起重机提升钢丝绳缠绕的原因分析及预防

薛建平

(中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433)

起重机提升钢丝绳缠绕的原因分析及预防

薛建平

(中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433)

钢丝绳既是起重机安全生产的3大重要构件之一，也是发生故障频次较高的易损件之一，其中钢丝绳缠绕是比较常见的故障之一。对企业而言，钢丝绳损伤后，不但影响正常生产，造成安全隐患，同时也提高企业的维修成本。因此，正确掌握和使用钢丝绳是十分重要的。如果钢丝绳的选择、安装、维护保养和使用不当，容易发生钢丝绳的损坏而导致严重伤害事故或重大险情，给国家和人民带来重大的损失。

起重机；钢丝绳缠绕；原因分析；预防措施

随着国民经济的发展,港口码头的建设突飞猛进, 船舶修造企业比比皆是，每当我们走进港口码头、船舶修造企业、走近远洋货船，首先看到的是形态各异的各类起重机械设备如：臂架型起重机(门座起重机、塔式起重机、浮游起重机、自行式起重机等)、桥架型起重机(桥式起重机、龙门起重机、运载桥等)以及船上的各式克令吊、食品吊、杂物吊、软管吊、备件吊、平移吊、龙门吊、灯吊、起货属具以及机舱行车、电动葫芦、电梯、货物提升机等起重装置(包括各式救生艇、救助艇、吊艇架等装置。船用舷梯的舷梯绞车、舷梯翻梯装置、舷梯吊架等起重装置)，所有起重机都有一个共同特点就是都离不开钢丝绳。

钢丝绳既是起重作业中应用最广泛的挠性构件，也是起重机安全生产的三大重要构件之一，同时也是发生故障频次较高的易损件之一，其中钢丝绳缠绕是比较常见的故障之一。

起重机钢丝绳强度高、自重轻、柔韧性好、耐冲击、安全可靠。

但起重机使用的钢丝绳工作环境和条件相对恶劣,不仅要经受风吹雨淋的侵蚀,还要承受起吊货物时可能出现的野蛮操作、碰撞以及卷筒缠绕和导向轮弯曲作业等。

钢丝绳在工作中,受以下几种力的作用[1]：①拉力，吊钩上的负荷，通过动滑轮组分配到分支钢丝绳上，变成对钢丝绳的拉力，在钢丝绳内部产生拉伸应力。②弯曲力，钢丝绳在滑轮上、卷筒上的弯曲，都在钢丝绳内部产生相应的弯曲应力。③挤压力，钢丝绳在滑轮和卷筒槽中，都受到很大的挤压力，从而产生很大的接触应力。④摩擦力，钢丝绳与滑轮槽和卷筒槽，以及卷筒上缠绕的钢丝绳层间相对滑动的表面，均产生摩擦力。这种摩擦力使钢丝绳表面与滑轮表面或卷筒表面产生摩擦，并在钢丝绳表面产生剪切应力。⑤扭力，这种力主要是在制造钢丝绳过程中拧紧产生的，在钢丝绳断面表现为剪切应力。

上述因素使钢丝绳产生了锈蚀、变形以及磨损、疲劳和断丝等损坏,从而降低了钢丝绳的强度,缩短了钢丝绳的寿命。如果钢丝绳在选择、安装、维护保养和使用不当，容易发生钢丝绳损伤或断裂，钢丝绳的损坏会导致严重的后果，造成伤害事故或重大险情，给国家和人民带来重大的损失。所以钢丝绳既是起重机械的重要零件之一，也是保证起重作业安全的关键环节。

钢丝绳广泛应用在起重机上。我们必须先了解一下钢丝绳的用途及构造[2]：钢丝绳由钢丝、绳股和绳芯组成。

绳股是钢丝绳的主要组成部分，由制绳钢丝，用机械方式绞捻而成。除密封钢丝绳外，一般均有多股构成，股数多的有18股、34股、最少3股。多股(17股以上)和4股为不旋转钢丝绳。

绳芯的作用是支撑固定绳股的位置，保持钢丝绳形状稳定，减少绳股之间钢丝的摩擦。

钢丝绳按用途可分为：①支持绳,用于悬挂桥梁、电缆、张拉桅杆和烟囱等。使用时，它承受拉力，主要指标是抗拉强度。伸长率要小，所以纤维绳芯不适用作支持绳。②承载绳,用作架空索道、矿车轨道索等。它主要承受压力和拉力，要求强度高、表面光滑、结构紧凑、支撑表面大。③牵引绳,在动力转动装置和运输机械中传递拉力时使用。它主要承受拉力，要求耐磨、抗挤压、有韧性，经得起长期弯曲；其外层钢丝要稍粗些，采用金属绳芯。④提升绳，用来提升重物。它在使用时除了受拉力，还承受弯曲力和摩擦力，要求有较高的强度和韧性；弯曲应力要小；耐疲劳，耐磨损，并能较好地抵抗冲击载荷。⑤系扎绳，用于捆扎、拖船和系船等。使用时它基本处于受拉状态，由于需要手工捆扎、打结，要求柔软性好。

笔者从上世纪80年代起至今，一直从事与起重作业相关的管理工作，在这几十年的工作中深深体会到，对企业而言，钢丝绳损伤后，不但影响了正常生产，也增加了安全隐患，同时也提高了企业的维修成本。因此，作为起重机管理和作业人员，正确掌握和使用钢丝绳是十分重要的。

1 钢丝绳缠绕(桥头)产生的原因

首先分析一下产生钢丝绳缠绕(桥头)的原因。

普通钢丝绳在使用时，无论同向捻，还是交互捻，当受拉时,都会产生由股和绳形成不同方向的不平衡的旋转力矩,使钢丝绳随着提升高度和吊物质量的增加,旋转现象会加剧,严重时会造成互相缠绕的现象。这种缠绕现象不仅使操作困难,而且使操作人员不安全,严重时吊钩无法升降,影响工作的正常进行。钢丝绳缠绕后如继续使用,由于绳之间的相互摩擦,捻距受到破坏,会加剧表面磨损及过早断丝,缩短使用寿命。

随着工业的发展，各类起重设备需要的卷扬提升高度的增加，更有必要减少使用时的旋转现象。除了设法增加滑轮的直径外，对普通钢丝绳，在条件许可的情况下可将左捻和右捻钢丝绳并列使用，使其各自产生的旋转力矩互相平衡，也可使用不旋转钢丝绳。

必须注意的是，钢丝绳从盘上解下来要进行安装时，钢丝绳本身有些扭转引起的缠绕现象和起重吊货时发生的旋转现象不一样。因此在安装时，需把钢丝绳延伸一直线和通常所说的放“桥头”，安装后再进行适当的调整，避免发生扭转现象。

我们认为有如下几方面的原因造成钢丝绳的“缠绕”。

1)未按起重机设计规范要求采购钢丝绳。起重机械用的钢丝绳，应符合GB 20118—2006《一般用途钢丝绳》和GB 8918—2006《重要用途钢丝绳》标准，并必须有产品检验合格证。

2)采购钢丝绳时未向产品单位强调释放内应力的要求。

3)安装钢丝绳前未进行拖线，新购钢丝绳从卷盘卷绕到起升机构上时，如果在卷盘上卷绕的力量没有得到释放，即使是防扭钢丝绳也容易产生缠绕。

4)起重机上滑轮太小、太多、不活络，卷绕在定滑轮和动滑轮之间的钢丝绳与垂直方向存在一定夹角，该夹角的存在会导致钢丝绳产生水平分力，从而导致动滑轮围绕垂直中轴线发生旋转。滑轮的轮槽与钢丝绳不匹配等，滑轮组之间钢丝绳除了承受垂直力还存在一定的横向水平分力，则会产生合成转矩，从而促使这组钢丝绳发生旋转而产生缠绕。

5)钢丝绳运动(走向)不在同一直线上。

6)钢丝绳与卷筒的排序、钢丝绳与卷筒旋向相反。钢丝绳的卷绕，要尽量平滑，这样才能发挥钢丝绳的性能，延长使用寿命。

2 预防钢丝绳缠绕采取的措施

合理选择钢丝绳是正确使用的基础。选择钢丝绳要符合安全规程和使用对象的特性。钢丝绳的品种及其特性，例如钢丝绳的破断拉力、柔软性、耐疲劳性、耐挤压性、旋转性、耐腐蚀性等是影响钢丝绳使用性能和使用寿命的主要因素，选择适当与否将会明显地影响使用效果。

我们在起重机管理的工作实践过程中，结合多年积累的实践经验，对因钢丝绳可能引起的缠绕故障采取的主要预防措施有如下几种方法，并且已经取得了比较好的效果。

1)领取钢丝绳时，检查该钢丝绳的合格证，以保证机械性能、规格符合设计要求。

2)安装钢丝绳前，进行拖线释放钢丝绳内的残余内应力。我们专门设计制作了一套钢丝绳内应力释放助放器，如图1所示。

图1 钢丝绳内应力释放助放器

工作原理：钢丝绳内应力释放助放器的旋转轴上有2组平面轴承，当助放器在使用过程中受力时，旋转轴随着钢丝绳内应力传递力的增加而旋转，从而达到释放内应力的目的。经实际使用，该装置取得了明显的效果，在2011年获得了国家实用新型专利(钢丝绳内应力释放助放器，专利号201120178940.1)。

3)钢丝绳安装后，采用适当的方法牵引卷绕钢丝绳，当钢丝绳卷绕完毕，应将起重机全行程升降几个来回之后，解除钢丝绳自由端的固定，让钢丝绳自行释放回转内力之后再予以重新固定。

4)钢丝绳安装后，在使用前，应检查起重机上所有滑轮必须活络，卷绕在定滑轮和动滑轮之间的钢丝绳保持垂直。

5)起升高度较大的起重机，采用不旋转、无松散倾向的钢丝绳。采用其它钢丝绳时，应有防止钢丝绳和吊具旋转的装置或措施。

6)在钢丝绳固定端安装防扭装置。如果采用了上面介绍的几种方法，起升钢丝绳仍然有可能存在残余旋转内力，应采用防扭装置可以动态地释放钢丝绳的旋转内应力。

7)应对日常使用的钢丝绳和滑轮每天都进行检查，应特别注意不易看到和不易接近的部位，如各滑轮处的滑轮是否活络、钢丝绳是否运动自如。如有异常应消除故障后方可使用。

8)新钢丝绳不要立即高速、重载下直接使用，而要在低速、中载条件下运行一段时间，使钢丝绳适应使用状态后，再逐步提高钢丝绳运行速度和加大提升载荷，即新钢丝绳在进行高速、重负荷作业前必须经过初期磨合阶段。新钢丝绳使用一段时间后，对钢丝绳进行放“桥头”处理。

9)如果钢丝绳在使用中产生了缠绕，我们一般采取以下几种办法来消除。

(1)将起重机全行程升降几个来回，设法使缠绕(桥头)应力朝卷筒方向延伸，最后将钢丝绳收足(卷筒上钢丝绳排满)时，设法将钢丝绳保险(固定)住，然后再将卷筒上钢丝绳末端固定钢丝绳的固定装置(压板)拆除，把卷筒上钢丝绳全部放下使其处于自由状态，此时钢丝绳的内应力自然而然地释放完。之后将钢丝绳重新恢复到原状，将卷筒上钢丝绳末端固定妥当。此法可反复几次，直至钢丝绳缠绕应力消除为止。

(2)直接将起重机有缠绕的钢丝绳全部拆解下，重新进行拖线(释放缠绕应力)后，再安装妥当。

在上世纪80年代末期，我们企业的2545门座式起重机主钩钢丝绳(型号为“ D-6×37+1-28.5-160-I ”)经常“缠绕”，当时的处理办法是在起重机的“象鼻梁”底端，由钢丝绳的尽根处承受负荷的拎攀、卸克与钢丝绳连接，每当需放钢丝绳的“桥头”时，拆卸卸克与钢丝绳连接，放完“桥头”后，恢复连接即可。

(3)如果是因起重机上的滑轮的变故或者钢丝绳受到异常的机械性碰触所引起，应首先排除这些故障后，再决定采取何种措施来消除缠绕的故障。

(4)将起重机有缠绕的升降钢丝绳强制(刚性)分开，即在2根钢丝绳不影响升降段的位置段加装分开装置即可，如图2所示。

图2中为D3065K10门座式起重机副钩钢丝绳(30/5 t×60/65 m)，自从1999年1月投入使用以来，副钩钢丝绳就未能正常使用，主要原因就是钢丝绳一受力，就缠绕在一起而无法使用，后在钢丝绳常用段处切割断，用卸克连接起来使用，每当钢丝绳缠绕时，把卸克连接处拆开放掉“桥头”后再使用。但在使用过程中发现有一个新的危险源，那就是司机一不小心，就有可能使卸克连接处进入副钩滑轮而导致事故的发生。据悉，上海某些相关单位，包括D3065K10门座式起重机原设计单位都因为钢丝绳缠绕问题无法解决而暂停使用副钩。

图2 D3065K10门座式起重机副钩钢丝绳

为此，我们专门设计制作了“刚性”的钢丝绳防缠绕装置，在2010年10月投入使用至今近5年的时间里，一直保持着正常使用的状态(该项目获得了公司2010年第四季度“五小”活动特别成果奖的表彰)。

3 结束语

《组织能力的杨三角》[3]一书中披露，根据韩国贸易协会国际贸易研究院2007年的研究显示，占据全球最大市场份额的各国商品中，中国商品数量排名世界第一，共有958种中国制造的产品，占据全球市场份额第一位，德国和美国则分列第二位、第三位，数量分别有815种和678种。在诸多产品领域中，“中国制造”位于全球领先地位，中国制造的起重机占全球市场份额的50%。

随着我国制造工业的不断发展壮大，起重机需求量越来越大，各类起重设备越造越大，需要卷扬提升高度的也在增加，更有必要减少或消除使用时钢丝绳的缠绕现象。在进行起重机选型时，要充分考虑起重机的起升高度要求和钢丝绳的防回转要求，合理选择钢丝绳及其绕绳方式。

[1] 佚名.钢丝绳在工作中受以下几方面力的作用[J].江苏安全生产，2012(7)：24.

[2] 沙慧忠，梁开成.起重工工艺学[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2011.

[3] 杨国安.组织能力的杨三角[M].北京：机械工业出版社，2013.

Wire rope is one of the most important constructions for crane's safety production and one of the vulnerable parts,in which the winding of crane's wire rope is with high frequency.For enterprises,the damages on wire rope will not only influence the normal production but also make hidden danger on safety.Meanwhile,the maintenance cost will be raised.Thus,it's very important to handle and use wire rope correctly.Improper choise,installation,maintenance and use will make damage easily on wire rope and lead serious danger,which will bring big loss for the country and people.

crane;winding of wire rope;cause analysis;preventive measure

薛建平(1956-)，男，江苏武进人，高级工程师，大学专科，主要从事船舶修造生产管理工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.01.014

2015-10-10