【论文】门机热轧滑轮的选用与磨损状态检测技术的应用

滑轮是门机等起重设备上不可缺少的关键零部 件,大多位于高空,不仅易损耗,更换不方便,而且如 果滑轮选用不当或维修更换不及时,就容易引起突 发故障,造成门机长时间的故障停机。我公司对热 轧滑轮的选用以及滑轮磨损状态检测技术等进行了 大量的探索,建立了公司内部的热轧滑轮选用标准, 并引进了滑轮磨损状态专用检测工具,积极开展滑 轮磨损状态检测工作,设备管理人员能够及时掌握 滑轮绳槽磨损状况,从而有计划地实施维修更换工 作,控制了作业中滑轮的突发故障。
1热轧滑轮选用的主要技术参数
热轧滑轮选用的主要技术参数有:滑轮的槽底 直径、滑轮的卷绕直径、绳槽半径、轮毂尺寸、滑轮材 质、滑轮绳槽硬度、滑轮绳槽厚度等。其中大部分参 数由设计制造单位根据相关设计和选用标准进行设 计选用,用户在门机使用过程中关于热轧滑轮的选 用以及状态检测方面主要关注滑轮绳槽硬度、滑轮 材质以及滑轮绳槽厚度和绳槽半径等技术指标和参 数的变化情况。
2热轧滑轮绳槽硬度的选用
传统的观念认为滑轮绳槽硬度越高,滑轮使用 寿命就越长,为了延长滑轮的使用寿命,往往不断地 提高滑轮绳槽硬度,所以近年来滑轮绳槽硬度从 HB170逐步提高到HRC60。但是滑轮的耐磨性与 钢丝绳的使用寿命又是一对矛盾,合理匹配滑轮硬 度与钢丝绳规格,才能使钢丝绳与滑轮的寿命达到 最佳组合状态。研究表明,钢丝绳绕滑轮工作过程 的损伤机理十分复杂,它是绳中钢丝弯曲疲劳、钢丝 与滑轮绳槽之间的接触疲劳与滑动磨损,以及绳内、 股内钢丝之间的挤压与微动磨损等综合作用的结 果,而不是按照人们经验推知的那样一滑轮绳槽 硬度越高则钢丝绳使用寿命越短。武汉理工大学港 机实验室通过长期的实验,得出了不同绳槽硬度的 钢质滑轮耐磨性及其对钢丝绳损伤的影响规律,总 结出如下起重机滑轮一钢丝绳的最佳匹配原
则UT:
(1) 港口起重机滑轮绳槽硬度的最佳范围为 HRC28 ~ HRC35 和 HRC45 ~ HRC50o 其中:① HRC28 ~ HRC35用于钢丝绳线速度低于200 m/min、滑轮绳槽无侧向磨损的情况,如门机起重机 除了臂架头部以外的各部分导向滑轮。②HRC45 -HRC50用于钢丝绳线速度高于200 m/min或滑轮 绳槽有侧向磨损的情况,如门机臂架头部导向滑轮、 岸边集装箱起重机的各部分滑轮等。
(2) 根据我国国产钢丝绳材质和工艺水平的实 际状况,对于6股钢丝绳,应优先选用1 670 MPa强 度等级,并与HRC28 - HRC35的中硬度滑轮匹配使 用,这样可以使滑轮耐用性与钢丝绳的抗疲劳性及 使用寿命达到最佳。
(3) 对于多股不旋转钢丝绳,由于其与滑轮绳 槽的接触压力偏低,可以优先选择与HRC45 ~ HRC50的中硬度滑轮匹配使用,这样对滑轮与钢丝 绳均有利。
3热轧滑轮的选用建议
根据上述起重机滑轮一钢丝绳的最佳匹配原 则,综合考虑到目前各港口门机起升机构的工作速 度、当前各滑轮生产厂家的加工能力、滑轮绳槽的热 处理工艺以及滑轮的采购成本,我们对热轧滑轮的 选用提出如下建议:
(1) 滑轮绳槽壁厚的选择。为了延长滑轮的使 用寿命,推荐使用绳槽壁厚加厚的热轧滑轮,要求绳 槽厚度不得小于12 mm;为了减小滑轮的转动惯量, 可以在滑轮的轮辐上加工出若干对称分布的工艺 孔;滑轮绳槽两边厚度、绳槽一周的厚度应保持均 匀,偏差不得大于1 mm。
(2) 滑轮材质的选择。热轧滑轮的材质有 Q235、Q345、35钢等,从加工工艺和滑轮绳槽使用寿 命综合考虑,推荐使用35钢。
(3) 滑轮绳槽硬度的选择。综合考虑滑轮的成 本和当前生产厂家大都采用火焰淬火的热处理工 艺,推荐滑轮绳槽硬度值为HRC28 ~ HRC35。

4热轧滑轮的损坏和报废形式
滑轮工作时,绳槽与钢丝绳构成一对摩擦副。 就绳槽槽底与钢丝绳接触的工作过程来看,有钢丝 绳反复挤压引起的疲劳磨损,反复滑移引起的磨粒 磨损、微动磨损及氧化磨损、粘着磨损等多种磨损的 共同作用。研究表明,其中起主导作用的是绳槽表 面的疲劳磨损。滑轮在连续转动过程中先形成的压 痕不断被新的压痕所覆盖,这种反复的塑性变形一 方面产生了冷作硬化效应,增强了滑轮绳槽表面的 抗压强度,另一方面又导致材料塑性的劣变,使表面 逐步产生裂纹、损伤和剥落。同时,为了保证滑轮绳 槽与钢丝绳有适当的接触面积,滑轮绳槽半径Rr (0. 53 ~0.60)d(d为钢丝绳直径)。另外,门机作 业特别是抓斗作业都存在悠关和甩抓斗作业现象, 门机象鼻梁头部滑轮普遍存在较为严重的滑轮绳槽 偏磨现象。
因此通常情况下,热轧滑轮的损坏和报废形式 主要有两种:一是由于绳槽的正常磨损或偏磨导致 绳槽被磨穿;二是由于绳槽过量磨损导致绳槽变形, 严重影响钢丝绳的使用寿命而报废。
5热轧滑轮磨损状态检测工具
滑轮磨损状态检测工具分为定性检测工具和定 量检测工具两种。
定性检测工具主要是滑轮绳槽截面的标准模 板,即事先根据新滑轮绳槽形状尺寸加工标准的模 板,检测时将标准模板与滑轮绳槽状况对照,从而直 观地判断滑轮绳槽的磨损状况,判断绳槽是否存在 偏磨现象。该检测方式无法直接、准确地反映出滑 轮的壁厚情况及磨损量,模板需根据不同规格的滑 轮绳槽截面形状进行定做,相互之间不能通用。
定量检测工具主要是带计量刻度的外卡或壁厚 专用检测卡尺,卡尺的量程约为。~150 mm,测量精 度不得低于1 mm。定量检测可以测量滑轮绳槽壁 厚的具体数据,从而为滑轮的更换和报废提供准确 的决策依据,这需通过对同一•测点的多次反复测量 才能确定。
热轧滑轮绳槽磨损状态检测工具见图1、图2。
6热轧滑轮绳槽磨损状态检测技术应用
6.1滑轮检测的方法和周期
为了提高检测的有效性,滑轮壁厚磨损状态检 测应优先选择定性检测与定量检测相结合的方法。
滑轮检测周期应根据不同使用部位及壁厚磨损

图1滑轮定量检测工具


图2滑轮定性检测工具
状况进行调整(见表1)。


表1门机滑轮检测周期
6.2滑轮检测测点的确定
为确保检测结果的准确性,应采用多点检测的 方式,同一滑轮绳槽的测点应不低于6个,而且测点 应尽可能在滑轮圆周方向上均匀分布。
为提高检测数据的可比性,应尽可能在新滑轮 更换之前确定滑轮绳槽的测点位置,并做好标志和 进行编号。
6.3滑轮检测的操作要求
滑轮检测工作应由经验丰富的设备维修和管理 人员进行,检测前检测人员必须充分掌握相关标准 和要求,并能够正确使用检测工具。
检测前应先对检测工具进行检查和校核,严禁 使用损坏或检测精度不符合要求的工具进行检测。
对滑轮进行检测时,必须先将滑轮绳槽上测点 部位的油污和杂质清理干净,以保证检测结果准确。

检测时需测量测点绳槽两侧的壁厚。
6.4滑轮检测数据的处理
(1) 同一测点测得数据以最小值作为该测点最 终检测结果。
(2) 同一滑轮各个测点检测结果的最小值作为 该滑轮壁厚检测的最终检测结果。
(3) 由多个滑轮组成的滑轮组,在检测时以所 有滑轮测点检测结果的最小值作为该滑轮组壁厚检 测的最终检测结果。
(4) 每次检测完毕需对检测的数据进行整理和 统计,建立相关数据库,对检测的时间、各测点的检 测数据等进行录入,并对照历史检测结果进行分析, 探索滑轮绳槽壁厚磨损的规律,调整滑轮检测的周 期,对剩余寿命进行评价。
6.5滑轮壁厚磨损更换建议
滑轮绳槽的磨损更换建议分为推荐更换和强制 更换两种(见表2):当滑轮绳槽的壁厚达到推荐更 换标准时,应着手做好滑轮更换的准备工作,适时根据设备使用状况进行更换;当滑轮绳槽的壁厚达到 强制更换标准时,必须立即停机,对滑轮进行更换。

参考文献
[1] 蒋国仁.港口起重机械[M].大连:大连海事大学出 版社,1995.
[2] 肖常模,朱兴寿.Q235滑轮失效分析及热轧直接喷 水淬火研究[J].港-装卸,1998:(3):4-6.
[3] 陶德馨,肖汉斌,徐》长生.港口起重机钢丝绳传动件 高性能技术研究[J].港口装卸,2005(5) :5 -7.
张大国:215633,江苏省张家港市港区镇巫山路北
收稿日期:2010 -05 -17

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