一种新型抓斗导绳装置

马建新

华能南通电厂

1 引言

某单位现有1 500 t/h桥式卸船机，使用通用的咸阳40NAT6×29Fi+IWRC/1770钢绳芯钢丝绳。统计表明，抓斗开闭钢丝绳的报废大多因为断丝磨损切头所致，开闭钢丝绳平均20万t切1次头，1根平均切5次头。该桥式卸船机1年卸煤约200万t，一般需更换4根开闭钢丝绳和2根提升钢丝绳，开闭钢丝绳的使用寿命约为提升钢丝绳的一半。开闭钢丝绳通过的导绳装置(俗称井字轮)是钢丝绳最易损坏的部位，对开闭钢丝绳通过导绳装置时产生损坏的原因进行分析，并提出改进方案以延长桥式卸船机钢丝绳的使用寿命。

2 钢丝绳磨损原因分析

正常情况下，开闭钢丝绳断丝两端断面呈收缩圆锥形，为载荷超过破断拉力造成。但抓斗滑轮组处钢丝绳的损坏，断丝断口常常为扁平状，是先被严重挤压变形(其宽度超过直径)，再经抓斗滑轮组反复折弯造成钢丝绳的断丝。

取样此处钢丝并清洗，钢丝表面裂纹特征更加明显。通过金相分析，内部裂纹与白色组织贯通，白色组织为马氏体[1]。马氏体是一种硬而脆的组织，是把钢加热到临界温度以上急剧冷却形成的。以钢丝绳的常用钢为例，当钢丝绳表面加热到接近或稍微超过700℃，随后以比较快的速度冷却就能形成马氏体。在使用中钢丝绳外层表面上出现马氏体的现象，表明钢丝表面产生过足够的摩擦热。可判断是挤压受热硬化造成钢丝绳的抗疲劳性能下降。

这种挤压受热硬化不是抓斗滑轮组原因造成的，而是抓斗导绳装置造成的。在抓取船舱内或堆场上散货时，抓斗呈倾斜状态，钢丝绳的折弯角很大，且单根钢丝绳的拉力可能会达到15～20 t。虽然导绳轮转动灵活，但此时迅速提起开闭钢丝绳，一方面钢丝绳与抓斗导绳装置发生挤压，造成钢丝绳表面钢丝严重变形；另一方面开闭钢丝绳与导绳轮发生剧烈摩擦发热，随后开闭钢丝绳在流动的空气中迅速冷却，钢丝绳表面形成了硬而脆的马氏体。马氏体转变速度极快，在钢丝内部形成很大内应力导致易开裂；同时经过抓斗滑轮组的反复折弯，造成这一段钢丝绳集中断丝，进而使此段钢丝绳报废。此时必须及时对钢丝绳进行切头处理，否则会影响生产，频繁的切头直接影响桥式卸船机钢丝绳的使用寿命。

开闭钢丝绳通过抓斗导绳装置处是钢丝绳最易损坏部位。需采取措施减少抓斗开闭钢丝绳挤压摩擦发热。操作上应减少抓斗在倾斜状态下作开闭动作，包括避免抓斗倾斜状态下放置在堆场或码头上。但在散货高低不平，以及堆场散货量少或船舱清舱阶段的情况下，抓斗倾斜状态下开闭动作是不可避免的。所以要延长钢丝绳的使用寿命就必须对抓斗钢丝绳导绳装置进行技术改进。

3 新型抓斗导绳装置技术改进

3.1 导轮材质改进

新型导绳装置导轮采用耐磨材料MC尼龙。原导轮采用铸钢材质，易磨损钢丝绳。耐磨材料MC尼龙的综合机械性能远优于工程塑料，具有机械强度高、耐磨性能优越、高韧性、自润滑、耐腐蚀、抗老化、重量轻、吸音减震、无毒等特点，是替代铜和不锈钢及其他有色金属的理想材料[2]。相对于钢丝绳尼龙导轮表面质地软，在与抓斗开闭钢丝绳的结合运行中，通过最外层钢丝传递的钢丝绳压力会被尼龙轮绳槽表面吸收，尼龙材料发生弹性变形，不至于使表面圆形的钢丝因受到挤压而变为扁平状。

采用耐磨材料MC尼龙导轮后，长期运行的开闭钢丝绳表面钢丝仍能保持良好的圆形，钢丝表面线束压入尼龙绳糟表面得到很好的软保护，减少了对钢丝绳的磨擦与挤压，提高了开闭斗钢丝绳的使用寿命。但受耐磨材料MC尼龙强度局限，此改进适合小吨位抓斗使用。

3.2 导绳装置导轮形状的改进

导轮原形状为圆柱形，抓斗开闭钢丝绳和圆柱形导轮接触为线接触；新型导绳装置导轮采用腰鼓型导轮(见图1)，开闭钢丝绳和腰鼓型导轮接触为面接触，增加接触面积减小钢丝绳表面压强，减小对钢丝绳的挤压和钢丝绳压应力，可减少钢丝绳表面马氏体的形成，从而延长开闭斗钢丝绳的使用寿命。

图1 新旧抓斗导绳装置对比图

导绳装置井字孔洞大小与导轮宽度存在矛盾。原来普遍采用导轮窄的方案,见图1(a)，4个圆柱形导轮构成中间正方形的边宽度，比通过此孔钢丝绳直径宽2 mm，保证井字孔洞与所通过钢丝绳合理的配合间隙，减少钢丝绳在导轮井字孔洞内滑动摩擦。这样的方案会导致导轮宽度不够,内部轴承两侧不能安装骨架油封或挡油环，牺牲了导轮润滑性能。现在导轮两侧采用大倒角结构，一方面保证4只异形导轮构成井字孔洞与所通过钢丝绳合理的配合间隙(见图1(b)中A尺寸)，减少钢丝绳在导轮井字孔洞内滑动摩擦；另一方面增加导轮宽度，有利于在轴承两侧安装骨架油封或挡油环，提高轴承润滑性能，减少钢丝绳与导轮滚动摩擦力，从而延长开闭斗钢丝绳的使用寿命(见图1(b)中B尺寸)。

3.3 导绳装置结构改进

新型导绳装置采用双井字架结构(见图1(b))，由原有4只导轮改为8只导轮，进一步增加钢丝绳与导轮接触面积，减小钢丝绳表面压强，减轻对钢丝绳的挤压变形，降低钢丝绳钢丝表面摩擦温升，避免被淬火。有关资料推荐滑轮直径与钢丝绳直径之比为20～22.4，该卸船使用VSG40.0-0.9-26000型抓斗，原有导绳装置导轮直径(150 mm)与钢丝绳直径(40 mm)之比为3.75，与正常滑轮直径与钢丝绳直径之比相差太多，易加速钢丝绳弯曲疲劳破坏。抓斗倾斜时采用双井字架结构导绳装置，钢丝绳会同时接触2只导轮，增加钢丝绳的折弯角度，相当于增加了导轮直径，增加了滑轮直径与钢丝绳直径之比，减少了钢丝绳弯曲疲劳破坏，进一步延长了开闭斗钢丝绳的使用寿命。

4 结语

新型导绳装置采用了MC尼龙耐磨材料、腰鼓型导轮、双井字架结构，可以减少钢丝绳钢丝表面摩擦，降低钢丝绳压强，避免钢丝绳表面摩擦温升被淬火，减少钢丝绳弯曲疲劳破坏，延长钢丝绳的使用寿命。新技术还可以减少检修人员和运行人员的工作量，减少设备的非停，确保设备稳定性和安全性，具有一定的推广价值。