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鋼絲繩選擇及提高使用壽命的措施

文檔作者：趙磊文檔來(lái)源：太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月08日
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第1期(總第176期)
2013年2月
機(jī)械工程與自動(dòng)化
MECHANICAL ENGINEERING &amp;amp; AU F()MATI()N
No．1
Feb．
文章編號(hào)：1672—6413(2013)01—0187—02
鋼絲繩選擇及提高使用壽命的措施
趙磊
(太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司技術(shù)中心， 山西 太原030024)
摘要：從鋼絲繩直徑的選擇計(jì)算入手，介紹了安全系數(shù)選擇方法和C系數(shù)選擇方法；針對(duì)鋼絲繩報(bào)廢的不
同原因，探討了鋼絲繩型號(hào)選擇時(shí)需要考慮的因素以及提高鋼絲繩壽命的措施。
關(guān)鍵詞： 鋼絲繩； 直徑計(jì)算；選型；壽命 。
中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
0 引言
鋼絲繩是起重機(jī)械的重要零件之一，在起升機(jī)構(gòu)
和變幅機(jī)構(gòu)中被用作承載繩；在運(yùn)行機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
中被用作牽引繩；在桅桿起重機(jī)上被用作桅桿的張緊
繩；在纜索起重機(jī)上被用作支撐繩。起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)
鋼絲繩的選擇是否合理不但影響減速機(jī)的型號(hào)和速
比、卷簡(jiǎn)直徑和長(zhǎng)度、滑輪直徑以及起升機(jī)構(gòu)和整機(jī)的
外形尺寸，還直接影響鋼絲繩的使用壽命，甚至影響工
作的安全性。
1 鋼絲繩直徑的選擇計(jì)算
為便于計(jì)算鋼絲繩的直徑，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范提供
了安全系數(shù)法和C系數(shù)法。
1．1 安全系數(shù)法
安全系數(shù)法按與鋼絲繩所在機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)的
安全系數(shù)選擇鋼絲繩直徑，對(duì)運(yùn)動(dòng)繩和靜止繩都適用。
所選鋼絲繩的標(biāo)稱破斷拉力F0應(yīng)滿足下式：
≥ Sn。
其中：S為鋼絲繩最大工作靜拉力，N； 為安全系數(shù)。
對(duì)于吊運(yùn)危險(xiǎn)載荷的起重用鋼絲繩，一般應(yīng)選擇
比設(shè)計(jì)工作級(jí)別高一級(jí)的工作級(jí)別；對(duì)起升機(jī)構(gòu)工作
級(jí)別為M7、M8的某些冶金起重機(jī)和港口集裝箱起重
機(jī)等，在使用過(guò)程中能監(jiān)控鋼絲繩劣化損傷發(fā)展進(jìn)程，
在保證安全使用、一定壽命和及時(shí)更換鋼絲繩的前提
下，允許按稍低的工作級(jí)別選擇鋼絲繩。對(duì)冶金起重
機(jī)最低安全系數(shù)不應(yīng)小于7．1；港口集裝箱起重機(jī)主
起升鋼絲繩和小車曳引鋼絲繩的最低安全系數(shù)不應(yīng)小
于6；伸縮臂架用的鋼絲繩，安全系數(shù)不應(yīng)小于4。
1．2 C 系數(shù)法
C系數(shù)法只適用于運(yùn)動(dòng)繩，其鋼絲繩最小直徑
d i (mm )為：
d i 一C√ 。
鋼絲繩的選擇系數(shù)C，可按下式計(jì)算：
C一／ 翌
j‘k。
其中： 為標(biāo)稱捻制換算系數(shù)，即鋼絲繩標(biāo)稱破斷拉力
F。與鋼絲繩計(jì)算破斷拉力的比值； 為鋼絲的抗拉強(qiáng)
度，N／mm。；f為鋼絲填充系數(shù)，即鋼絲繩中鋼絲總橫
截面積與鋼絲繩標(biāo)稱橫截面積的比值。
起重機(jī)常用的鋼絲繩為6×19W(S)型，其纖維芯
鋼絲繩k一0．330，金屬絲繩芯(1wR)或金屬絲股芯
(IWS)鋼絲繩忌一0．356。由運(yùn)動(dòng)繩的安全系數(shù)所計(jì)
算出來(lái)的c值可由設(shè)計(jì)手冊(cè)查到。
2 選擇鋼絲繩型號(hào)時(shí)需要考慮的因素
根據(jù)不同的使用目的，鋼絲繩的構(gòu)造和捻制方法
各不相同。根據(jù)鋼絲的強(qiáng)度等級(jí)可分為1 570 N／mm2、
l 770 N／mm。、1 870 N／ram 、1 960 N／ram。、2 16O
N／mm。等級(jí)；根據(jù)捻繞次數(shù)可分為單繞繩、雙繞繩和
三繞繩；根據(jù)捻制的相互方向可分為右交互捻、左交互
捻、右同向捻和左同向捻；根據(jù)繩股內(nèi)鋼絲與鋼絲之間
的接觸狀態(tài)可分為點(diǎn)接觸繩、線接觸繩和面接觸繩；根
據(jù)股的形狀可分為圓形股、三角形股、橢圓股和扁股；
根據(jù)股的數(shù)目可分為6股繩、8股繩和18股繩等；根
據(jù)繩芯材料可分為纖維芯、金屬芯和塑膠芯；根據(jù)鋼絲
表面狀態(tài)可分為光面鋼絲繩和鍍鋅鋼絲繩。不同的構(gòu)
造具有不同的特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)所，因此除按照安
全系數(shù)法和C系數(shù)法計(jì)算出所需要的鋼絲繩直徑外，
還需綜合考慮鋼絲繩的強(qiáng)度等級(jí)、結(jié)構(gòu)型式、使用場(chǎng)所
等諸多因素，從而最終選定鋼絲繩的型號(hào)。
2．1 卷筒方向與鋼絲繩選擇
鋼絲繩的捻制方向與鋼絲繩在卷筒上的卷繞方向
應(yīng)相匹配，一般情況下右旋繩槽或者右向卷繞在光面
收稿日期：2012—06—25；修回日期：2012—09—28
作者簡(jiǎn)介：趙磊(1955一)，男．山西運(yùn)城人，工程師，本科．現(xiàn)從事起重機(jī)械設(shè)計(jì)。
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· l88 · 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2013年第l期
卷筒上時(shí)，選擇左旋鋼絲繩；左旋繩槽或者左向卷繞在
光面卷筒上時(shí)，選擇右旋鋼絲繩，如圖1所示。其中，
大拇指指示鋼絲繩固定處，適用于光面卷筒和帶繩槽
卷筒。
嘲L書(shū)R }I 夕 右捻鋼絲繩一下卷
曲 左捻鋼絲繩一下卷
右捻鋼絲繩 I 卷
左捻鋼絲繩一【 卷
圖1 卷筒方向與鋼絲繩的選擇
2．2 多層纏繞時(shí)需要考慮的因素
采用多層纏繞卷筒時(shí)，當(dāng)?shù)谝粚愉摻z繩卷繞在卷
筒上后，鋼絲繩必須跨越下層鋼絲繩，以便在卷繞第二
層鋼絲繩時(shí)提前跨越卷筒。上層鋼絲繩跨越下層鋼絲
繩的點(diǎn)就是所謂的跨越點(diǎn)，在這些點(diǎn)周圍區(qū)域內(nèi)的鋼
絲繩容易加劇磨損和擠壓。因此采用多層卷繞時(shí)在選
擇鋼絲繩的構(gòu)造形式時(shí)需要注意：鋼繩芯鋼絲繩產(chǎn)生
扭曲變形的可能性比纖維繩芯鋼絲繩小；采用壓實(shí)外
層股捻制成的鋼絲繩能明顯抗擠壓和扭曲變形；采用
塑膠繩芯和涂塑鋼絲繩能限制扭曲變形，同時(shí)能減少
環(huán)境中濕氣的進(jìn)入。
2．3 起升高度與鋼絲繩選擇
選擇鋼絲繩時(shí)應(yīng)注意鋼絲繩結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)特性。如
果鋼絲繩一端可自由旋轉(zhuǎn)(單繩纏繞)，則某些型式的
鋼絲繩不能使用，而其他型式的鋼絲繩只能用于某一
指定起升高度。
如果鋼絲繩兩端固定(固定鋼絲繩和用于多繩纏
繞系統(tǒng)的鋼絲繩)，則應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)量。在多繩纏繞布置
中扭轉(zhuǎn)量具有使滑輪組產(chǎn)生角度位移的作用，因此，應(yīng)
考慮達(dá)到與起升高度有關(guān)的足夠的鋼絲繩間距，以防
止過(guò)大的角度位移(纏繞系統(tǒng)的穿繩)。纏繞系統(tǒng)的穩(wěn)
定性與下列因素有關(guān)：① 隨著鋼絲繩纏繞部件之問(wèn)空
問(wèn)的減小而降低；② 隨鋼絲繩纏繞部件的不均勻數(shù)量
而降低；③ 隨起升高度的增加而降低；④隨鋼絲繩繩型
的扭轉(zhuǎn)量(扭轉(zhuǎn)系數(shù))的增大而降低。所選鋼絲繩繩型
的旋轉(zhuǎn)特性(旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和扭轉(zhuǎn)量)應(yīng)由鋼絲繩制造商提
供。
2．4 溫度與鋼絲繩選擇
在選擇鋼絲繩時(shí)應(yīng)注意鋼絲繩制造商關(guān)于產(chǎn)品的
安全須知和警告，特別應(yīng)注意鋼絲繩使用的極限溫度。
對(duì)于吊運(yùn)熔融金屬的鑄造起重機(jī)，應(yīng)采用符合GB
8918中金屬絲繩芯或金屬絲股芯的鋼絲繩。
3 提高鋼絲繩壽命的措施
GB／T5972({起重機(jī)用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)
范》規(guī)定了鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中充分考慮了斷
絲的性質(zhì)和數(shù)量、繩端斷絲、斷絲的局部聚集、斷絲的
增加率、繩股斷裂、繩徑減小、彈性降低、外部磨損、外
部及內(nèi)部腐蝕、變形、由于受熱或電弧的作用而引起的
損壞以及永久伸長(zhǎng)的增加率等許多因素。為提高鋼絲
繩的使用壽命，可根據(jù)導(dǎo)致鋼絲繩報(bào)廢的主要原因而
采取相應(yīng)的措施。
3．1 疲勞
鋼絲繩疲勞通常是由于鋼絲繩在拉伸載荷的作用
下反復(fù)彎曲所致，疲勞壽命主要與鋼絲繩承受的載荷、
滑輪和卷筒的直徑與鋼絲繩直徑之比、鋼絲繩抗彎曲
性能和工作循環(huán)次數(shù)等因素有關(guān)。對(duì)于以疲勞破壞為
主的鋼絲繩，可以采取以下措施來(lái)提高使用壽命：① 根
據(jù)使用場(chǎng)所合理地選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)形式和提高鋼絲
繩選型的安全系數(shù)；② 在卷繞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減
少鋼絲繩的彎折次數(shù)，彎折時(shí)，反向彎折所引起的鋼絲
繩疲勞效果為同向彎折的兩倍，所以必須盡量避免反
向彎折；⑧滑輪和卷簡(jiǎn)直徑D與鋼絲繩直徑 的比值
也影響鋼絲繩的壽命，比值越大，即選用較大的滑輪與
卷筒直徑對(duì)鋼絲繩的壽命越有利，故設(shè)計(jì)中規(guī)定了D／
所容許的最小比值；④滑輪與卷筒的材料太硬，對(duì)鋼
絲繩壽命不利，試驗(yàn)表明，以鑄鐵滑輪代替鋼滑輪能提
高鋼絲繩壽命1O ～2O 。
3．2 腐蝕
腐蝕通常伴隨疲勞一起發(fā)生，是導(dǎo)致鋼絲繩報(bào)廢
的主要原因。除了使用中處于非常干燥的工況外，總
會(huì)有得不到防護(hù)(未鍍鋅等)的鋼絲發(fā)生腐蝕的情況。
鋼絲繩在使用中應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，如定期潤(rùn)滑可以防
止銹蝕，減小鋼絲繩內(nèi)外磨損，提高其使用壽命。如果
在工作環(huán)境中存在嚴(yán)重腐蝕風(fēng)險(xiǎn)．最好采用鍍鋅鋼絲
繩。
3．3 磨損
磨損主要發(fā)生在外層鋼絲，外層鋼絲數(shù)量較少、直
徑大的鋼絲繩(如6×19 S西魯型)在抗磨損方面的工
作壽命比外層鋼絲數(shù)量多、直徑細(xì)的鋼絲繩(如6／(
36 WS瓦林吞一西魯型)長(zhǎng)。緊密捻制外層股的鋼絲繩
具有比無(wú)緊密捻制外層股的鋼絲繩更長(zhǎng)的耐磨損壽命。
3．4 壓扁
如果壓扁是造成報(bào)廢的主要原因，則推薦采用具
有鋼芯和緊密外層股的平行股密實(shí)鋼絲繩。
(下轉(zhuǎn)第19()頁(yè))
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· 19O · 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2013年第l期
閥ZC1046的開(kāi)度，使其開(kāi)度增大，調(diào)節(jié)實(shí)際流量值
F 增加；當(dāng)實(shí)際流量Fv大于最小值Fmm時(shí)，放空閥調(diào)
節(jié)器FIC1046自動(dòng)調(diào)節(jié)放空閥ZC1046，使開(kāi)度關(guān)小，
直到全關(guān)。實(shí)際流量值 計(jì)算如下：
F —K 麗· I s|P s
其中：K為常數(shù)，一般取44；d 為流量差壓；Pv為出
口壓力； 為人口溫度；P 為人口壓力。
PT 1046
1口壓力P }I(外給定) l廣1——— 負(fù)載電流輸
廠—
控DC輸S IC 1046．2] 感
低選后值
A2=晶+ ×(100一E)／100
E1
低選后值
入口導(dǎo)葉ZC1031
開(kāi)度
圖2 入口導(dǎo)葉控制示意圖
同時(shí)，放空閥調(diào)節(jié)還受出121壓力控制，Sr設(shè)定值
為Des輸出，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器輸出小于1 時(shí)，Sr設(shè)定
值增加100 kPa；當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器輸出大于5％時(shí)，S 設(shè)
定值增加0 kPa。壓力調(diào)節(jié)器輸出和流量調(diào)節(jié)器輸出
將通過(guò)高選輸出控制放空閥開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)防喘振控制。
放空閥控制示意圖如圖3所示。
3 結(jié)束語(yǔ)
萊鋼7#制氧氮壓機(jī)的防喘振系統(tǒng)工作穩(wěn)定．安
全性和可靠性高，該項(xiàng)目實(shí)施后為萊鋼熱線生產(chǎn)提供
了連續(xù)、優(yōu)質(zhì)的氣體產(chǎn)品，保證了熱線生產(chǎn)的順利進(jìn)
行，創(chuàng)造了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
f【堡DC S卸塑載堂l廣
【塑些J
PIC 1046．2
手動(dòng)／自動(dòng)
1圓 碴
± ±
f【 出PIC 1046．1
口壓力調(diào)
(Fv)吸入流量計(jì)算
gCS計(jì)算出S
●Fv
流量調(diào)節(jié)]卜I．卜 ．_1高選
放空閥ZC1046開(kāi)度
圖3 放空閥控制示意圖
參考文獻(xiàn)：
[1] 張桂香．電氣控制與PLC應(yīng)用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版
社，2003．
[2] 齊從謙．PLC技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．
[3] 王立新．模糊系統(tǒng)及模糊控制教程[M]北京：清華大學(xué)出
版社，2003．
Research and Application of Surge Proof Control for Nitrogen Compressor
MA Chun-xia，W ANG Zhen-zhong·YUAN Rong
(Automation Department of Shandong LaiSteel Group，Laiwu 271104，China)
Abstract： l'his paper describes the control functions and hardware architecture of nitrogen compressor control systcm，and elaborates
thc realization of surge proof control for nitrogen compressor by use of inlet guide vanes and vent valve．
Key words：antisurge；nitrogen compressor；inlet guide vanes；vent valve
(上接第188頁(yè))
4 結(jié)論
鋼絲繩構(gòu)造種類繁多，合理選擇鋼絲繩的直徑和
構(gòu)造形式可以大大延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，降低設(shè)備
的運(yùn)行成本。經(jīng)常定期檢查鋼絲繩的損壞情況，及時(shí)
更換達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩，是設(shè)備安全運(yùn)行的保證。
Selection of W ire Rope and M easures to Improve Service Life of W ire Rope
ZHA0 Lei
(Technology Center of Taiyuan Heavy Industry( o．，1．td．。Taiyuan 030024，China)
Abstract：Tlfis paper is mainly about the selection of the diameter of wire rope，and clearly introduces the methods of choosing the
afety factor and C coefficient．At the same time，in light of various reasons for wire rope discard．the paper explores the measures
1o improve the service life of wire rope．
Key words：wire rope；calculation of diameter；type selection；service life

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