大部份用6×29Fi+FC、強(qiáng)度等級(jí)為1670~1960MPa為主，其規(guī)格主要有④14mm、④15mm、16mm 3種。下面以某港務(wù)集團(tuán)一公司日本進(jìn)口的UC-25型汽車吊為例來談?wù)勛兎娩摻z繩性能分析及其選擇。
UC-25型日本進(jìn)口的汽車吊額定起重量為25t，實(shí)際使用時(shí)常有超載的現(xiàn)象，因此，從日本進(jìn)口的14NAT6×29Fi+IWRC鋼絲繩使用壽命也只達(dá)到300小時(shí)左右，而國產(chǎn)的15NAT6×29Fi+FC使用時(shí)間僅為170小時(shí)左右，可是從國外進(jìn)口鋼絲繩，訂貨、交貨時(shí)間長，售后服務(wù)較差，并且其價(jià)格是國產(chǎn)同結(jié)構(gòu)規(guī)格鋼絲繩的3倍左右；國產(chǎn)鋼絲繩價(jià)格較為便宜，訂貨和交貨較為及時(shí)，售后服務(wù)較好，但由于使用壽命短，換繩頻繁，工人換繩勞動(dòng)強(qiáng)度大，汽車吊生產(chǎn)作業(yè)率低，使用成本較高，所以，如何對(duì)汽車吊變幅用鋼絲繩作出性能分析并選擇最佳結(jié)構(gòu)的鋼絲繩延長其使用壽命，是當(dāng)前各港口用戶急需解決的難題。
2.2汽車吊變幅用鋼絲繩的工況條件和使用性能分析
UC-25型汽車吊設(shè)備緊湊，輕便靈活，滑輪和卷筒尺寸均較小，因此變幅用鋼絲繩的工況條件受設(shè)備的限制，主要有以下5個(gè)方面。
2.2.1鋼絲繩經(jīng)過的滑輪較多
UC-25型汽車吊額定起重量為25t，可是變幅鋼絲繩設(shè)計(jì)直徑為①14mm，為了滿足提升要求，設(shè)計(jì)為6個(gè)動(dòng)滑輪和6個(gè)定滑輪構(gòu)成的滑輪組，因此變幅鋼絲繩繞過的滑輪數(shù)較多，所以要求鋼絲繩要具有良好的柔軟性和較好的耐磨性。
2.2.2鋼絲繩在卷筒上為多層纏繞
為了使汽車吊本身的重量減輕，便于行走，加上受滑輪偏角的限制，UC-25型汽車吊變幅繩的卷筒直徑和寬度均較小（直徑300mm、寬度140mm），當(dāng)起重臂伸到最高時(shí)，鋼絲繩在卷筒上纏繞9層，汽車吊在作業(yè)時(shí)，卷筒上鋼絲繩所受的力是非常大的，由于是多層纏繞，鋼絲繩各層互相擠壓，如果鋼絲繩排繩不好或過載使用，將急速加劇其被擠壓變形程度、內(nèi)部鋼絲之間及外部鋼絲與輪槽之間的磨損程度。因此要求鋼絲繩要具有良好的耐擠壓性和耐磨性。
2.2.3鋼絲繩在局部運(yùn)行速度快
UC-25型汽車吊變幅繩在卷筒上的第四層時(shí)鋼絲繩的線速度是60m/min，由于變幅鋼絲繩在離卷筒最近的滑輪轉(zhuǎn)速比最遠(yuǎn)的滑輪高得多，鋼絲繩在此點(diǎn)高速運(yùn)行時(shí)與輪槽發(fā)生摩擦所產(chǎn)生的瞬間摩擦熱，導(dǎo)致鋼絲表層出現(xiàn)馬氏體組織，而這種組織上的變化雖然無法通過肉眼辨別；然而卻是引起鋼絲早期斷裂的主要原因。運(yùn)轉(zhuǎn)速度越低，鋼絲繩的損傷越小。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)速度的加快，鋼絲繩的損傷相應(yīng)增加。在運(yùn)行中速度急劇變化，突然、劇烈加載以及猛烈地剩車，都將增加鋼絲繩的損傷。鋼絲繩在中等運(yùn)轉(zhuǎn)速度最大負(fù)荷下工作與在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中等負(fù)荷下工作相比，前者的使用壽命要長得多。為減少這種局部摩擦熱引起的損壞，外層鍋絲直徑應(yīng)盡量大一些。
2.2.4鋼絲繩易受沖擊載荷
變幅鋼絲繩在使用過程中運(yùn)行速度頻繁發(fā)生急劇變化，造成沖擊載荷。每次沖擊雖然只是瞬間加載，但隱含著極大的危害性。沖擊負(fù)荷超過鋼絲允許使用工作應(yīng)力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生斷繩現(xiàn)象。即使沖擊載荷不一定導(dǎo)致鋼絲繩斷裂，但多次沖擊，將會(huì)嚴(yán)重縮短鋼絲繩的使用壽命。對(duì)于使用一段時(shí)間的鋼絲繩，與新繩相比，由于伸縮性較小，耐沖擊性會(huì)更低。因此要求鋼絲繩要有耐沖擊的性能。
2.2.5鋼絲繩使用頻繁
由于汽車吊在許多港口是四班三倒，人休機(jī)不休，隨著港機(jī)裝卸作業(yè)量的增加，鋼絲繩承受反復(fù)彎曲的交變應(yīng)力很頻繁，鋼絲的摩擦損傷非常嚴(yán)重，從而直接導(dǎo)致鍋絲過早疲勞斷裂。因此要求鋼絲繩具有良好的耐疲勞性、耐磨性等綜合性能。
3汽車吊變幅用鋼絲繩結(jié)構(gòu)與規(guī)格的選擇
正確選擇鋼絲繩首先在購買鋼絲繩前確定鋼絲繩的用途。由于汽車吊變幅用鋼絲繩工況條件的特殊性，選擇鋼絲繩時(shí)需要綜合考慮鋼絲繩的柔軟性、耐疲勞性、耐磨性、耐擠壓性和抗沖擊性。
3.1鋼絲繩繩徑的選擇
繩徑的選擇必須按設(shè)計(jì)要求，根據(jù)滑輪和卷筒的尺寸來確定。有的用戶認(rèn)為將繩徑增大，鋼絲繩的破斷拉力增加，鋼絲繩就耐用，這是不正確的。日本進(jìn)口的UC-25型汽車吊變幅用鋼絲繩按原設(shè)計(jì)要求選用014mm的鋼絲繩，某港口選用國產(chǎn)鋼絲繩時(shí)將直徑改為015mm，結(jié)果使用壽命反而明顯縮短。鋼絲繩直徑增大，破斷拉力是可以增加，但由于鋼絲繩直徑與滑輪槽尺寸和卷筒不匹配，反而加大了鋼絲繩的擠壓和磨損，最終導(dǎo)致鋼絲過早疲勞斷裂，縮短鋼絲繩的使用壽命。
3.2鋼絲繩繩芯的選擇
麻芯的儲(chǔ)油性較好，鋼絲繩較柔軟，但抗擠壓性能不如金屬芯，況且UC-25型汽車吊變幅鋼絲繩的使用時(shí)間一般為300小時(shí)，因此金屬芯的儲(chǔ)油在短期內(nèi)足以給鍋絲繩較好的潤滑，金屬芯鋼絲繩具有抗擠壓、耐沖擊和較大破斷力的性能，所以選擇金屬芯鋼絲繩較為合適。
3.3鋼絲繩結(jié)構(gòu)的選擇
鋼絲繩結(jié)構(gòu)是決定鋼絲繩使用性能的重要因素之一。合理地選擇、正確使用以及妥善養(yǎng)護(hù)等都是延長鋼絲繩使用壽命的手段，而合理選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)則是正確使用的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)踐證明，同樣工作條件下由于選擇不同結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，使用壽命有成倍差別。工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、研究起步較早，并相繼形成各自特點(diǎn)和產(chǎn)品體系。我國雖然對(duì)鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較遲，但近年來各廠家都在大力開發(fā)新產(chǎn)品，不管是鋼絲繩的品種結(jié)構(gòu)還是鋼絲繩的產(chǎn)品質(zhì)量都有大幅提高。
點(diǎn)接觸鋼絲繩由于股中最外層鋼絲與次外層鋼絲間呈點(diǎn)狀接觸，鋼絲繩在繞滑輪或卷筒彎曲時(shí)，各層鍋絲間產(chǎn)生的二次彎曲應(yīng)力易造成外層鋼絲嚴(yán)重的疲勞斷絲。
線接觸鋼絲繩的股中各層鋼絲間呈線狀接觸，鋼絲繩在繞滑輪或卷筒彎曲時(shí)，各層鋼絲間不產(chǎn)生二次彎曲應(yīng)力，因此鋼絲繩的耐疲勞性能有較大的提高。線接觸鋼絲繩的股在結(jié)構(gòu)上較為緊密，鋼絲繩的密度系數(shù)較大，在同一直徑和強(qiáng)度時(shí)，線接觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩的破斷拉力提高10%左右。
異型股和面接觸鋼絲繩雖然膠結(jié)構(gòu)緊密，耐磨性好，抗擠壓性能好，破斷拉力大，但價(jià)格太貴，再加上它們的柔軟性較差，所以大部份港口企業(yè)的汽車吊都選擇線接觸鋼絲繩。
線接觸鋼絲繩的結(jié)構(gòu)繁多，性能各異。西魯式鋼絲線外層鋼絲直徑粗耐磨損；瓦林吞式鋼絲繩外層鋼絲粗細(xì)相間，彎曲性能優(yōu)于西魯式，而且有較大的破斷力；填充式鍋絲繩彎曲性能好，但耐磨性不如西魯式。由于汽車吊變幅用鋼絲纜工況的特殊性，要求鋼絲繩既要耐疲勞，又要耐磨，還要求鋼絲繩有較好的柔軟性，因此上述3種基本的線接觸鋼絲繩均不是最佳選擇，而選擇復(fù)合式線接觸鋼絲繩，能較好地滿足這些綜合性能。西瓦復(fù)合式鋼絲繩具有西魯式鋼絲繩外層鋼絲直徑粗、耐磨損的特點(diǎn)，又兼有瓦林吞式鋼絲繩的耐疲勞、較柔軟等優(yōu)點(diǎn)。特別是6×26SW更為突出，優(yōu)勢更加明顯。6×26SW和其它線接觸相比的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在配絲上。
4結(jié)束語
隨著港口不斷的發(fā)展、港口行業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼絲纜推廣應(yīng)用的重視，線接觸鋼絲繩替代點(diǎn)接觸鋼絲繩是發(fā)展的趨勢。在結(jié)構(gòu)眾多的線接觸鋼絲繩中，6×26SW+IWR結(jié)構(gòu)鋼絲繩用在汽車吊變幅機(jī)構(gòu)上比較理想，其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)。科學(xué)、合理地選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，能夠提高鋼絲繩的使用壽命，減少換繩次數(shù)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)率。為了搶占港口起重機(jī)械用鋼絲繩這塊市場，各鋼絲繩生產(chǎn)廠家紛紛委派工藝技術(shù)人員深入鋼絲繩使用現(xiàn)場，及時(shí)和使用單位溝通，調(diào)查了解鋼絲繩的使用工況條件，分析并選擇合適的鋼絲繩結(jié)構(gòu)向用戶推薦，架起生產(chǎn)、銷售、用戶三方之間的橋梁，以良好的售前、售中、售后服務(wù)贏得用戶的信賴。這種以技術(shù)服務(wù)的形式促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和銷售業(yè)績的提升值得借鑒和推廣。
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