王 亮 夏壽金

（1.上海康富核能機械有限公司，上海 200000； 2.邳州市承鼎機械設備有限公司，江蘇 邳州 221300）

0 引言

履帶起重機因操作靈活、起重量大、可以帶載行走等特點，應用非常廣泛。隨著石化、核電等行業(yè)大型模塊的吊裝需求增加，對起重機的起重量和起升高度也提出更高的要求，超大噸位履帶起重機的使用也隨之越來越多。履帶起重機按照運行機構可分為行走機構、回轉機構、變幅機構、起升機構等，其中起升機構是實現吊物提升下放的主要工作機構。起升機構通過馬達、減速機驅動卷筒轉動，通過卷筒轉動纏繞鋼絲繩，完成提起和下放作業(yè)。由于履帶起重機的臂長和倍率可根據需要進行組合更換，因此，對起升鋼絲繩的需求長度也不盡相同。計算起升鋼絲繩長度時須根據履帶起重機最長臂長及最大倍率時所需的鋼絲繩長度進行配置。鋼絲繩纏繞在卷筒上，以滿足不同臂長、不同倍率時起升吊裝的要求。若鋼絲繩在卷筒上纏繞時發(fā)生亂繩和陷繩，會導致鋼絲繩擠壓、磨損、斷絲、抖動等影響使用壽命，極端情況下甚至造成斷繩，從而引發(fā)嚴重的安全事故，給正常的吊裝作業(yè)帶來極大的安全風險。如何解決鋼絲繩陷繩和亂繩問題一直是行業(yè)內的棘手問題，要解決鋼絲繩陷繩和亂繩問題，首先須清楚陷繩和亂繩所帶來的危害和風險，其次要分析引起鋼絲繩陷繩和亂繩的具體原因，采取適當措施，徹底消除鋼絲繩陷繩和亂繩問題。

1 鋼絲繩陷繩和亂繩問題所產生的缺陷及危害

鋼絲繩在卷筒纏繞出現陷繩和亂繩時，會加劇鋼絲繩的磨損，縮短鋼絲繩的使用壽命，增加鋼絲繩更換費用和設備的維護成本。因為鋼絲繩磨損，在鋼絲繩經過滑輪時斷絲通常沿鋼絲繩隨機出現在繩股的頂部，即外層繩股的外表面。該類型的斷絲往往與外部磨損區(qū)域有關。當使用阻旋鋼絲繩時，大部分斷絲有可能出現在繩股內部，僅通過外觀檢查很難發(fā)現，給履帶起重機起升機構的正常運行帶來極大的安全風險。

若鋼絲繩陷繩嚴重，在下放載荷時，鋼絲繩從陷繩處抽出瞬間會使鋼絲繩產生劇烈抖動，引起吊物晃動，不僅會造成鋼絲繩受力不均，還會對起重機臂架系統(tǒng)造成沖擊。輕則損壞鋼絲繩，重則損壞設備、甚至引起設備傾覆。如果鋼絲繩陷繩不及時處理，如圖1（a）所示，長期工作后，會使繩股松散，形成鳥籠狀散股，如圖1（b）所示，也會造成鋼絲繩斷絲，如圖1（c）所示，最終導致鋼絲繩報廢。

圖1 下層未纏緊導致陷繩及長期未處理引起的松股斷絲

2 鋼絲繩多層纏繞時出現陷繩和亂繩現象的原因分析

鋼絲繩在卷筒上多層纏繞時容易出現陷繩和亂繩現象主要集中在兩個部位，一是鋼絲繩在卷筒中間部位發(fā)生陷繩和亂繩，如圖2（a）所示，另外是在卷筒兩側換層處發(fā)生陷繩和亂繩，如圖2（b）所示。根據鋼絲繩陷繩和亂繩現象出現的不同部位，分別對可能造成該現象的原因進行分析，便于后續(xù)給出針對性的處理措施。

圖2 卷筒中部和邊緣處鋼絲繩排列不整齊

2.1 鋼絲繩在卷筒中間部位出現陷繩和亂繩現象

當鋼絲繩在卷筒中間部位出現陷繩和亂繩時，為了查找導致陷繩和亂繩的原因，需要將卷筒上的鋼絲繩全部放出，鋼絲繩放出時需要注意對鋼絲繩的防護，避免扭結、磕碰、污染等原因導致鋼絲繩損傷。在整個卷筒的繩槽完全露出后，首先需要對卷筒的節(jié)距進行測量。使用樣板或其他檢測工具檢查節(jié)距是否符合設計要求，在任何情況下，當卷筒節(jié)距偏小時，不允許小于鋼絲繩實際直徑。當卷筒節(jié)距偏大時，不允許大于鋼絲繩公稱直徑的1.1倍，否則該卷筒須報廢。正常情況下，卷筒的單個繩槽節(jié)距偏差應為要求節(jié)距±0.1mm，任意連續(xù)5個繩槽的距離應為5×節(jié)距，允許偏差±0.4mm，任意連續(xù)10個繩槽的距離應為10×節(jié)距，允許偏差±0.5mm。

然后需要檢查鋼絲繩直徑。在任何部位鋼絲繩均不得出現股芯斷裂情況。檢查鋼絲繩實際直徑，無論鋼絲繩是否受力，鋼絲繩實際上限不允許超過卷筒折線段節(jié)距。鋼絲繩不受力時，最細部分不得低于鋼絲繩公差的下限。新鋼絲繩受到額定拉力時，實際直徑不得低于鋼絲繩允許公差的下限1%，即如公差為2%，下限不得低于1%。

最后，需要檢查鋼絲繩之間的間隙。當鋼絲繩在雙折線卷筒上多層纏繞時，如果拉力達不到要求，第一層鋼絲繩與卷筒之間，或者上一層鋼絲繩與下一層鋼絲繩之間，就會存在一定的間隙，該間隙短時間內不會消失，但隨著鋼絲繩的長期使用會逐漸減小或消失。為防止鋼絲繩出現“跳槽”和“越軌”現象，鋼絲繩使用時必須保持足夠的拉力，以使鋼絲繩能始終緊貼繩槽表面，如圖3所示。

圖3 雙折線卷筒及正常排列的鋼絲繩

雙折線卷筒分為兩個直線段和兩個折線段，直線段左右之間的間隙和折線斷左右之間的間隙分別如下。直線段左右之間的間隙：鋼絲繩在卷筒中纏繞時，直線段的間隙=卷筒節(jié)距-鋼絲繩實際直徑。這個間隙不會隨著單繩拉力變化而改變，即空鉤與吊重時間隙是一致的。間隙會隨著鋼絲繩的受力后因鋼絲繩的縮緊率而略有變化。

折線段左右之間的間隙：可用塞尺測量卷筒軸向折線段鋼絲繩的間隙，鋼絲繩不受力時測量折線段間隙一般約0.1mm，當鋼絲繩受到拉力時，折線段無論用多薄的塞尺，都無法塞入塞尺，這樣可以認為間隙為0mm。

根據直線段和折線斷的間隙反推上下方向的間隙，鋼絲繩不受力時，上下方向約有0.1mm間隙，當鋼絲繩受力時，上下方向的間隙可認為是0mm。多層纏繞的鋼絲繩，各層鋼絲繩在不受力和受力狀態(tài)時，上下直徑方向間隙變化應在2×0.1mm左右，即受力前鋼絲繩在相應層的中心直徑假設為，受力后直徑變?yōu)?0.2mm。一圈長度變化=π×-π×（-0.2）=0.2×π=0.2×3.142，長度變化約為0.6mm。當鋼絲繩開始受力時，因拉力的作用該層鋼絲繩產生沿著卷筒徑向的壓力，該層鋼絲繩必然緊貼在下一層鋼絲繩或者卷筒上，將該層鋼絲繩與下一層鋼絲繩或與卷筒之間的縫隙擠平。因為該層鋼絲繩會對下一層鋼絲繩沿鋼絲繩纏繞方向擠壓，下一層鋼絲繩會順著纏繞方向慢慢向前旋轉。如果鋼絲繩潤滑保養(yǎng)不到位，在卷筒旋轉3~4圈以后，鋼絲繩沿長度方向約多出2mm，因長度增加間隙變大，下層鋼絲繩就會被擠開，在直線段受力層的鋼絲繩會局部擠入下層鋼絲繩中去，形成局部輕微陷繩，長時間運行之后，會逐步演變?yōu)閲乐叵堇K。如果鋼絲繩在卷筒中纏繞時，每隔幾圈出現一處陷繩，需要檢查鋼絲繩的潤滑狀態(tài)，若鋼絲繩潤滑不好，基本可判定為鋼絲繩潤滑不到位造成的陷繩。

經過上述檢查，若卷筒節(jié)距和鋼絲繩直徑均滿足要求且鋼絲繩潤滑良好，則可以認定鋼絲繩在中間部分出現的亂繩和陷繩現象，是由于下層鋼絲繩未纏緊導致。因下層鋼絲繩未纏緊，當上層鋼絲繩受力后會將下層鋼絲繩擠亂，容易出現陷繩，進而導致亂繩。即：多層纏繞的卷筒中，在第二層或以上，如果中間出現亂繩或陷繩現象或鋼絲繩損壞現象，如能排除鋼絲繩突然變粗或變細的可能性，可以認定是未施加預緊力所致，而不是卷筒問題或鋼絲繩問題。

2.2 鋼絲繩在卷筒兩側出現陷繩和亂繩現象

鋼絲繩在卷筒兩側出現陷繩和亂繩現象時，如上文所述，首先要檢查鋼絲繩直徑是否滿足要求、鋼絲繩潤滑狀態(tài)是否良好，其次是檢查卷筒節(jié)距是否滿足要求。在此基礎上再進行進一步的詳細檢查。

使用平尺檢查每層鋼絲繩的直線度，如有鋼絲繩凸出現象，將鋼絲繩從卷筒上全部放出后，重新排繩，鋼絲繩凸出現象消失。若鋼絲繩帶載受拉后再次出現凸出現象，可以認定是該層鋼絲繩未纏緊，被上層鋼絲繩受力后擠壓拱起所致。如前文所述，當鋼絲繩開始受力時，該層鋼絲繩向下擠壓，必然緊貼在下一層或卷筒上，將該層與下一層或與卷筒之間的縫隙擠平，下一層鋼絲繩被該層鋼絲繩向纏繞方向擠壓，下一層鋼絲繩會順著纏繞方向慢慢向前旋轉。當鋼絲繩潤滑良好時，下層鋼絲繩會一直沿纏繞方向旋轉，在卷筒中間部分不會形成陷繩，但是在卷筒邊緣，由于鋼絲繩無法被擠入須換層的最后一圈，最終會在邊緣處形成拱起。當每層鋼絲繩圈數超過一定數量后，相應層鋼絲繩長度方向會多出足夠長度，滿足鋼絲繩凸起后所需的長度。當鋼絲繩在邊緣處凸出后繼續(xù)纏繞會導致下一層鋼絲繩排列不整齊，待下層鋼絲繩纏繞時就會出現陷繩和亂繩。

檢查卷筒第一層至第二層的換層臺階，是否符合圖紙的設計要求。卷筒換層的臺階有沒有出現打磨現象，直線段平面度是否有嚴重超差情況。兩側的第一二圈的節(jié)距，應比其他部分的節(jié)距要小，一般情況下，第一二圈的節(jié)距等于鋼絲繩實際直徑的上限。其他部分的節(jié)距等于鋼絲繩公稱直徑的1.045倍（該數值需要根據鋼絲繩的公稱直徑來調整）。還需要檢查卷筒兩側板的間距是否符合圖紙要求，若兩側板間距過小，會導致鋼絲繩在邊緣換層時無法順利進入下一層，導致該層鋼絲繩在邊緣處凸出或間隙過大。若兩側板間距過大，會導致鋼絲繩在邊緣換層時鋼絲繩凹陷偏低，在下一層纏繞時導致無法順利換層或發(fā)生陷繩。

3 鋼絲繩多層纏繞時出現陷繩和亂繩現象的解決措施

在彈性范圍內，金屬材料受到拉力之后會變形，當外力消失時，金屬材料會恢復原狀，這是金屬材料的基本特性。鋼絲繩在卷筒中纏繞時，鋼絲繩帶載受力后會發(fā)生一定的彈性變形，這樣當載荷拉力消失時，鋼絲繩仍會恢復成原先的狀態(tài)。當鋼絲繩在卷筒中纏繞時，只要拉力達不到要求，鋼絲繩與卷筒之間，或者上一層鋼絲繩與下一層鋼絲繩之間，就會存在一定的間隙。在鋼絲繩多層纏繞之后，引發(fā)鋼絲繩凸出、間隙過大、陷繩、亂繩等問題。

為消除鋼絲繩上下層之間的間隙，防止使用中出現陷繩和亂繩問題。雙折線卷筒在正式使用前會提出如下要求：為避免鋼絲繩出現“跳槽”或“越軌”現象，鋼絲繩必須保持足夠的拉力，以使鋼絲繩能始終緊貼繩槽表面。當不滿足這一條件時，應加設鋼絲繩壓輥。鋼絲繩預緊拉力應不小于鋼絲繩破斷荷載的2%（或工作荷載的10%）。繩索偏角最好保持在0.5°~1.25°，最大不超過1.5°。

檢查陷繩和亂繩問題時，如果是在卷筒邊緣換層處亂繩，需要檢查換向高點處的節(jié)距是否符合設計要求。如果提前換向，重點要檢查鋼絲繩的公差是否接近上限，同時也要檢查鋼絲繩表面的潤滑情況。如果接近上限，潤滑良好，但沒有提前換向時仍然發(fā)生亂繩，則可初步判定為鋼絲繩預緊力太小，須對鋼絲繩進行帶載排繩。將卷筒上的鋼絲繩全部放出，然后重新帶載排繩。鋼絲繩的帶載大小按照不小于鋼絲繩破斷荷載的2%（或工作荷載的10%）設定，需要從卷筒的第一層開始帶載排繩，保證底層鋼絲繩帶載排列整齊，往復數次，直至將亂繩或陷繩全部消除。如重新排繩后，鋼絲繩凸出現象仍然存在，檢查卷筒是否有異常的凸出點，將突出點打磨后可解決。對工作時超過五層的卷筒，建議取消換向高點。改用換向圓弧板結構，可解決亂繩問題。如通過測量發(fā)現是卷筒側板間隙不滿足要求，需要根據設計圖紙對側板間隙進行調整，若間隙過小，在滿足圖紙要求的前提下可通過適當打磨滿足間隙要求時，可以對側板進行局部打磨處理。若間隙過大，根據測量數據可以在側板換層處局部貼鋼板或側板整體貼鋼板進行調整，如圖4所示。調整完成后通過帶載排繩進行驗證，若不滿足要求須繼續(xù)調整直至鋼絲繩陷繩和亂繩問題消除。

圖4 卷筒側板局部貼鋼板和整體貼鋼板

4 結論

根據《GB/T29086-2012鋼絲繩安全使用和維護》中5.2.4.6新鋼絲繩的“磨合”要求，新鋼絲繩在設備上投入使用之前，設備最好在低速、低載荷（約10%額定工作載荷）條件下，循環(huán)運轉新鋼絲繩一定次數來進行“磨合”，確保新鋼絲繩及其附件調整到適應實際工作狀態(tài)。但是不允許在滿載荷或超載荷條件下對鋼絲繩進行“磨合”。應仔細檢查，確保鋼絲繩正確纏繞到卷筒上，鋼絲繩在卷筒上無松弛或交叉重疊現象發(fā)生。

結合鋼絲繩在卷筒纏繞時出現陷繩和亂繩問題的處理經驗，根據鋼絲繩帶載纏繩的要求，建議在鋼絲繩投入使用之前，將鋼絲繩從最底層開始纏緊，按照10%單繩額定拉力、30%單繩額定拉力、50%單繩額定拉力，從第一層起至最高處，循環(huán)5次，可有效避免鋼絲繩在卷筒纏繞時出現陷繩和亂繩問題。