◆文/江蘇 吳英坤

(作者吳英坤工作單位：艾沃意特汽車設(shè)備制造有限公司)

鋼絲繩作為四柱汽車舉升機(jī)的關(guān)鍵承載零件，在舉升機(jī)的升降作業(yè)中主要通過安裝在主平臺(tái)下方的油缸活塞桿伸縮帶動(dòng)牽引平臺(tái)完成，鋼絲繩在這個(gè)系統(tǒng)中起承重作用。一旦鋼絲繩失效，而又沒有相應(yīng)的鋼絲繩防斷保護(hù)裝置或者鋼絲繩防斷保護(hù)裝置也失靈，則會(huì)產(chǎn)生汽車傾覆翻車以及人員的損傷事故。下文將從鋼絲繩的傳動(dòng)牽引結(jié)構(gòu)說明、失效形式分析、主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求以及客戶在使用過程的保養(yǎng)和檢查等方面，談?wù)勅绾翁岣咚闹嚺e升機(jī)鋼絲繩的使用壽命，預(yù)防鋼絲繩失效使用過程中不良后果的發(fā)生。

一、四柱汽車舉升機(jī)鋼絲繩傳動(dòng)牽引結(jié)構(gòu)說明(圖1)

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)使用的四柱汽車舉升機(jī)，大多數(shù)為鋼絲繩牽引。鋼絲繩牽引的四柱汽車舉升機(jī)，主要由四根立柱，主平臺(tái)，副平臺(tái)，兩根橫梁，泵站，控制盒等組成。主平臺(tái)中間下方裝有油缸，前后各裝有一組水平換向的滑輪，兩根鋼絲繩固定在活塞桿的拉座，每根鋼絲繩短的一端經(jīng)平臺(tái)前方滑輪轉(zhuǎn)向90°，經(jīng)橫梁滑輪垂直換向后固定到立柱頂部，每根鋼絲繩長(zhǎng)端經(jīng)平臺(tái)前方滑輪轉(zhuǎn)向180°后，經(jīng)平臺(tái)后側(cè)滑輪水平換向后經(jīng)橫梁滑輪垂直換向后，固定到立柱頂部。兩根橫梁的兩端各裝有一個(gè)垂直導(dǎo)向的繩輪，中間連接主、副平臺(tái)。需上升時(shí)，按下上升按鈕，泵站接通電源后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)齒輪泵向系統(tǒng)輸出高壓油，進(jìn)入油缸有桿腔，推動(dòng)活塞桿收縮，活塞桿收縮帶動(dòng)固定在活塞桿端部的拉座拉動(dòng)鋼絲繩，帶動(dòng)平臺(tái)和橫梁組件上升，需下降時(shí)，先打開解鎖手柄(如屬電動(dòng)解鎖，一般配有延時(shí)上升，僅需按下降按鈕)，保險(xiǎn)解鎖，按下手動(dòng)下降閥，回油油路打開，油缸活塞桿伸長(zhǎng)，液壓油在平臺(tái)和上面舉升物的作用下，經(jīng)調(diào)速閥流回油箱，鋼絲繩拉住平臺(tái)完成下降作業(yè)。

二、鋼絲繩失效形式分析

按照我國(guó)起重機(jī)鋼絲繩的保養(yǎng)、維護(hù)、檢驗(yàn)和報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)GB/T5972-2016，鋼絲繩失效形式主要有：斷絲，繩徑變小,腐蝕，畸形和損傷。其中畸形和損傷又包括：波浪形，籠狀畸形，繩芯或繩股突出，鋼絲突出，繩徑局部增大，局部扁平，扭結(jié)，彎折，彈性降低度等。本文主要分析實(shí)際應(yīng)用中所發(fā)生的斷絲，繩徑變小，畸形三類失效形式。

1.斷絲分析

圖1 四柱汽車舉升機(jī)鋼絲繩傳動(dòng)牽引結(jié)構(gòu)

斷絲(圖2)是鋼絲繩最常見的失效形式。其主要由于鋼絲繩在工作環(huán)境介質(zhì)和工作應(yīng)力共同作用引起低應(yīng)力脆斷。鋼絲繩斷裂失效，很大程度上取決于它的工作環(huán)境，主要分為磨損斷絲和腐蝕斷絲兩種。磨損斷絲是鋼絲繩在運(yùn)行過程中與滑輪接觸部位產(chǎn)生磨損，日積月累磨損日趨嚴(yán)重，最終造成斷絲，其斷口兩側(cè)呈斜茬，斷口扁平，出現(xiàn)在鋼絲繩磨損嚴(yán)重的部位一般在與滑輪接觸區(qū)域。腐蝕斷絲一般發(fā)生在鋼絲繩在具有腐蝕性介質(zhì)環(huán)境下運(yùn)行，使鋼絲繩被腐蝕，有效工作面積不斷減少導(dǎo)致鋼絲繩的強(qiáng)度降低同時(shí)還會(huì)引起不規(guī)則表面應(yīng)力裂紋擴(kuò)展，進(jìn)而加速疲勞，最終導(dǎo)致斷絲，這種斷口形狀不整齊，呈針尖狀。

圖2 斷絲

2.直徑減小分析

外部磨損是導(dǎo)致鋼絲繩直徑減小的主要原因，通常是由鋼絲繩與滑輪的接觸部位之間的壓力引起的，如輪槽兩側(cè)面夾角偏小，受力后鋼絲繩偏向與輪槽側(cè)面接觸，可能會(huì)引起鋼絲繩的一側(cè)磨損(圖3、圖4)，通常鋼絲繩的磨損出現(xiàn)在與滑輪輪槽接觸的區(qū)段，潤(rùn)滑不足或不正確以及具有腐蝕作用的灰塵和沙土的存在都會(huì)影響到磨損速度。同時(shí)下列原因也會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩直徑的減小。(1)內(nèi)部磨損和鋼絲凹痕；(2)由鋼絲繩內(nèi)部相聯(lián)繩股和鋼絲之間的摩擦導(dǎo)致的內(nèi)部磨損，特別是鋼絲繩受彎時(shí)；(3)纖維芯的劣化或鋼芯的斷裂；(4)鋼絲繩內(nèi)層股的斷裂。因磨損導(dǎo)致尺寸減少和表面狀態(tài)改變，并最終喪失其功能的現(xiàn)象稱為磨損失效。鋼絲繩磨損失效，主要有兩種模式：機(jī)械磨損和塑料磨損。機(jī)械磨損，其主要原因是在使用過程中其外層鋼絲與繩槽表面接觸而引起的磨損。這種現(xiàn)象在鋼絲繩與滑輪接觸部位特別明顯。主要表現(xiàn)為鋼絲繩外周表面的鋼絲被磨平，繩徑變細(xì)，受載面積減小，受載能力也隨之降低。此外鋼絲繩潤(rùn)滑不足以及鋼絲繩上繩股間有灰塵、砂粒也會(huì)加速機(jī)械磨損的產(chǎn)生。而塑料磨損，主要由于振動(dòng)、碰撞，內(nèi)部擠壓造成的鋼絲繩表面磨損。磨損失效是緩慢發(fā)展、漸變的過程。不像斷裂事故那樣突然。但磨損通常導(dǎo)致受載截面面積的減少以及疲勞敏感性的增加，造成斷裂失效，特別在濕度較大的環(huán)境中，磨損將加速腐蝕過程。

圖3 鋼絲繩直徑局部減小(繩股凹陷)鋼絲繩一側(cè)磨損

圖4 外部磨損

3.畸形分析(圖5)

鋼絲繩失去正常形狀而產(chǎn)生的可見形狀畸變稱為“變形”（圖5）。這種變形會(huì)導(dǎo)致畸形區(qū)域的鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，能夠形成這種畸形的原因主要有：(1)當(dāng)鋼絲繩以很大的偏角經(jīng)過滑輪時(shí)，首先與滑輪的邊接觸，然后滾進(jìn)繩槽底部。這個(gè)過程會(huì)使繩股松散，而外層繩股的松散程度要比鋼絲繩繩芯大，造成了它們之間的長(zhǎng)度差異；(2)當(dāng)滑輪繩槽的槽底直徑過小時(shí)，鋼絲繩經(jīng)過滑輪時(shí)就會(huì)受到擠壓。在受到擠壓的鋼絲繩直徑變小的同時(shí)，鋼絲繩的長(zhǎng)度就會(huì)增加，由于鋼絲繩外層繩股的壓縮和伸長(zhǎng)長(zhǎng)度都比繩芯大，所以這種作用過程也會(huì)造成它們之間的長(zhǎng)度差異。在以上兩種情況下，滑輪會(huì)改變松散外層股的位置，將這種長(zhǎng)度差異“趕”到纏繞系統(tǒng)內(nèi)某一位置，形成籠狀畸形。另外變形還包括繩芯或繩股突出，鋼絲突出，繩徑增大，局部扁平等特征。目前發(fā)現(xiàn)抽絲的形成有可能是由于繩股中鋼絲之間的間隙不足造成的。缺乏間隙使得這些鋼絲不能隨鄰近的鋼絲一起移動(dòng)，因而造成超載或者屈服。鋼絲繩的直徑如果太小，外股間將沒有足夠的間隙，造成繩股之間的交咬破壞。缺乏間隙會(huì)造成鋼絲繩的疲勞壽命大大降低。籠狀畸變，這種變形主要出現(xiàn)在具有鋼芯的鋼絲繩上。當(dāng)外導(dǎo)繩股發(fā)生脫節(jié)或者變得比內(nèi)部繩股長(zhǎng)時(shí)，處于松馳狀態(tài)的鋼絲繩突然受載時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這種變形。伴隨“鳥籠”一起產(chǎn)生的還有繩股擠出等失效現(xiàn)象。

圖5 鋼絲繩籠狀畸形

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的鋼絲繩承載要求

根據(jù)以上分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求和汽保行業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用小結(jié)，鋼絲繩相關(guān)零件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求。

1.鋼絲繩規(guī)格的選用

鋼絲繩規(guī)格的正確選用，可以確保鋼絲繩滿足承載要求。

(1)依據(jù)EN1493:2010標(biāo)準(zhǔn)中5.6.2傳動(dòng)鋼絲繩最少由114根單根鋼絲組成，正常抗拉強(qiáng)度至少應(yīng)為1 570MPa，但不超過1 960MPa，終端抗拉強(qiáng)度最小要為繩的80%?？紤]到鋼絲繩彎曲強(qiáng)度影響，在滿足安全系數(shù)的情況下，盡量控制在1 770MPa以內(nèi)。

(2)鋼絲繩承載力的選用按機(jī)構(gòu)工作級(jí)別中的M5選擇，其最小實(shí)際安全系數(shù)為5。通常設(shè)計(jì)靜應(yīng)力安全系數(shù)N不小于7。

2.鋼絲繩滑輪的設(shè)計(jì)

(1)滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值應(yīng)大于18，鋼絲繩彎曲半徑過小，會(huì)增加鋼絲繩彎曲折斷損壞，縮短鋼絲繩的使用壽命。

(2)滑輪繩槽底半徑R=(0.53-0.6)D。過小會(huì)造成畸形失效。

(3)滑輪材料常用Q235A，HT200，ZG230-450，QT400-18，對(duì)最有利提高鋼絲繩使用壽命的為QT400-18和Q235A，對(duì)鋼絲繩的磨損傷害最小，其他兩種材料次之。

(4)滑輪內(nèi)孔襯套常用的為自潤(rùn)滑軸承和青銅襯套，同等負(fù)載以青銅襯套使用壽命最長(zhǎng)。

(5)平臺(tái)下方前后滑輪槽以及與其對(duì)應(yīng)的橫梁?jiǎn)尾圯唽?duì)齊，盡量減小偏角，以避免鋼絲繩輪槽側(cè)邊造成鋼絲繩的磨損失效。

四、鋼絲繩及相關(guān)零部件的維護(hù)、檢查和保養(yǎng)

1.平日應(yīng)經(jīng)常根據(jù)平臺(tái)水平度變化，調(diào)整鋼絲繩的松緊，確保平臺(tái)的水平度，以利于四個(gè)立柱端鋼絲繩均勻承載。調(diào)整時(shí)可通過調(diào)節(jié)立柱頂板上鋼絲繩連接端部固定螺桿的六角螺母來完成平臺(tái)的調(diào)平，平臺(tái)用水平儀或水管裝水觀測(cè)水平狀況，調(diào)節(jié)完成后拼緊頂板端固定螺母。在完成鋼絲繩調(diào)節(jié)后，相應(yīng)調(diào)整四立柱內(nèi)的保險(xiǎn)板，使橫梁保險(xiǎn)落鎖后平臺(tái)處于同一水平面，保險(xiǎn)板的調(diào)節(jié)通過調(diào)整固定在頂板上的固定螺母實(shí)現(xiàn)(圖6)。

2.在日常保養(yǎng)中，應(yīng)定期為鋼絲繩潤(rùn)滑，對(duì)經(jīng)過滑輪運(yùn)動(dòng)的部位更加要注重潤(rùn)滑，為了提高潤(rùn)滑效果，需在潤(rùn)滑前將鋼絲繩清理于凈，然后加注潤(rùn)滑脂。

圖6 鋼絲繩及相關(guān)零部件示意圖

3.如果鋼絲繩某一部位的鋼絲過于突出，當(dāng)此處經(jīng)過滑輪時(shí)，鋼絲就會(huì)壓在其他部位之上，造成局部劣化。為了避免這種局部劣化，可將伸出的鋼絲除掉，其方法為：夾緊斷絲伸出端反復(fù)彎折，直至折斷。在維護(hù)過程中去除鋼絲時(shí)，宜記錄其位置，去除斷絲的作業(yè)也作為一根斷絲來計(jì)算，并在根據(jù)斷絲數(shù)作為報(bào)廢基準(zhǔn)評(píng)估鋼絲繩的狀態(tài)時(shí)予以考慮。

4.至少在鋼絲繩使用一年后，每周對(duì)鋼絲繩經(jīng)過滑輪的工作區(qū)段進(jìn)行外觀檢查，目的是發(fā)現(xiàn)一般的劣化現(xiàn)象或機(jī)械損傷，此項(xiàng)檢查還應(yīng)包括鋼絲繩與立柱頂板的連接部位。對(duì)鋼絲繩在每個(gè)滑輪槽上的正確位置也宜檢查確認(rèn)，確認(rèn)鋼絲繩沒有脫離正常的工作位置。

5.鋼絲繩定期檢查中的劣化模式及評(píng)價(jià)方法如表1所示。

表1 鋼絲繩定期檢查中的劣化模式及評(píng)價(jià)方法

6.檢查周期：初期使用時(shí)，每月檢查一次；如果停用3個(gè)月以上，在重新使用前應(yīng)進(jìn)行鋼絲繩表面質(zhì)量狀況檢查；如果本舉升機(jī)上其它部件失效或操作不當(dāng)造成升降過程的異常，這時(shí)應(yīng)進(jìn)行鋼絲強(qiáng)表面質(zhì)量狀況檢查；在產(chǎn)品投入使用一年后，應(yīng)半個(gè)月對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢查一次。

7.檢查范圍：對(duì)于每根鋼絲繩，都應(yīng)沿整個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行檢查，并應(yīng)特別注意下列關(guān)鍵區(qū)域和部位：

(1)主平臺(tái)下方拉座固定接頭；

(2)主平臺(tái)下方經(jīng)過滑輪的區(qū)域；

(3)立柱內(nèi)經(jīng)過滑輪的區(qū)域；

(4)立柱頂部與鋼絲繩連接部位；

(5)因安裝不當(dāng)或外部原因造成鋼絲繩損傷的部位。

8.鋼絲繩的檢查：應(yīng)重點(diǎn)檢查靠近繩端固定裝置的鋼絲繩，特別是進(jìn)入繩端固定裝置的部位，由于這個(gè)位置受到振動(dòng)和其它沖擊的影響以及腐蝕等環(huán)境狀態(tài)的作用，容易出現(xiàn)斷絲?？梢圆捎锰结樳M(jìn)行探查，以確定鋼絲是否出現(xiàn)松散，進(jìn)而確定繩端固定裝置內(nèi)部是否存在斷絲，還應(yīng)檢查繩端固定裝置是否存在過度的變形和磨損。此外，固定繩套、繩環(huán)用的套管也應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，看其材料是否有裂紋，鋼絲繩和套管之間存在可能滑移的跡象；對(duì)鋼絲繩固定扣附近有無斷絲現(xiàn)象，并且鋼絲繩的走向是否處于正確的裝配狀態(tài)。

9.鋼絲繩報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)：日常使用中應(yīng)定期檢查鋼絲繩磨損和斷絲狀況，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一必須進(jìn)行及時(shí)更換：

(1)鋼絲繩由于使用不當(dāng)，造成局部彎折，扭結(jié)，壓扁；燈籠狀畸形；繩芯或繩股突出。

(2)60mm長(zhǎng)度內(nèi)斷絲數(shù)大于5根，或300mm長(zhǎng)度內(nèi)斷絲數(shù)大于10根；

(3)鋼絲表面出現(xiàn)深坑，鋼絲相當(dāng)松馳；

(4)鋼芯擠出，鄰近位置出現(xiàn)籠狀畸變；

(5)鋼絲繩的直徑減小或增加量達(dá)5%；

(6)發(fā)生整股斷裂；

(7)鋼絲繩外部腐蝕，鋼絲表面手感粗糙，鋼絲表面重度凹痕嚴(yán)重銹蝕、內(nèi)部腐蝕明顯可見；

(8)在任何條件下，鋼絲繩只要出現(xiàn)以下情況，就需要報(bào)廢：一是在從未經(jīng)過，繞過滑輪的鋼絲繩在鋼絲繩的直線區(qū)段上，直尺和螺旋面下側(cè)之間的間隙大于鋼絲繩直徑的三分之一，二是在經(jīng)過滑輪的鋼絲繩區(qū)段上，直尺和螺旋面下側(cè)之間的間隙大于鋼絲繩直徑的十分之一；

(9)使用超過兩年。

五、鋼絲繩的失效保護(hù)

在四柱舉升機(jī)中，均設(shè)有鋼絲繩防斷裝置。對(duì)于手動(dòng)解鎖四柱舉升機(jī)，當(dāng)某一立柱鋼絲繩發(fā)生斷裂時(shí)，連動(dòng)鋼絲繩的導(dǎo)輪在彈簧的作用下，拉動(dòng)機(jī)械保險(xiǎn)鉤與立柱內(nèi)的保險(xiǎn)板嚙合鎖止，這時(shí)應(yīng)立即停止操作，對(duì)于電動(dòng)解鎖的舉升機(jī)，上面導(dǎo)輪在驅(qū)動(dòng)保險(xiǎn)鉤自鎖的同時(shí)，還通過上面的動(dòng)作板撞向裝在橫梁上的限位開關(guān)切斷總電源。這時(shí)不能進(jìn)行上升也不能進(jìn)行下降作業(yè)。

六、提高四柱舉升機(jī)鋼絲繩使用壽命的主要途徑

1.按規(guī)定的載荷選擇合適的鋼絲繩，并滿足上文第三部分第1條要求；

2.按選定的鋼絲繩設(shè)計(jì)合適的鋼絲繩輪，并滿足上文第三部分第2條要求；

3.按第四章要求對(duì)在用的四柱舉升機(jī)鋼絲繩進(jìn)行日常潤(rùn)滑保養(yǎng)，并定期檢查鋼絲繩的磨損狀況。達(dá)到更換標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)及時(shí)更換。

4.定期檢查鋼絲繩的失效保護(hù)裝置，檢查復(fù)位彈簧的靈敏度和可靠性，檢查鋼絲繩導(dǎo)輪的磨損情況，檢查保險(xiǎn)塊動(dòng)作的靈活性，栓查保險(xiǎn)板與保險(xiǎn)塊和嚙合狀況，檢查限位開關(guān)的靈敏度和工作可靠性。