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抗侧压稳定性对塔机起重钢丝绳性能的影响

发布时间:2020-03-23 12:12 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

塔式起重机简称塔机,主要用于房屋建筑施工中物料的输送及建筑构件的安装。国内,在城镇化、绿色化发展战略等一系列利好政策推动下,塔式起重机有了充足的应用市场:塔机技术


塔式起重机简称塔机,主要用于房屋建筑施工中物料的输送及建筑构件的安装。国内,在城镇化、绿色化发展战略等一系列利好政策推动下,塔式起重机有了充足的应用市场:塔机技术越来越趋向于智能化和绿色化。
钢丝绳是塔机不可或缺的配件之一,塔机起重钢丝绳的需求量不断增大。如何提高塔机提升用钢丝绳的使用寿命从而降低塔机使用成本,不仅钢丝绳应用者需要关注,更是值得钢丝绳生产企业深入研究的课题。

1塔机起重钢丝绳失效形式
塔机起重钢丝绳的缠绕系统如图1所示。起重钢丝绳由卷筒放出,经排绳滑轮、绕过塔顶导向轮、向下进入回转塔身重量限制器滑轮、向前绕到载重小车和吊钩滑轮组,最后将绳头通过绳夹,用轴销固定在起重臂头部的防扭装置上。
塔机起重钢丝绳具有缠绕层数多、起重高度大、起重速度快等特性。在使用过程中,其失效形式主要有磨损、疲劳、变形3种。

1.1磨损
磨损是塔机起重钢丝绳最常见的失效形式,主要分为外部磨损和内部磨损。外部磨损主要是钢丝绳与滑轮槽、卷筒壁及相邻层钢丝绳之间的磨损等,这些磨损通常会造成钢丝绳金属截面积减小、外部断丝等问题,从而减少钢丝绳的使用寿命;内部磨损主要原因是钢丝绳在使用过程中受到交变载荷的作用,使其股与股之间、丝与丝之间发生蠕动而产生摩擦及钢丝绳弯曲时内部各根钢丝相互作用产生滑移而引起的,可通过增大钢丝绳缠绕系统的直径和选择合适结构钢丝绳(如线接触或其相应的压实股钢丝绳)等来减少内部磨损。
多层缠绕钢丝绳普遍存在钢丝绳与钢丝绳间的磨损问题。当卷筒上第1层钢丝绳缠满后,受到卷筒侧板的挤压,钢丝绳从第1层上升到第2层,当钢丝绳一层一层地缠绕时,在绳与绳的接触点上比较容易发生冷作硬化,如果下层钢丝绳缠绕没有足够的张力,新缠绕的钢丝绳会将松弛的钢丝绳挤开,造成上层钢丝绳切入下层钢丝绳,这会对钢丝绳产生严重损伤。
1.2疲劳
塔机起重钢丝绳在使用过程中主要承受弯曲、拉伸、扭曲所产生的疲劳。提升钢丝绳从卷筒到吊钩组要经过过渡滑轮、重量限制器、载重小车、吊钩等6~8个滑轮,钢丝绳每绕过一个滑轮,弯曲方向都会改变,将加大外层钢丝拉压循环应力,加剧钢丝绳疲劳损伤。疲劳使钢丝绳中的钢丝产生微裂纹源,随着使用时间延长,裂纹源不断扩散、延伸,直至钢丝、股或钢丝绳断裂。
疲劳分为弯曲、拉伸、扭曲疲劳3种。弯曲疲劳主要是钢丝绳承受若干次的弯曲和缠绕,导致钢丝绳产生弯曲疲劳和韧性下降,最终导致钢丝绳断丝。当钢丝绳反复承受交变载荷时,极易产生拉伸疲劳,特别是在承受较大载荷的情况下,随着载荷的增加而引起钢丝绳的弹性伸长,反复运行情况下,当载荷超过弹性极限时,钢丝绳可能会因为拉伸疲劳而产生断裂。扭曲疲劳是由于钢丝绳(阻旋转钢丝绳除外)带有自转性,若钢丝绳端部固定不规范,则绳股会向反捻方向旋转,钢丝绳在重力的作用下自身会产生较大的扭矩,从而造成外层钢丝的拉伸疲劳和变形,可能会引起钢丝绳的扭结或吊钩的旋转。
1.3变形
钢丝绳使用过程中产生变形的原因主要是冲击、碰撞和挤压。一般除损伤钢丝外还可能会改变钢丝绳的原有形状,从而导致钢丝绳的损伤和破断。冲击产生钢丝绳变形的成因主要为塔机突然起吊重物或卸载时,钢丝绳的绳芯滑移导致部分钢丝绳股超载,使钢丝绳外层绳股松弛形成“灯笼”形状。
塔机起重钢丝绳除以上3种主要失效形式外,钢丝绳跳槽、锈蚀和维修施焊结构件时电击使钢丝绳变脆等损坏形式也偶尔发生,不予赘述。

2钢丝绳在卷筒上横向受力分析
钢丝绳缠绕在卷筒上的状态如图2所示。钢丝绳运行过程中,除了受到轴向拉力外,还受到横向压力。笔者主要分析钢丝绳在受横向压力情况下的问题,也就是钢丝绳在卷筒上受到挤压时,钢丝绳形态稳定性问题。

不同塔机生产企业对卷筒、轮槽等设计参数略有不同,通常钢丝绳卷筒绳槽半径R=(0.53~0.6)d,节距t=(1.04~1.05)d(d为钢丝绳公称直径),合理的绳槽半径和节距可有效避免钢丝绳在卷筒上“咬绳”问题。
由图2可知,层与层之间的钢丝绳在卷筒上受到4个不同方向的横向压力。以A点为例,其横向受力情况如图3所示,随着轴向载荷的增大,钢丝绳横向载荷也在增加,当横向压力驱使钢丝绳达到塑性变形时,钢丝绳由圆形向椭圆形变化或有此趋势,它的结构便发生了破坏。在这样的情况下,会引起钢丝绳相互挤压损伤、排绳不平等问题,严重影响钢丝绳使用寿命。
由此可见,钢丝绳抗侧压稳定性在多层缠绕系统中起着至关重要的作用,一方面钢丝绳在卷筒上静态受压产生变形;另一方面在导向轮、滑轮组中动态运行将加速磨损、疲劳,因此,选择优质钢丝绳、正确使用钢丝绳,让其发挥最佳使用效果,测定钢丝绳抗侧压稳定性则显得尤为重要。


3钢丝绳抗侧压稳定性测试
GB/T 8918-20061和GB/T20118-2017日等钢丝绳生产标准规定了必须对钢丝绳不松散性能、钢丝绳力学性能等进行检查与测试,但对钢丝绳抗侧压稳定性并未做出相关要求;GB/T13752-20170与GB/T3811-20080等与塔机设计相关的标准规范也没有对钢丝绳的抗侧压稳定性做出测定要求。对于钢丝绳抗侧压稳定性的测试,国内尚无相关标准可借鉴,国际标准ISO16839中有模拟测试钢丝绳在多层缠绕中受到横向压力的规定。I5016839指出出“根据经验,多层缠绕钢丝绳的横向压力p可达到60MPa。试验过程中施加的最大侧向力Fom、按式(1)计算”:
Fomk=PxdxL/1000。(1)
式(1)中:Fot.一试验时施加的最大侧向力,kN;P一压力,60MPa;d一钢丝绳的公称直径,mm;L一夹钳的长度,mm。
通过施加最大侧向力,得出钢丝绳变形情况,不同钢丝绳结构、规格,其抗侧压变形能力也不一样,钢丝绳形态稳定性可根据式(2)进行计算,V值即为钢丝绳椭圆度,试验方法如图5所示。

按照试验方法,测定了几种塔机常用捻向均为交互捻的旋转和阻旋转钢丝绳的抗侧压稳定性,测定数据见表1。不同钢丝绳生产企业,由于设计参数不同,钢丝绳抗侧压稳定性也不一样。
从表1可以看出,钢丝绳椭圆度随着侧向压力的增加而增加。在相同的规格前提下,钢丝绳结构不同,其抗侧压稳定性不同;结构规格相同条件下,压实股钢丝绳抗侧压稳定性比圆股钢丝绳的强,阻旋转钢丝绳抗侧压稳定性比旋转钢丝绳的强。


4结语
钢丝绳抗侧压稳定性即为其形态稳定性,是衡量钢丝绳在横向挤压条件下抵抗变形能力的特性。给出钢丝绳抗侧压稳定性的技术参数,能有效避免因钢丝绳选择不当造成的钢丝绳挤压变形、咬绳、排绳不平等问题,该指标不仅对塔机起重钢丝绳选择提供有力依据,而且对多层缠绕的钢丝绳均具有同样价值。起重设备制造厂家可借鉴该指标进行设计工况和科学选配钢丝绳;同时,对于多层缠绕的钢丝绳,笔者建议钢丝绳生产厂家给出其相应的检测指标,利于用户科学合理选择钢丝绳,以延长其使用寿命、降低使用成本。


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