延长岸桥钢丝绳使用寿命的一些措施

摘要：钢丝绳在岸桥上应用广泛，更换钢丝绳成本巨大，钢丝绳寿命的延长一直是业内人士所关注的课题。本文从钢丝绳的选型、设计、应用和维护等多个方面阐述延长钢丝绳使用寿命的措施，并围绕报废标准对钢丝绳的理论寿命进行更加客观、专业的探讨。

关键词：钢丝绳 寿命 冲击 卸荷 恒转矩 维护

0 引言

钢丝绳在港机行业中得到广泛的应用，集装箱起重机（以下简称岸桥）上有俯仰钢丝绳、起升钢丝绳、小车和托架牵引钢丝绳、电梯升降钢丝绳、起重行车钢丝绳等。钢丝绳应用得合理与否关系到设备的运行安全，而钢丝绳的更换不仅成本高，工作量大，占用设备停机时间长。比如，岸桥上小车张紧钢丝绳许多码头基本每年都要更换一次，起升钢丝绳每10万标箱就要更换一次，俯仰钢丝绳每3000运行小时就要更换一次。所以，如何提高钢丝绳的耐用度，延长钢丝绳的使用寿命，减少钢丝绳的更换率，一直是业界探讨的课题。

总的来说，延长钢丝绳的寿命是以节省社会资源，降低人工劳动的投入，同时保证系统安全运行为基础。但是钢丝绳的寿命预期是在综合各方面因素后取价值最大值的问题，不同的用户在每个因素上取值偏向性不同，则寿命预期就不同。比如因维护钢丝绳而需投入太多的相对价值和过高的维护成本，就有必要对钢丝绳的寿命预期进行调整。

1 钢丝绳的主要失效形式

钢丝绳的主要失效形式包括：断丝、绳股断裂、绳径减小、弹性降低、外部磨损、腐蚀、变形、由于受热或电弧作用而引起的损坏及永久伸长率的增加等，其中变形又包括：波浪形、笼状畸变、绳股挤出、钢丝挤出、绳径局部增大、绳径局部减小、部分被压扁、扭结、弯折等。

2 延长岸桥钢丝绳使用寿命的一些措施

2.1 钢丝绳选型

钢丝绳按股内相邻层钢丝的接触状态，可分为点接触、线接触和面接触等形式。点接触钢丝绳由于钢丝间接触应力大，现已很少使用。线接触钢丝绳具有承载能力大，耐磨性好，使用寿命长，且其生产成本较面接触低等优点，所以岸桥上广泛地使用这种钢丝绳。面接触钢丝绳较前两种钢丝绳具有更多的优点，但因其股内钢丝形状特殊，价格高，目前使用不多。

2.2 钢丝绳应用工况的优化

首先，尽可能降低钢丝绳瞬间冲击应力。如果钢丝绳突然加载，受到瞬间冲击力，导致钢丝绳部分绳股还来不及参与工作，使瞬间参与这个应力响应的钢丝承受过大的应力，容易导致钢丝绳内单根钢丝的断丝。在岸桥起升操作过程中，起升机构执行快速着箱动作时，司机操作手柄下放吊具，吊具着箱后，因为司机手柄还没有归零，起升滚筒仍然释放钢丝绳，直到松绳限位发出信号才停止起升，起升滚筒下放过多，导致全长范围内钢丝绳的悬荡度很大。起升机构一般采用恒转矩控制传动，钢丝绳悬荡度大很时，电机启动后小车驱动卷筒起初的工作只是收缩悬垂过大的钢丝绳，所以加速度很大，起升钢丝绳产生剧烈的上下弹跳，这时钢丝绳的瞬间冲击力很大，容易造成起升钢丝绳个别根丝在微观环境上的应力过载，导致断丝。降低钢丝绳瞬间冲击应力可以从以下两点进行改进：首先，着箱动作将钢丝绳载荷值（从重量传感器得到的）窜入起升下方控制程序，一旦系统检测到钢丝绳载荷值小于空载正常值，系统即认为吊具着箱，起升滚筒作停止处理，这样下方的钢丝绳的悬垂会相应的减少很多。其次，起升上升过程中的恒转矩控制模式加以细化：当钢丝绳的载荷很小时，系统应认为起升钢丝绳悬荡度较大，不应直接采用简单的恒转矩控制，可以以一定的斜坡加速度（或其它有效的能平稳消除钢丝绳悬荡度的方法）控制，直到钢丝绳上检测到过大的载荷值，这说明钢丝绳悬荡度消除，再起用恒转矩模式提升载荷。

第二，钢丝绳的过载保护。以起升钢丝绳为例，当吊具作业发生挂舱后，液压挂舱装置承担着重要保护角色。在能够安全的起吊最大载荷的满足工作需要的前提下，尽量降低挂舱保护值的设定，能有效的起到保护钢丝绳、吊具锁销、甚至箱底锁的目的，根据经验，挂舱保护值一般设定为最大满载偏载载荷的1.2～ 1.25倍，对钢丝绳的过载保护效果好。开发具备快速响应能力的智能型挂舱保护系统，能够更加有效的降低钢丝绳的冲击应力，给设备更大的安全保护。

2.3 设计环节考虑降低钢丝绳的最大拉力

岸桥小车张紧钢丝绳和托架张紧钢丝绳因为采用环绕布置，绝大部分只在陆侧后大梁设置张紧油缸。小车牵引钢丝绳的预张紧力同小车对司机操作的响应度有很大关系。如果张紧力大，牵引钢丝绳悬荡度小，司机操作时小车的响应就很快。但是因为小车驱动采用恒转矩启动模式，根据钢丝绳最大牵引力为F总=2T/D+F1（横转矩驱动T，小车滚筒直径D，油缸预张紧力F1），油缸预张紧力F1越大，则钢丝绳的牵引力也相应增大。在满足人机工程基本要求的前提下，预张紧力应尽可能取小值。同时应防止另外一种极端工况，一旦在作业过程中紧停发生，钢丝绳牵引小车（小车满载）作减速运动，这时系统应能够有效的保护钢丝绳而避免严重过载，油缸方面要加装能适应流量的过载保护装置，降低极端工况下的钢丝绳冲击应力。

2.4 钢丝绳的及时卸荷维护

对钢丝绳的作业工况给出更加合理的安排，当钢丝绳不作业的时候，尽量采取设计办法，使钢丝绳卸荷，使钢丝绳的载荷降到最低，保证钢丝绳在非作业时域的弹性恢复和疲劳修复能力。当岸桥控制电关闭，即完成作业，系统确认要进入长时间的休息时，岸桥小车牵引钢丝绳，托架牵引钢丝绳，可以采取彻底的卸荷机制，让钢丝绳彻底的放松卸荷，及时弹性恢复，降低疲劳破坏，这一点也是很容易做到的。如果岸桥已经处于休息状态，牵引钢丝绳仍然具备拉力载荷，这是人为的增加了钢丝绳的工作时间，相对地减少寿命。但是注意由于钢丝绳卸荷导致悬荡，应采取一些应对钢丝绳的防脱槽、防钩挂的措施。俯仰钢丝绳因为在大梁俯仰高位时有机械挂钩、在大梁水平状态时有拉杆作用，钢丝绳基本都能处于卸荷状态。

2.5 有效降低钢丝绳的磨损

滑轮对钢丝绳，在磨损方面应当保护谁，常规理论认为滑轮表面的硬度越高就会造成钢丝绳的磨损越严重。其实，就如同人在松软的沙土上行走和在水泥地面上行走，那个更省力呢。适当提高滑轮的表面硬度，对降低钢丝绳的磨损是有利的。另外，钢丝绳拖动滑轮运转是靠钢丝绳同滑轮槽之间的摩擦力传递的，由于滑轮的转动惯量存在，一方面将消耗钢丝绳的工能，同时因为摩擦，将导致钢丝绳的磨损。通过新技术、新材料，降低滑轮的质量和转动惯量，提高滑轮的表明硬度和光洁度，有利于延长钢丝绳的使用寿命。

2.6 钢丝绳的合理安装布置

设计时就要考虑与缠绕相关的卷筒，滑轮，钢丝绳的出绳偏角、弯曲方向等。动索会因为滑轮的因素影响产生弯曲疲劳、磨损及变形，受到损伤。滑轮的直径，槽的形状、尺寸、材质以及钢丝绳在滑轮上的卷绕方向等，都直接影响到钢丝绳的寿命。钢丝绳因弯曲疲劳导致受到损伤，以致报废的情况非常多。而弯曲疲劳受滚筒或滑轮直径的影响程度非常大。安装钢丝绳时，对钢丝绳采用预扭措施等预防钢丝绳的旋转。

2.7 加强钢丝绳的维护保养

要认识到钢丝绳的不单是在表面涂油防锈蚀和降低表面的磨损，而是加强内部钢丝绳丝丝间的，使钢丝绳绳丝能全部参与工作载荷，因此钢丝绳油要用强渗透型和油膜高的类型。采用自动喷淋，避免人工因素的偏差。在腐蚀性粉尘作业环境下，还要及时对钢丝绳表面进行高压清洗。在钢丝绳的防锈蚀保护和方面，要注意的是钢丝绳作为一个的连续体，要在通长范围内，没有遗漏地、没有盲点地加以维护。在钢丝绳通长范围内，有任一点或一段的失效就容易导致钢丝绳的整根失效。这个原理很简单，但由于钢丝绳作业环境的问题，有很长范围是腾空的，并且大多是室外环境，并且有一部分是常年不在滚筒区域内，甚至针对性地维护也难以达到，这部分就容易成为重要的薄弱环节，成为一个水桶的最低的一个木板，决定整根钢丝绳的使用寿命的。这点要特别关注，不能因为环境因素就耽搁，针对部分常规手段够及不到的钢丝绳，采用特殊方法如遥控爬绳机器人等（内置电池和外接电源）。

2.8 失效报废标准更加专业化、实用化

延长钢丝绳的使用寿命，有时需要重新审查钢丝绳的报废标准。一些报废标准的制定，没有考虑到钢丝绳的具体应用载荷情况和相应的安全系数，钢丝绳的报废标准比较保守，甚至极为保守。钢丝绳的报废标准可以向更加专业性的方向发展。企业内部根据钢丝绳的使用情况和实验数据，可以灵活地延长钢丝绳的使用。在中国的个别码头，已经比较合理的根据自己的使用经验和实际的实验数据对国标报废标准下的钢丝绳继续延长使用作出自己的修订，并收到良好的效果，延长期限甚至多出正常使用寿命的70%。有的码头对钢丝绳报废标准作一期延长，二期延长和三期延长。处于三期延长下继续使用时，应及时监控钢丝绳的载荷峰值和采取更加频繁、连续、自动的扫描监控措施。是否延长钢丝绳的使用在确保安全的前提下，根据自身的作业环境、载荷情况等作综合统筹。

3.结束语

提高钢丝绳的使用寿命是节约社会资源的大势所趋，又要根据不同的应用环境而采取不同的具体实施。本文从钢丝绳的选型、应用和维护等各个环节阐述了如何延长岸桥钢丝绳使用寿命的一些具体措施，在行业上具有一定的参考和应用价值。

参考文献

[1]符敦鉴，严云福，陈刚，山建国，等.岸边集装箱起重机 [M] .湖北：湖北长江出版集团.

[2]Ing.J.Verschoof 著，刘宝静 译.起重机设计、使用和保养 [M] .上海：上海科学技术出版社出版发行.