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， 在整個設(shè)備運行中起著舉足輕重的作用。滑輪作為鋼絲繩運行的配件之一，產(chǎn)生 的各種磨損往往對鋼絲繩的傷害是顯而易見的?；啴a(chǎn)生壓痕就是對鋼絲繩損傷 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 隨著全球集裝箱運輸業(yè)的迅猛發(fā)展，對集裝箱設(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 個設(shè)備運行中起著舉足輕重的作用?；喿鳛殇摻z繩運行的配件之一，產(chǎn)生的各 種磨損往往對鋼絲繩的傷害是顯而易見的?；啴a(chǎn)生壓痕就是對鋼絲繩損傷比較 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，筆者所服務(wù)的港口，在設(shè)備保養(yǎng)時也發(fā)現(xiàn)了同樣的問題。筆者結(jié)合現(xiàn) 場情況，對同一批岸橋上各機(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，產(chǎn)生的壓痕比例也有所不同。因 為鋼絲繩的型號決定了其結(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，同時也換上沒有經(jīng)過熱處理的滑輪，使用了一年多滑輪 繩槽沒有產(chǎn)生壓痕。另外，在與兄弟碼頭的溝通過程中了解到，其早期都是采用 纖維芯鋼絲繩之時，均沒發(fā)現(xiàn)壓痕的產(chǎn)生；但近年來都采用了獨立鋼芯的鋼絲繩 后，陸續(xù)出現(xiàn)了壓痕的問題。很明顯，由于纖維鋼絲繩柔性比獨立鋼芯鋼絲繩要 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)計規(guī)范的要求，有些甚至還高于設(shè)計規(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)場勘查發(fā)現(xiàn)，沒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（見圖 1、圖 2） 圖 1 無壓痕滑輪 圖 2 有壓痕滑輪 （1）根據(jù)經(jīng)驗及廠家的試驗得出，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，如果鋼絲繩彎曲時的捻距與槽底周長成整數(shù)倍就很容易在 滑輪上出現(xiàn)壓痕。因為這樣容易造成滑輪在轉(zhuǎn)動時繩槽與繩股總是接觸在同一 處。 （2）我們對現(xiàn)場小車機(jī)構(gòu)產(chǎn)生壓痕的滑輪（同一批設(shè)備）進(jìn)行了更換，并 對其熱處理工藝進(jìn)行了跟蹤。換上之后，經(jīng)過一段時間的運行發(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)行了對比，前繩由于在張緊裝置部位近距離內(nèi)纏繞通過三組改向滑 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（見圖 3）?？梢姡p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）鋼絲繩與滑輪在運行過程中會產(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)場實際運行當(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，此時接觸應(yīng)力會隨之變大；其次，一般情況下鋼絲 繩在生產(chǎn)過程中由于沒有進(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，從而導(dǎo)致鋼絲繩直徑的減小，同時也減小了對滑輪繩槽的接觸面積，增 大了對滑輪的接觸應(yīng)力。再者，滑輪輪槽半徑過小也會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，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、潤滑方面 良好的潤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，還伴有相對的滑動摩擦。通過對滑輪分析發(fā)現(xiàn)，無論是有壓痕的滑輪，還是 無壓痕的滑輪，磨損的機(jī)理是一樣的，都存在由壓應(yīng)力和相對滑動引起的金屬流 變和磨粒磨損現(xiàn)象。不同之處在于，無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影響輪槽的周長的變化，通常情況下會變 小，同時槽底的半徑也會產(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、短時沖擊下，將形成非常大的動 態(tài)瞬時接觸應(yīng)力，外力刻入滑輪繩槽表面的變形就被加深和擴(kuò)張到所見到的狀 況。同時，鋼絲繩相對滑輪如有上下跳動都會加劇壓痕的產(chǎn)生。各機(jī)構(gòu)在實際運 行過程當(dāng)中，小車機(jī)構(gòu)的這種情況尤為突出，比如，司機(jī)在對箱過程中，或者在 高速運行過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)時的沖擊力及鋼絲繩相對滑輪的跳動頻率； 6、滑輪輪槽的表面硬度； 7、潤滑措施； 三、預(yù)防滑輪產(chǎn)生壓痕的幾點措施 1、購買設(shè)備或設(shè)計階段： 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)與鋼絲繩級別相對應(yīng)。 ⑵合理選用鋼絲繩 首先，結(jié)合現(xiàn)場情況與性價比的問題，可選用平行捻股鋼絲繩，即線接觸股 鋼絲繩，因為其相對于點接觸式鋼絲繩有非常明顯的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，同時相對于壓實 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。 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 為鋼芯鋼絲繩相對于纖維芯鋼絲繩最大優(yōu)點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，可選擇填塑鋼絲繩，這種鋼絲繩是將鋼芯部分經(jīng)過加 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，提高柔性的同時，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，且內(nèi)部潤滑防腐性能顯著提高，也減少了內(nèi) 部摩擦，金屬表面積沒有減少而保持了鋼絲繩與滑輪的接觸面積。 再者，由于級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，鋼絲繩級別以 1770Mpa 級為宜。 ⑶合理選取鋼絲繩的輪繩徑比、鋼絲繩捻距與輪槽周長比、纏繞系統(tǒng)。通用 設(shè)計規(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的比值要避免出 現(xiàn)整數(shù)比。 ⑷設(shè)計時要充分考慮作業(yè)時鋼絲繩的工況對滑輪的影響。 2、對于使用中的設(shè)備出現(xiàn)壓痕的應(yīng)對措施 ⑴使用高性能專用潤滑油脂。 對鋼絲繩維護(hù)潤滑，使用普通潤滑油或潤滑脂并不能真正起到延長其使用壽 命的作用，因為：第一，非專用一般布盟和鋼絲繩出廠油脂兼容，否則，就沒有 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。故對鋼絲繩的潤滑維護(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（HOKOKU）、德國埃拉斯 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，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。所以采購新 繩時，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 所帶來的沖擊和人為的點動操作。 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，由于新繩的節(jié)距與壓痕不一致，使 用初期會對鋼絲繩產(chǎn)生傷害。這時，可以重新加工輪槽。如果因為加工輪槽費時 費力，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 對鋼絲繩的損害、同時也可將壓痕磨平。 四、結(jié)束語 以上是筆者通過對兄弟碼頭的了解，以及跟設(shè)備制造商及鋼絲繩廠家的及時 溝通，再結(jié)合筆者所服務(wù)的碼頭的實際情況進(jìn)行分析，提出的幾點措施應(yīng)該說避 免壓痕產(chǎn)生的同時也可以延長鋼絲繩的使用壽命。 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、 價格因素、停機(jī)產(chǎn)生的損失、更換的費用、質(zhì)量的穩(wěn)定性等。更多的技術(shù)問題、 管理問題還需要港口設(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] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼絲繩》GB/T8918-1996 [2] 將國仁. 港口起重機(jī)械 北京：人民交通出版社，1995 [3] 機(jī)械設(shè)計使用手冊編委會. 機(jī)械設(shè)計使用手冊 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008 作者簡介： 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