岸橋鋼絲繩滑輪輪槽產(chǎn)生壓痕的探討 摘要：鋼絲繩作為集裝箱設(shè)備用量最大的易損件，其使用的安全性與可靠性， 在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行中起著舉足輕重的作用?；喿鳛殇摻z繩運(yùn)行的配件之一，產(chǎn)生 的各種磨損往往對(duì)鋼絲繩的傷害是顯而易見(jiàn)的?；啴a(chǎn)生壓痕就是對(duì)鋼絲繩損傷 比較大的一種損害方式。如何避免壓痕的產(chǎn)生，已經(jīng)成為了岸邊集裝箱裝卸橋（以 下簡(jiǎn)稱“岸橋”）管理不可或缺的工作。 關(guān)鍵詞：壓痕 鋼絲繩結(jié)構(gòu) 繩槽硬度 滑輪 隨著全球集裝箱運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)集裝箱設(shè)備的技術(shù)性能、裝卸效率以 及安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的要求越來(lái)越高。安全可靠、裝卸效率高的集裝箱設(shè) 備是集裝箱作業(yè)的前提和保障。 鋼絲繩作為集裝箱設(shè)備用量最大的易損件，其使用的安全性與可靠性，在整 個(gè)設(shè)備運(yùn)行中起著舉足輕重的作用。滑輪作為鋼絲繩運(yùn)行的配件之一，產(chǎn)生的各 種磨損往往對(duì)鋼絲繩的傷害是顯而易見(jiàn)的。滑輪產(chǎn)生壓痕就是對(duì)鋼絲繩損傷比較 大的一種損害方式。如何避免壓痕的產(chǎn)生，已經(jīng)成為了岸橋管理不可或缺的工作 近兩年來(lái)，筆者所服務(wù)的港口，在設(shè)備保養(yǎng)時(shí)也發(fā)現(xiàn)了同樣的問(wèn)題。筆者結(jié)合現(xiàn) 場(chǎng)情況，對(duì)同一批岸橋上各機(jī)構(gòu)滑輪壓痕的情況進(jìn)行分析，小車滑輪產(chǎn)生壓痕的 現(xiàn)象最普遍，其次是托架滑輪，俯仰鋼絲繩滑輪未產(chǎn)生壓痕。 一、產(chǎn)生壓痕的因素： 1、鋼絲繩方面 由上表中可以看出，采用不同鋼絲繩型號(hào)，產(chǎn)生的壓痕比例也有所不同。因 為鋼絲繩的型號(hào)決定了其結(jié)構(gòu)、接觸方式、剛性、柔性等，而這些指標(biāo)在鋼絲繩 與滑輪的磨損程度中起著尤為關(guān)鍵的作用。在與 ZPMC 的溝通過(guò)程中，根據(jù)其提 供的資料顯示，出現(xiàn)壓痕的鋼絲繩外層鋼絲直徑大，鋼絲繩剛性高，柔性低；當(dāng) 換上柔性較好的鋼絲繩，同時(shí)也換上沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理的滑輪，使用了一年多滑輪 繩槽沒(méi)有產(chǎn)生壓痕。另外，在與兄弟碼頭的溝通過(guò)程中了解到，其早期都是采用 纖維芯鋼絲繩之時(shí)，均沒(méi)發(fā)現(xiàn)壓痕的產(chǎn)生；但近年來(lái)都采用了獨(dú)立鋼芯的鋼絲繩 后，陸續(xù)出現(xiàn)了壓痕的問(wèn)題。很明顯，由于纖維鋼絲繩柔性比獨(dú)立鋼芯鋼絲繩要 好，可直接預(yù)防壓痕的產(chǎn)生。 1 2、滑輪方面 雖然滑輪繩槽的材料、硬度、淬火深度對(duì)壓痕的產(chǎn)生也有著直接的原因，但 從上表所列出的材料來(lái)看，多數(shù)滑輪采用的是合金鋼的材料，表面硬度已經(jīng)達(dá)到 了設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，有些甚至還高于設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，淬火的有效深度最深的也 達(dá)到了 6mm，但一樣都產(chǎn)生了壓痕，所以，由此可以推論，目前使用的滑輪應(yīng)該 不是產(chǎn)生壓痕的直接原因。 3、鋼絲繩與滑輪配合方面 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有壓痕的滑輪槽上的印痕非常均勻，而有壓痕的滑輪 槽上的印痕接觸處是固定的（見(jiàn)圖 1、圖 2） 圖 1 無(wú)壓痕滑輪 圖 2 有壓痕滑輪 （1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及廠家的試驗(yàn)得出，如果滑輪直徑 D 與鋼絲繩捻距之比為整 數(shù)倍，或更確切地說(shuō)，如果鋼絲繩彎曲時(shí)的捻距與槽底周長(zhǎng)成整數(shù)倍就很容易在 滑輪上出現(xiàn)壓痕。因?yàn)檫@樣容易造成滑輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)繩槽與繩股總是接觸在同一 處。 （2）我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)小車機(jī)構(gòu)產(chǎn)生壓痕的滑輪（同一批設(shè)備）進(jìn)行了更換，并 對(duì)其熱處理工藝進(jìn)行了跟蹤。換上之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)前繩滑輪組比 2 后繩滑輪組先出現(xiàn)了壓痕，為了進(jìn)一步的搞清楚其內(nèi)在原因，我們將前繩與后繩 的纏繞系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，前繩由于在張緊裝置部位近距離內(nèi)纏繞通過(guò)三組改向滑 輪，這種纏繞方式致使滑輪的分布較為緊湊，直接影響了輪繩徑比的選擇，而后 繩則僅在尾部纏繞一只改向滑輪，其使用效果及壽命就存在明顯的不同（見(jiàn)圖 3）?？梢?jiàn)，纏繞系統(tǒng)的合理與否不但影響著鋼絲繩的壽命也直接影響著壓痕的產(chǎn) 生。 圖 3 岸橋鋼絲繩纏繞系統(tǒng) （3）鋼絲繩與滑輪在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生接觸應(yīng)力（如圖 4），根據(jù)力學(xué)原 理可知，接觸應(yīng)力越大，材料的變形程度就越大。其計(jì)算公式為：S=P/A，式中 S 為平均接觸應(yīng)力，P 為載荷，A 為接觸面積。 3 圖 4 應(yīng)力圖 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中又有哪些因素影響著鋼絲繩與繩槽的接觸應(yīng)力呢？首先， 眾所周知，剛性大的鋼絲繩其僵性阻力也較大，從而減小了鋼絲繩與滑輪繩槽的 接觸面積 A，根據(jù)上式得知，此時(shí)接觸應(yīng)力會(huì)隨之變大；其次，一般情況下鋼絲 繩在生產(chǎn)過(guò)程中由于沒(méi)有進(jìn)行預(yù)張拉處理，投入使用后，鋼絲繩受到載荷的影響， 被拉長(zhǎng)，從而導(dǎo)致鋼絲繩直徑的減小，同時(shí)也減小了對(duì)滑輪繩槽的接觸面積，增 大了對(duì)滑輪的接觸應(yīng)力。再者，滑輪輪槽半徑過(guò)小也會(huì)減小鋼絲繩與滑輪輪槽的 接觸面積，從而增大了接觸應(yīng)力。由此可見(jiàn)，提高鋼絲繩與滑輪輪槽的配合接觸 面積也可以預(yù)防壓痕的產(chǎn)生。 4、潤(rùn)滑方面 良好的潤(rùn)滑可以減少鋼絲繩與槽的摩擦，減少磨損。但如果滿足產(chǎn)生壓痕的 條件則潤(rùn)滑只能延緩壓痕的產(chǎn)生。 ⑴滑輪繩槽與鋼絲繩之間，除了繩的外層鋼絲與繩槽接觸存在接觸應(yīng)力以 外，還伴有相對(duì)的滑動(dòng)摩擦。通過(guò)對(duì)滑輪分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是有壓痕的滑輪，還是 無(wú)壓痕的滑輪，磨損的機(jī)理是一樣的，都存在由壓應(yīng)力和相對(duì)滑動(dòng)引起的金屬流 變和磨粒磨損現(xiàn)象。不同之處在于，無(wú)壓痕的滑輪磨損是均勻的，而有壓痕的滑 輪磨損是固定接觸處的磨損，就是這種磨損最終導(dǎo)致磨損處下陷形成壓痕。 ⑵鋼絲繩與輪槽之間的磨損量會(huì)影響輪槽的周長(zhǎng)的變化，通常情況下會(huì)變 小，同時(shí)槽底的半徑也會(huì)產(chǎn)生變小，如此將影響到鋼絲繩與滑輪的接觸面積變小， 從而接觸應(yīng)力將增大，產(chǎn)生壓痕的機(jī)率也就大大增加了。 5、工況方面 滑輪輪槽表面一旦在重載突加、反復(fù)交變、短時(shí)沖擊下，將形成非常大的動(dòng) 態(tài)瞬時(shí)接觸應(yīng)力，外力刻入滑輪繩槽表面的變形就被加深和擴(kuò)張到所見(jiàn)到的狀 況。同時(shí)，鋼絲繩相對(duì)滑輪如有上下跳動(dòng)都會(huì)加劇壓痕的產(chǎn)生。各機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn) 行過(guò)程當(dāng)中，小車機(jī)構(gòu)的這種情況尤為突出，比如，司機(jī)在對(duì)箱過(guò)程中，或者在 高速運(yùn)行過(guò)程中由于故障引起的急停等。 4 圖 5 滑輪受力圖 二、結(jié)論 根據(jù)以上分析可得出滑輪產(chǎn)生壓痕的主要因素有： 1、鋼絲繩的結(jié)構(gòu)型式； 2、鋼絲繩與滑輪間的接觸面積； 3、滑輪直徑 D 與鋼絲繩捻距之間的關(guān)系； 4、鋼絲繩的纏繞系統(tǒng)； 5、作業(yè)時(shí)的沖擊力及鋼絲繩相對(duì)滑輪的跳動(dòng)頻率； 6、滑輪輪槽的表面硬度； 7、潤(rùn)滑措施； 三、預(yù)防滑輪產(chǎn)生壓痕的幾點(diǎn)措施 1、購(gòu)買設(shè)備或設(shè)計(jì)階段： ⑴應(yīng)盡可能的選擇 HRC45 以上高硬度、淬火有效深度達(dá) 5mm 以上的滑輪；但 鋼絲繩的硬度也不是越高越好，德國(guó)佩松（PUTHON）給予鋼絲繩硬度越位 50-55RC，其繩槽表面硬度推薦值不低于 35RC，最佳范圍為 40-45RC；波萊頓則 認(rèn)為輪槽硬度應(yīng)與鋼絲繩級(jí)別相對(duì)應(yīng)。 ⑵合理選用鋼絲繩 首先，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況與性價(jià)比的問(wèn)題，可選用平行捻股鋼絲繩，即線接觸股 鋼絲繩，因?yàn)槠湎鄬?duì)于點(diǎn)接觸式鋼絲繩有非常明顯的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)相對(duì)于壓實(shí) 股鋼絲繩，即面接觸式鋼絲繩又有這非常明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 5 其次，如果單從鋼絲繩使用壽命方面考慮得話，應(yīng)該是首選鋼芯鋼絲繩，因 為鋼芯鋼絲繩相對(duì)于纖維芯鋼絲繩最大優(yōu)點(diǎn)是其更能為外股提供有效支撐而保 持鋼絲繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而避免了鋼絲繩的變形引起早期斷絲。但假若結(jié)合滑輪壓 痕的情況，鋼芯鋼絲繩由于其剛性比纖維芯鋼絲繩大，故而提高了滑輪壓痕產(chǎn)生 的幾率。所以依筆者之見(jiàn)，可選擇填塑鋼絲繩，這種鋼絲繩是將鋼芯部分經(jīng)過(guò)加 人特制塑料再由外股鋼絲捻制而成。這類鋼絲繩能揉和纖維芯及鋼芯鋼絲繩的優(yōu) 點(diǎn)，提高柔性的同時(shí)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，且內(nèi)部潤(rùn)滑防腐性能顯著提高，也減少了內(nèi) 部摩擦，金屬表面積沒(méi)有減少而保持了鋼絲繩與滑輪的接觸面積。 再者，由于級(jí)別越高鋼絲繩的硬度也越高，鋼絲繩刻入輪槽的能力也就越大。 綜合安全及磨損兩方面的因素，鋼絲繩級(jí)別以 1770Mpa 級(jí)為宜。 ⑶合理選取鋼絲繩的輪繩徑比、鋼絲繩捻距與輪槽周長(zhǎng)比、纏繞系統(tǒng)。通用 設(shè)計(jì)規(guī)范要求輪繩徑比取值為 28～32 倍，推薦值為 31，如果纏繞系統(tǒng)布置不合 理，將直接影響輪繩徑比的比值。另外，鋼絲繩捻距與輪槽周長(zhǎng)的比值要避免出 現(xiàn)整數(shù)比。 ⑷設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮作業(yè)時(shí)鋼絲繩的工況對(duì)滑輪的影響。 2、對(duì)于使用中的設(shè)備出現(xiàn)壓痕的應(yīng)對(duì)措施 ⑴使用高性能專用潤(rùn)滑油脂。 對(duì)鋼絲繩維護(hù)潤(rùn)滑，使用普通潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂并不能真正起到延長(zhǎng)其使用壽 命的作用，因?yàn)椋旱谝?，非專用一般布盟和鋼絲繩出廠油脂兼容，否則，就沒(méi)有 必要制定鋼絲繩專用油脂標(biāo)準(zhǔn)。其次，非專用油脂由于滲透性不高或現(xiàn)場(chǎng)缺少必 要的要熱設(shè)備，油脂很難進(jìn)入組股鋼絲內(nèi)部。故對(duì)鋼絲繩的潤(rùn)滑維護(hù)，應(yīng)該使用 與出廠油脂兼容、滲透能力強(qiáng)的專用油脂，如日本豐國(guó)（HOKOKU）、德國(guó)埃拉斯 康（ELASKON）、尼洛斯登（NYROSTEN）等。 ⑵經(jīng)常檢查滑輪。 隨著不斷在作業(yè)中高速運(yùn)行，滑輪的磨損也日益突出當(dāng)更換上捻制不相同的 鋼絲繩時(shí)，必將增加鋼絲繩的與滑輪的接觸應(yīng)力，加快壓痕的產(chǎn)生。所以采購(gòu)新 繩時(shí)，要注意保持與原繩的一致性。另外，要控制好滑輪的尺寸，滑輪的繩槽半 徑應(yīng)當(dāng)比鋼絲繩公稱半徑大 7.5%，而且絕不能小于鋼絲繩半徑的 105%；滑輪輪 槽半徑、鋼絲繩與滑輪的直徑關(guān)系要符合 JB-T9005.1-1999 的有關(guān)規(guī)定。 6 ⑶加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)和盡可能提高司機(jī)的操作技能，盡量避免因故障引起的急停 所帶來(lái)的沖擊和人為的點(diǎn)動(dòng)操作。 ⑷有壓痕的滑輪反而與鋼絲繩的接觸面積增大了，減小了接觸應(yīng)力，反而提 高了鋼絲繩的使用壽命。但更換新鋼絲繩時(shí)，由于新繩的節(jié)距與壓痕不一致，使 用初期會(huì)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生傷害。這時(shí)，可以重新加工輪槽。如果因?yàn)榧庸ぽ啿圪M(fèi)時(shí) 費(fèi)力，根據(jù)岸橋制造商的建議，可選用與原繞向相反、耐磨的鋼絲繩、可以減少 對(duì)鋼絲繩的損害、同時(shí)也可將壓痕磨平。 四、結(jié)束語(yǔ) 以上是筆者通過(guò)對(duì)兄弟碼頭的了解，以及跟設(shè)備制造商及鋼絲繩廠家的及時(shí) 溝通，再結(jié)合筆者所服務(wù)的碼頭的實(shí)際情況進(jìn)行分析，提出的幾點(diǎn)措施應(yīng)該說(shuō)避 免壓痕產(chǎn)生的同時(shí)也可以延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。 隨著集裝箱行業(yè)迅猛發(fā)展，集裝箱起重機(jī)及鋼絲繩設(shè)計(jì)制造工藝也在日益提 高，鋼絲繩與滑輪的配合也將得到更完美的優(yōu)化，但使用中所涉及到鋼絲繩壽命、 價(jià)格因素、停機(jī)產(chǎn)生的損失、更換的費(fèi)用、質(zhì)量的穩(wěn)定性等。更多的技術(shù)問(wèn)題、 管理問(wèn)題還需要港口設(shè)備的技術(shù)管理人員更深刻的去探討和研究。 參考文獻(xiàn)： [1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼絲繩》GB/T8918-1996 [2] 將國(guó)仁. 港口起重機(jī)械 北京：人民交通出版社，1995 [3] 機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008 作者簡(jiǎn)介： 姓名：黃炳林 從事工作：技術(shù)管理 職務(wù)：工程技術(shù)部副經(jīng)理 工作單位：廣州港南沙港務(wù)有限公司 工程技術(shù)部 電話：13570566711 E-MAIL: hhhhbbbbllll@163.com 7