张宗华
枣庄市特种设备检验研究院 277800
摘要：起重机械钢丝绳故障形式较多，钢丝绳故障的发生可对起重机械安全运行带来极大威胁。钢丝绳检测时可通过传统检测、电磁检测及探伤检测等进行。钢丝绳的各种故障应强调预防。
关键词：起重机械；钢丝绳；故障；检测；维护
钢丝绳作为起重机械的重要组成部分，对其进行有效检测和维护是确保设备安全的重要途径，需要准确掌握相应的检测技术和维护方法，使起重机械钢丝绳的安全问题得到有效解决[1]。
一、钢丝绳的结构及故障类型
1.结构分析
牵引机、起重机等应用的钢丝绳通常采用碳素钢制造。制造时对钢丝进行多次冷拔后热处理，将其处理为直径0.1-5mm、强度1000-1100N/mm2的钢丝后以股芯为核心，钢丝捻制得到绳股，绳股以绳芯为核心捻制从而得到钢丝绳。绳芯的作用在于存储润滑油以及填充中央断面，从而提高挠性，确保钢丝绳的形状不出现变化。钢丝绳的结构见图1。
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图1钢丝绳的结构示意图
2.故障类型分析
常见的钢丝绳故障形式包括磨损、过载、锈蚀、疲劳、剪切、扭结等，可以将其分为金属截面积损失型、局部缺陷型这两种。金属截面积损失型故障有绳径缩小、长距离锈蚀、磨损等，其共性在于长范围的钢丝绳有效横截面积减少；局部缺陷型故障有扭结变形、磨损、锈蚀以及断丝等，其共性在于钢丝绳的有效横截面积突然变化。
金属截面积损失型故障为钢丝绳划伤、疲劳磨损、挤压、腐蚀等造成钢丝绳截面积缩小，引起其承载能力降低甚至断裂。断丝是比较常见的局部缺陷型故障，扭结、过载、锈蚀、疲劳、磨损、剪切都可引起钢丝断丝，前二者为事故状态下突然发生；后四者多为钢丝绳在长期使用过程中逐渐出现。扭结断丝为使用中的钢丝绳松弛扭结后再次受拉而引起，其特点在于端口光滑平整；过载断丝是过大冲击力、过大荷载引起钢丝绳断丝，其特点在于断口为塑性收缩状；锈蚀断丝为钢丝在腐蚀性介质环境下运行造成钢丝绳腐蚀生锈从而引起，腐蚀断丝的断丝形状为针尖状，形状不规则；疲劳断丝是绕在卷筒、滑轮上的钢丝绳反复弯曲引起钢丝疲劳而出现的断丝，端口形状平齐，钢丝外缘少部分拉断，断口被拉开一定距离；磨损断丝发生时，说明钢丝的磨损已经非常严重，是钢丝绳运行时接触其他物体或股间微小错动引起的断丝，磨损断丝断口扁斜；剪切断丝为钢丝受到挤压后受到硬性拉断引起，其断口剪切状。
二、起重机械钢丝绳检测方式
1.传统检测
检测人员根据自己的检测经验，认真观察起重机械钢丝绳的外观。通过目测的方式来观察起重机械钢丝绳是否存在变形、腐蚀、断丝、磨损等问题，从而明确钢丝绳的实际状态，判断是否与相关要求相满足。使用游标卡尺测量钢丝绳的直径，判断钢丝绳直径是否出现变化，当发现钢丝绳的直径低于标准要求时，可以判断为钢丝绳的承载力受到影响，会对起重机械安全运行带来威胁。
2.电磁检测
传统测量可帮助工作人员了解起重机械钢丝绳的表面质量问题，但是不能了解钢丝绳内部质量情况，这就需要通过电磁检测的方法来判断钢丝绳内部质量情况。
漏磁检测通过对铁磁性材料施加外加磁场从而将材料磁化，当材料没有故障时，这时产生的磁感应线局限于铁磁性材料中，这时磁通与材料表面平行，材料表面只会出现非常少的漏磁通。当材料近表面或材料表面存在锈蚀、磨损等故障时，那么由于铁磁性材料故障位置的磁导率要低于材料自身的磁导率，故障部位磁阻增加，这一区域的磁场都会出现畸变，磁力线发生弯曲，出现磁力线泄露的情况，因此材料故障部位出现漏磁场，故障越大则漏磁场越强，因此对漏磁场进行检测即可判断故障。
检测金属界面损失时，工作人员需要根据规定来布置检测点位，使用专业的仪器来对钢丝绳金属横截面最大处与检测点位的基准点进行对比分析，对钢丝绳金属横断面进行分析，从而判断钢丝绳的腐蚀、金属损失等的发生部位、缺陷数量。
3.探伤检测
钢丝绳的端口大小、深度都会影响到电磁检测对钢丝绳质量的检测结果，为了实现对钢丝绳的全面检测，实现有效检测、真实检测，在采用传统检测与电磁检测的基础上可增加探伤检测。应用便携式钢丝绳超声探伤仪来对钢丝绳进行检测，当发现钢丝绳出现锈蚀、磨损、断丝等故障时，声波会出现变化，在频谱图中反映出来，检测人员观察显示器即可了解钢丝绳的质量、运行情况，了解到钢丝绳缺陷原因、位置及数量等，从而为及时采取处理措施提供参考。探伤检测应用于起重机钢丝绳的质量检测中，具有操作简单、精确度及灵敏度高、无损检测的特点，将这一方法与传统检测、电磁检测配合，可实现对钢丝绳的有效检测[2]。
三、起重机械钢丝绳的维护
1.磨损的维护
常见磨损包括内部磨损、外部磨损。内部磨损为钢丝绳经过滑轮、卷筒时钢丝绳一侧承担了所有负荷，外加钢丝绳内部细钢丝之间的相互作用力滑移造成股间接触应力增加，造成临近股的钢丝出现局部压痕深凹，不断反复弯曲造成深凹部位应力集中而被折断从而形成内部磨损。就表面受压磨损而言，要尽可能使用线接触、面接触的钢丝绳来减少内部磨损。
处理外部磨损时，要尽量使用全周均匀磨损来代替单周磨损。钢丝绳全长范围尽量确保均匀磨损，使用中期换头可取得一定延长使用寿命的效果。
2.疲劳的维护
为了预防钢丝绳疲劳，条件允许时需要尽可能增加滑轮及卷筒的直径，减少钢丝绳的弯曲。钢丝绳反向弯曲时，受到的破坏要明显大于通向弯曲，因此滑轮布局要尽可能避免引起钢丝绳反向弯曲。除此之外可选择结构良好的钢丝绳，例如选择TX型、WS型线接触钢丝绳。
3.变形的维护
钢丝绳没有与其它设备正常接触，例如滑轮里的钢丝绳出现滑槽，跳出挡板从而引起钢丝绳的局部轧坏而报废，这就要求对起重设备进行完善，滑轮的防滑槽挡圈咬牢固可靠，控制滑轮外圈与挡圈的距离，除此之外还要确保钢丝绳不能不能过于松弛，否则会造成绳圈跳出挡板，缠紧时被轧坏。
钢丝绳乱卷容易出现压溃，压溃引起钢丝绳局部出现断丝、压扁等痕迹。为了预防压溃的发生，要严格根据规范来确定卷筒与滑轮的偏角，将压绳装置设置在起升结构中以免钢丝绳卷乱。
4.锈蚀的维护
预防钢丝绳锈蚀的关键在于涂油，涂油是钢丝绳必不可少的维护措施。报废钢丝绳损耗最大部位的油脂含量通常不高，而新钢丝绳的绳芯含油量通常在12%-15%，钢丝绳不加油是造成断丝迅速增加的重要原因[3]。
当钢丝绳使用环境恶劣、相对运用不多时，这时可选择镀铝、镀锌的特种钢丝绳，这种钢丝绳的表面具有氢氧化铝、氢氧化锌防护膜，能有效预防腐蚀的发生。
5.扭结的维护
对重要的起重设备，选择不旋转钢丝绳。将防转装置设置在钢丝绳的自由端。工作人员要增强责任心，发现扭结的迹象时停止操作并释放还原。
6.过载的维护
严格根据操作规程操作，杜绝人为引起的超负荷。安装超负荷报警器、限制器、指示器。合理确定安全系数，减少钢丝绳受到载荷的影响，例如通过改进起重性能、提高操作水平减少动载荷；增加卷筒及滑轮直径减少弯曲载荷；通过补充润滑油、调整滑轮槽形状减少摩擦阻力。
结束语
钢丝绳性能决定着起重机械起送安全性，只有检测钢丝绳质量、及时发现钢丝绳存在的质量问题，解决钢丝绳质量问题的同时做好维护工作，提高钢丝绳的使用期限，如此，才能提高起重机械的使用价值。
参考文献
[1]曾世龙,敬东,孔令炯. 起重机在用钢丝绳的定期检验[J]. 建筑机械,2019(10):40-42.
[2]邓海燕. 起重机用钢丝绳国家标准解读[J]. 金属制品,2020,46(1):49-54.
[3]周辉. 门座起重机钢丝绳的主要损伤及降耗措施[J]. 起重运输机械,2016(4):97-99.