门式起重机起升钢丝绳托轮断裂故障分析

黄 琦

（海南八所港务有限责任公司，海南海口 572600）

0 引言

钢丝绳托轮作用是钢丝绳在自身重力作用下发生下垂时支撑住钢丝绳来回运动，确保不与臂架结构件表面直接产生刚性摩擦。如果钢丝绳托轮安装出问题，轻则门机无法正常使用，重则会造成钢丝绳加剧磨损，最终导致钢丝绳发生断裂，引发生产安全事故。

海南八所港务有限责任公司于2008年购置2 台MQ2533门座式起重机，在使用过程中发现起升钢丝绳托轮经常损坏，主要表现在托轮被磨穿断裂，维修更换频率比较高，钢丝绳使用寿命也比其他门机要短的多。针对这一问题，组织相关技术人员进行深入研究和分析，发现托轮磨穿及钢丝绳使用寿命短的主要原因是维修人员在安装托轮时安装过高，造成钢丝绳来回运动时托轮受到钢丝绳频繁摩擦和挤压，加速托轮磨损而发生断裂，同时也加剧钢丝绳的磨损，通过技术改造后，托轮磨穿问题得到彻底解决，连续使用6年时间，未再发生托轮被磨穿断裂问题，同时延长钢丝绳使用寿命。

1 工作原理

钢丝绳托轮主要安装位置是在象鼻梁上表面和大拉杆两侧，主要作用是当钢丝绳不带载荷时来回运动时，依靠钢丝绳自身重量产生下垂并与托轮表面接触，在摩擦力作用下带动托轮自由旋转，形成钢丝绳与托轮滚动摩擦，有效降低钢丝绳磨损，延长钢丝绳使用寿命，确保钢丝绳不与臂架结构件表面直接产生刚性摩擦而设置。当钢丝绳带载荷情况下，钢丝绳受到拉力作用克服自身重量而被拉直时，钢丝绳离开托轮表面，避免钢丝绳受力后直接作用在托轮及上压轮表面上（图1）。钢丝绳托轮及上压轮本身在回转中心两侧装有轴承，在轴承支撑下具有自由旋转作用；钢丝绳上压轮的主要作用是防止钢丝绳在工作过程中跳出托轮座外。钢丝绳托轮如果安装过高，轻则托轮会受到钢丝绳的挤压，长时间继续使用，将造成钢丝绳将托轮磨穿、造成钢丝绳卡死，设备将无法正常作业；重则钢丝绳加剧磨损。如果检查不及时，作业过程中容易造成钢丝绳断裂，引发生产安全事故。

2 受力分析

2.1 受力分析

钢丝绳带载荷受力F 时，钢丝绳会处于被拉紧、绷直状态，如果托轮顶面安装高度超过钢丝绳底部位置基准线时，托轮会受到来自钢丝绳产生一个向下的压力F合，当钢丝绳来回运动时，托轮两侧轴承需要承载来自钢丝绳产生的F合的力，长时间运转容易造成轴承过早损坏，同时托轮旋转表面承受较大的挤压，长时间容易造成托轮表面磨损，直至托轮断裂，同时也加剧钢丝绳磨损，缩短钢丝绳寿命（图2、图3）。

下面对这种情况下托轮受力情况进行力学分析（图4）。

图1 钢丝绳托轮结构及工作原理

图2 托轮受钢丝绳挤压

根据三角函数公式计算：cosθ=F合/F（0°＜θ≤90°），从公式可以看出，钢丝绳载荷F 不变情况下，托轮安装的高低与F合关系：当托轮安装高度越高，即θ 越小，F合就越大；安装高度越低，即θ 越大，F合就越小。

图3 钢丝绳磨损托轮

图4 托轮受力分析

2.2 受力核算

门机钢丝绳托轮使用的轴承型号为6304 轴承，经查阅手册，该型号轴承径向基本额定动载荷：15.8 kN，一个钢丝绳托轮以2 个轴承载荷进行核算，托轮额定径向承载T径为31.6 kN（近似3.16 t）；一个托轮支撑2 条钢丝绳，当货物载荷为40 t，每条钢丝绳承担40/4=10 t。从图5 可知，F=20 t，不同角度θ 受力对比如下：当θ 为30°时，cos30°=0.866，F合=0.866×20 t=17.32 t＞T径；当θ 为45°时，cos30°=0.707，F合=0.707×20 t=14.14 t＞T径；当θ为90°时（图5），F合=0＜T径。

综上述分析，可以看出托轮顶面安装高度不允许超过钢丝绳底部位置基准线。

3 技术改造方案

重新对所有托轮安装高度进行一一复测，对安装过高的托轮采取降低处理，确保钢丝绳带载荷时，钢丝绳底面与托轮上表面保留10～15 mm 间隙（图5）。

经过技术维修后，目前已使用将近6年时间，未出现更换托轮的问题，有效延长了钢丝绳的使用寿命。

图5 钢丝绳托轮安装示意

4 结束语

任何一台设备故障的产生，都会有其背后产生的根源，只要每位技术管理人员认真地研究和分析，一定能找到彻底解决问题的办法。