GB/T 34198—2017《起重机用钢丝绳》标准探析

汪朝杰

（青岛市特种设备检验研究院 青岛 266300）

1 研究背景

在GB/T 34198—2017《起重机用钢丝绳》正式实施之前，钢丝绳的通用标准有 GB/T 20118—2006《一般用途钢丝绳》和 GB 8918—2006《重要用途钢丝绳》,其他系列标准有 GB 8903—2005（后经修订为 GB/T 8903—2018《电梯用钢丝绳》），GB 26722—2011《索道用钢丝绳》，YB/T 5196—2005《飞机操纵用钢丝绳》，YB/T 5359—2010《压实股钢丝绳》等。

目前还没有明确界定重要用途和一般用途的定义。从目前的实际情况来看，重要用途和一般用途的分类方法也是不适应行业发展需要的。GB/T 20118—2017《钢丝绳通用技术条件》由贵州钢丝绳股份有限公司负责起草，替代了GB/T 20118—2006。《船舶工程用钢丝绳系泊》《矿山起重钢索》这些专项标准将逐步取代原GB/T 8918—2006《重要用途钢丝绳》。从目前的使用状况看，通用标准涉及的范围太广泛，针对性不是很强，因为每一个行业在使用钢丝绳方面都有自己的特点和需求，将来的趋势将是使用专业标准更加合理。

钢丝绳大量用于起重机械作业的起重机构、变幅机构、牵引机构等，以及大量使用于架空索道、桅杆起重机等其他行业。这些工况中均要求钢丝绳具有良好的挠性、较强的承载力、较小的传动噪音、可靠的工作性能及持久耐受性。随着工业化生产程度逐渐提高、起重机载重量的不断加大，对钢丝绳的质量要求也越来越高，现行的钢丝绳标准已经很难适应目前行业变化需求。

2 GB/T 34198—2017《起重机用钢丝绳》带来的变化

下面只研究起重机用钢丝绳，GB/T 34198—2017主要起草单位为江苏狼山钢绳股份有限公司，该标准目前提供了起重机用钢丝绳选型、制造、验收、使用等方面的统一规范标准。

GB/T 34198—2017 的特点：

国内钢丝绳强度级差在 100 MPa 左右，欧盟相关标准使用强度级差在 200 MPa 左右，GB/T 34198—2017使用 200 MPa，这样更有利于钢丝绳的设计、制造和生产与国际接轨。这个标准的钢丝绳等级分为 1 770 级、1 960 级、2 160 MPa 级[1]。

1）工作状态多变，受力情况复杂是起重机所用钢丝绳的特点。钢丝绳的钢丝在作业时会反复产生拉伸性、弯曲性、挤压性等应力特性(钢丝绳与滑轮、卷筒等接触挤压， 钢丝与钢丝之间相互挤压)，钢丝绳在捻压时产生的残余应力，钢丝绳在作业过程中反复产生钢丝绳与钢丝绳的接触挤压(绳股与绳股的接触挤压）以及钢丝绳在绕过滑轮时，钢丝绳与轮槽的摩擦，再加上绳芯与绳芯之间的摩擦，极易使金属材料产生疲劳，最终导致钢丝绳断丝、断股，直至断裂。有试验结果显示：

（1）钢丝绳受钢丝绳弯曲半径的变化，对其寿命造成影响。这是由于钢丝轮直径减小，钢丝绳弯曲变形加剧，弯曲应力增大，从而加快了钢丝绳的磨损，引起钢丝绳的疲劳损伤，减少了钢丝绳的寿命，从而引发钢丝绳断裂[2]。

（2）断丝出现在绳端或近绳端时，表示此部位受力较大。钢丝绳断丝如果在一定区域内较为聚集且相对集中的情况下，钢丝绳应作报废处理。

2）本标准还规定了润滑脂含量，天然纤维芯和复合纤维芯绳不低于15%，合成纤维芯不低于5%，但用户另有要求的除外。GB/T 20118—2017 和GB 8918—2006 均未对绳芯中的润滑脂含量进行量化。

3）本标准提出，起重机使用的钢丝绳，由于其作业速度大、频率高，对其表面润滑脂指标要求高于NB/SH/T 0387—2014《钢丝绳用润滑脂》的规定，并增加了工作锥入度及粘附率要求，其他起重机钢丝绳用润滑脂指标不变。钢丝绳在油膜破坏的情况下，最后会出现钢丝绳在滑动旋转后断丝现象，从表面浮锈、内锈，逐渐到内外的钢丝脆化。特别是使用场所工作级别较高、工作频率频繁的起重机用钢丝绳，对润滑脂的要求更严格。润滑脂的主要作用有：

（1）减少钢丝绳与滑轮、绳内股、内钢丝之间运动产生的摩擦应力，减少断裂的机会；

（2）减少钢丝绳的绳股之间、绳芯之间因外部环境尤其是潮湿、含酸含碱环境而形成的锈蚀；

（3）增加钢丝绳的柔性，减轻钢丝绳弯曲时所受的疲劳，使负重均匀地分布到绳股上；

（4）在一定程度上缓冲钢丝绳和滑轮组、钢丝绳和卷筒之间的挤压应力和冲击。

不同状态对润滑脂效果的影响也是不容小觑。高温下容易导致润滑脂化学成分发生改变而产生化学反应，这种化学反应通常是不可逆的。高温下还容易使润滑油从体系中分离，形成分油，从而使润滑脂的性能下降而失去润滑作用。低温状态下油脂会变得更加黏稠，硬度也会提高，甚至会导致油脂流速下降而停止，润滑失效使钢丝绳的性能大大降低。所以在某些特殊环境下，对润滑脂的选用是有严格要求的。

此外，高温下对油脂要求不能流动，低温下也不能龟裂，在涂油时也要兼顾涂油方式的方便，润滑脂的品质对钢丝绳的耐疲劳、耐腐蚀影响也非常大。因此，在对起重设备钢丝绳进行润滑保养时，需要选择适当的润滑油脂，充分有效地发挥润滑的理想效果，使钢丝绳的寿命有效延长，这是需根据起重机的工作环境、工作负荷和其工作用途而定的[3]。

本标准还特别指出，为了保证每根钢丝在绳股中得到充分润滑，除了使用者另有要求外，需要在合拢点前在钢丝绳中加入润滑脂。在使用钢丝绳时，特别是钢丝绳弯曲时，每个绳股之间或每股的钢丝与钢丝之间摩擦会加剧发生，此时有效的润滑就会减少因摩擦而发生的金属磨损；另外有效润滑还可以减缓或完全停止钢丝绳受腐蚀过程，阻止或延缓电化学发生。

4）本标准更加合理、更加严格地规定了股中的制绳钢丝接头。这一标准的要求是：股中的钢丝直径在0.4 mm 以上，必须采用对焊连接；同一股中的钢丝接头间距应大于钢丝绳直径的18 倍（此条与GB/T 20118—2017 的8.3 条规定一致）。

5）对钢丝绳捻距要求，此标准提出了更为具体的规定。要求圆股钢丝绳、压实(股)钢丝绳的捻距不大于钢丝绳公称直径的7.5 倍，三角股钢丝绳和四股压实钢丝绳的捻距均不超过钢丝绳公称直径的9 倍，这是在GB/T 8918—2006 和GB/T 20118—2017 中没有的，但GB/T 8903—2018《电梯用钢丝绳》的5.2.3条有此规定。捻距对钢丝绳的影响主要有：

（1）在可比条件下，捻距较大时，由于钢丝绳的弯曲程度小，钢丝绳强度损失小，钢丝绳承载后的永久伸长和弹性伸长也较小。

（2）如果钢丝绳或股的捻距取值比较大，捻制后的钢丝会大部分处于弹性变形状态。因此当捻距值过大，绳或股处于自由状态时，绳中的股或股中的丝容易恢复到捻制前的直线状态，使股或绳松散。

（3）可挠性的好坏与捻距大小有相当密切的关系，当绳的结构和绳径相同时，捻距大的可挠性差，这主要是由于绳弯曲时，钢丝沿绳弯曲方向所具有的抗弯模量大小不同，捻距大的抗弯模量大。

（4）捻距较大的钢丝绳，其耐磨性要小于捻距小的钢丝绳。这主要由于捻距较小时，钢丝绳与卷筒或滑轮之间的接触点较多，即绳的支撑表面较大，彼此之间的接触力分布较为均匀，受挤压应力的极限值相对较小。当提升或卷扬用钢丝绳使用周期相同时，捻距较小的钢丝绳的外层钢丝相对捻距大的钢丝绳的磨损程度较轻。

（5）捻距小，可挠性好、耐磨性高。钢丝绳在承受弯曲时，钢丝绳内的应力值比较小，因此相对较大捻距的钢丝绳，钢丝绳的疲劳寿命要高一些。捻距的大小对钢丝绳的机械性能也有明显影响。所以在确定捻距的时候，要综合各方面的因素，尤其要考虑使用的具体状况及要求。

（6）对于以承受拉伸静载荷为主的拉紧、拉曳等用途的钢丝绳，应选择较大的捻距，对以承受交变应力为主的钢丝绳，如提升、卷扬用钢丝绳，经选择较小的捻距，以提高钢丝绳的可挠性、疲劳强度，并可减小卷筒、滑轮的直径尺寸。

但是过小的捻距，会造成捻制过程中的强度损失增大及钢丝绳的生产率下降，故选择钢丝绳捻距值时应考虑各种因素，尤其是要考虑钢丝绳的具体使用条件和使用要求。

6）对直径的要求，本标准规定圆股钢丝绳和压实(股)钢丝绳的直径允许偏差为 0 ～＋4%，比GB/T 20118—2006、GB/T 8918—2006 中的要求更严格，GB/T 20118—2006、GB/T 8918—2006 规定的允许偏差均是0 ～＋5%（其中GB/T 20118—2006 有钢丝绳公称直径≥8 mm 的前置条件）[4，5]。

这几个标准都规定了钢丝绳直径的偏差只有正偏差，没有负偏差。钢丝绳是由多股钢丝捻合而成的，其公称直径是指钢丝绳中心线上的直径，也是钢丝绳的重要参数之一。

钢丝绳公称直径越大，承重能力越大，但钢丝绳的重量也会因此而加重。钢丝绳的早期失效，很多是因为钢丝绳的直径较小，与卷筒或滑轮不匹配，而承受过大的弯曲和与轮槽过大的挤压应力所致。因此应尽量选择直径较大的卷筒或滑轮，对钢丝绳有效直径和绳槽匹配进行严格控制，以增加钢丝绳的使用寿命。

GB/T 3811—2008《起重机设计规范》的6.3.3.2.3条要求，滑轮、卷筒绳槽半径r与钢丝绳公称直径d的比值为r=(0.53 ～0.6)d[6]。

GB/T 29086—2012《钢丝绳 安全 使用与维护》规定：“起重机用钢丝绳槽的有效直径应控制在钢丝绳直径的 5%～10%”[7]。 这个说法是错的或者说是描述错了，应该是“起重机用钢丝绳绳槽有效直径的增加量应控制在钢丝绳直径的5%～10%”。一般把钢丝绳的直径公差最好控制在+2%～+4%的范围内较为合适。

7）在 GB/T 34198—2017 的附录 D 的系列表中可以看到，同类钢丝绳的破断拉力与钢丝绳的直径和抗拉强度有关，钢丝绳的破断拉力在不同股结构的钢丝绳中肯定存在差异，但表中给出的破断拉力值是同类钢丝绳所应达到的破断拉力的最小值，因此，只要是相同直径、相同抗拉强度的同类钢丝绳，都能达到表中规定的破断拉力。股结构不同引起的破断拉力的区别也只是在给定的最小破断拉力以上有所不同，不能小于给定的最小值。

在钢丝同一横截面上最大直径与最小直径之差为钢丝的不圆度。其值应不大于钢丝公称直径的公差之半。

钢丝表面应无锈蚀、竹节、微裂纹等影响性能的缺陷；钢丝不得散乱、扭转或呈“∞”字形。

除需方另有要求，直径大于12 mm 单层股捻钢丝绳用钢芯应为独立钢丝绳芯。

若需方无特殊要求，压实股钢丝绳用钢芯由供方确定是否为压实股钢芯，但破断拉力应满足GB/T 34198—2017 要求。

8）从GB/T 8706—2017《钢丝绳 术语、标记和分类》的3.3.2 条的“表2 普通类型的股结构代号”中的“结构类型：组合平行捻，代号：WS，股结构示例：41WS 即（1-6/8-8+8-16）”可以分析，股芯1，第1 层6 丝，第2 层8 丝，第1 层与第2 层用斜线分开说明这2 层之间是点接触，第3 层是8+8（1 粗1 细16 丝）与第2 层是瓦林吞式结构用-分开是线接触，第4 层与第3 层用-分开是线接触，这时只有西鲁式结构。37M（这里的M 就是指点接触，GB/T 8706—2017 中的表2 规定）即(1-6/12/18)首先说明这3 层钢丝用/分开，3 层之间都是点接触，各层钢丝的捻角相等，但是捻距是不一样的，基本可以说这3 层钢丝的直径是一样的，数量相差6 丝[8]。

图1 所示的2 种结构都属于WS，只是股中心丝不同。

图1 组合平行捻

3 总结

起重作业中，钢丝绳突然断裂危害巨大，轻则物毁，重者伤人。积极探索钢丝绳使用寿命延长的方法，促进安全生产水平的提高，有效保护钢丝绳，是平时工作中的重点。随着工业化生产程度的加大，起重机工作级别的提升，对起重机用钢丝绳及维护的要求越来越高。这一标准的发布规范了钢丝绳生产单位和使用单位的标准，有力地推动了起重机的安全使用水平，对起重机用钢丝绳乃至起重机行业的发展意义深远。当前，如何切实落实好这一标准各项要求，将是下一步需加快研究完善的重要课题。