起重机械选用钢丝绳基本原则

钢丝绳一般情况下都是起重使用，所以钢丝绳的破断拉力必须与起重设备相匹配，在此基础上确定钢丝绳的直径和强度级及钢丝绳结构，优先采用线接触锰系磷化涂层钢丝绳，这种钢丝绳耐磨损和耐蚀性，使用寿命超长，使用成本更低，可靠性更高。

专利技术生产的磷化涂层钢丝绳，优先采用锰系或锌锰系磷化，与光面钢丝绳生产工艺对比，只是增加了最后的耐磨磷化处理工序，制绳钢丝的耐磨性和耐蚀性大幅度提高，使用磷化钢丝直接捻制钢丝绳。目前疲劳试验数据表明，磷化涂层钢丝绳疲劳寿命是同结构光面钢丝绳的3-4倍左右（试验室可比条件下）随着对耐磨磷化配方的研究，还有大幅度提升的可能性。

钢丝绳单位使用成本可以这样计算，购买钢丝绳费用除以使用天数，即算出元/天。或者电梯钢丝绳购买费用除以使用次数。也可以用购买钢丝绳费用除以运输货物的吨数。以此数据可以比较使用那种钢丝绳更加核算。价格便宜的钢丝绳不等于使用成本低，价格贵的钢丝绳也不等于使用成本高。

钢丝绳使用寿命与疲劳寿命是正比关系，按照现在钢丝绳市场的大致价格，锰系磷化涂层钢丝绳的价格大约是光面钢丝绳的1.4-1.6倍，而使用寿命延长幅度远高于价格的增长幅度，所以，磷化涂层钢丝绳日均使用费用仅为光面钢丝绳的30-45%，使用成本更低，性价比更高。

所以，磷化涂层钢丝绳，使用寿命超长，使用成本更低，肯定全面淘汰光面钢丝绳，这是大势所趋，是钢丝绳制造技术的发展趋势。仅供参考

为避免事故发生，从技术角度分析，要注意以下几点基本要求：①.钢丝绳直径的选择；②.钢丝绳的穿插和夹固；③.钢丝绳的保养和检查；④.吊具夹角；⑤.钢丝绳的报废。针对上述要求，以最常用的6×37+1钢丝抗拉强度1700Mpa（170Kg/mm2）的麻芯钢丝绳为例，谈一谈本人的看法，供各位参考。一、钢丝绳直径的选择钢丝绳直径的选择考虑的问题很多，主要是工作环境、工作级别，以及与之配套的滑轮直径、轮槽尺寸和卷筒直径等，通常来说，其它条件一定时，工作级别是决定钢丝绳直径大小的重点，应按照工作级别选定钢丝绳的安全系数，工作级别越高，其安全系数的取值相应增加。对于建筑工地，许多是定型产品，如塔吊、井架提升机等使用的钢丝绳，都是经过设计验算后采用的，此处不再叙述，但吊具、缆风用的钢丝绳则随意性较大，有时会发生吊物重量估计不准的问题，考虑到建筑工地起重专业技术人员较少和缺乏相应的工具书的情况，以单索绳为例，建议安全系数取6倍。这里有一个经验法：单索钢丝绳承载允许值S：S=F/6F——钢丝绳的破断拉力：NF≈500d2d——钢丝绳直径：mm用于缆风绳，绳径的选择并无明确规定，选用时应根据高度来综合考虑，建筑工地使用最多的是12.5mm、15mm两种，使用前要先保养，日后的保养要相对困难许多。对于吊具用钢丝绳，经验丰富的起重工通常采用一种极为简便的方法选择钢丝绳，此文不妨介绍一下，供大家参考：单索：S1=d2/10d——钢丝绳直径，英制英分S1——钢丝绳承载允许值，吨如直径为12.5mm即4分绳，即可认为单索可以起吊42/10=1.6T，在合理的夹角范围内，四个吊点情况下，总起重量不应大于6.4T为宜。二、钢丝绳的穿插和夹固实际使用中，钢丝绳搭接的情况十分少见，但穿插和夹固就较普遍，采用穿插时应由专业人员来完成，否则还是用夹固更为安全方便。相比之下，建筑工地使用较多的是用夹头夹固，如缆风绳、吊索等，但夹头不应少于3个，夹固时，夹头的开口方向应一致，夹头大小应根据钢丝绳直径来选定，不宜过大、过小。同时紧固力也有一定的要求，不要认为越紧越好，一般以扳手紧固，手感为准，不得使用加力杆。夹头的间距有一定的要求，绳径增加间距加大，但最小间距不得小于100mm。　三、钢丝绳的保养和检查钢丝绳在使用过程中，绳径会减小，一方面是磨损产生，另一方面是受力后的缩径，如何正确处理这一问题，是许多单位的一个难题，本人认为，使用中的钢丝绳应定期检查，特别是工作段，尤其是发现断丝时更应特别引起高度重视，但平时的保养工作也特别重要。多数单位对钢丝绳从不保养，这将大大降低其使用寿命。为提高钢丝绳的使用寿命，日常保养十分重要，不应让钢丝绳的外表干涩，定期或不定期的涂抹润滑油。对于暂不使用的钢丝绳，在收藏前，加抹润滑油后入库。用作保养用的润滑油，采用普通黄油即可，没有必要特别高级，但废机油最好不要使用，因其中有金属粉末会加剧钢丝绳及其它零件的磨损。四、吊具夹角吊具在建筑工地上使用最多的是两吊点起吊，四吊点用得相对较少，目前大家通常采用的吊具夹角一般不大于60°（此值为吊钩下的吊索夹角）。特别强调，这一说法是经验数，仅供参考。五、钢丝绳的报废考虑到建筑工地的实际情况，钢丝绳的报废也要因具体情况而定，一般出现下列情况下应立即报废：①.绳芯断裂；②.整股断丝；③.磨损严重，当钢丝绳在受力情况下，其直径小于等于其公称直径的93%时，即使未发现断丝等其他情况也应报废；④.钢丝绳在许多资料里都列有一捻距内的断丝数量来确定报废标准，发现断丝的情况钢丝绳是否报废，应请相关专业人员来鉴定。钢丝绳的报废是一个十分复杂的问题，报废太早是浪费，迟了又是重大安全隐患，在施工单位无法确定是否真正达到报废时，宜早不宜迟，更换下来的钢丝绳征询相关专业人员的意见后可视具体情况另作安排，可以做到物尽其用，不会造成太大的浪费。

钢丝绳是旋挖钻机施工中不可缺少的零件之一。钢丝绳使用中工况复杂多变，很多情况下，钢丝绳会出现早期报废。以下是关于钢丝绳使用的主意事项，希望大家做到优绳善用，获得最大收益。

1、钢丝绳解卷以及安装时，应采用正确的方法，以防止钢丝绳扭结。另外还要注意不要使钢丝绳表面沾上沙土，以免加剧磨损，影响到钢丝绳的使用寿命。

2、整卷钢丝绳使用时如需要截断，端部应按照图3或图4绑扎或熔断处理。

3、必须安装绳卡时，应按照图5的方法固定。绳卡间距为5-6倍钢丝绳直径。

4、钢丝绳捻向选择应使在卷筒最底层钢丝绳缠绕方式符合图6。

5、钢丝绳在卷筒上缠绕时应排列整齐，不可乱绕，否则将造成钢丝绳工作中产生严重挤咬及压伤，影响钢丝绳使用寿命。

6、新绳使用初期必须在轻载下“磨合”。这样可提高钢丝绳使用寿命。使用中也应避免过大的冲击载荷对钢丝绳造成损伤。

7、使用中应特别注意在下钻过程中准确计算距离，不得过度放绳，防止钢丝绳在松弛状态下交绕而导致结构破坏使整根钢丝绳报废。如图8。

8、对于多层缠绕的设备，钢丝绳在使用中发生“咬绳”是不可避免的。建议在使用中对“咬绳”部位经常检查，并加强润滑，或者定期“窜绳”切断，错开“咬绳”部位。

9、钢丝绳在投入使用后，性能将逐步降低。所以，新绳在使用一段时间后应经常检查钢丝绳易出现损坏的部位，如钢丝绳发生“咬绳”的部位、卷筒下层钢丝绳、发生剧烈冲击时通过滑轮处钢丝绳和进出卷筒钢丝绳部位等，通过经常检查为合理、安全使用钢丝绳提供依据。

10、断丝处理

当钢丝绳出现断丝仍需进行使用时，应将断丝及时处理（见图10和图11）。可以用钢丝钳夹住断丝头部，前后反复弯折至钢丝断掉。经过这样处理，钢丝断头将被夹紧在股绳之间，不会对钢丝绳使用造成危害。当一个捻距内断丝数量达到外层钢丝总数10%时，钢丝绳必须更换。

11、建议

由于旋挖钻机钢丝绳工作方式属于单绳起重，即钢丝绳在工作中存在自由旋转端，基于安全性和操作便利性考虑，在选购钢丝绳时应优先采用抗旋转钢丝绳

新钢丝绳不要立即高速、重载下直接使用，而要在低速、中载条件下运行一段时间，使新绳适应使用状态后，再逐步提高钢丝绳运行速度和加大提升载荷，即新钢丝绳在进行高速、重负荷作业前必须经过初期磨合阶段。严禁钢丝绳跳槽钢丝绳和滑轮配合使用时，必须注意防止钢丝绳从轮槽中跳出。如果钢丝绳脱落了轮槽后还在继续使用，钢丝绳将会产生挤压变形、扭结、断丝、断股，严重缩短钢丝绳的使用寿命，如果发生断绳现象，往往会带来灾难性的后果。严禁钢丝绳挤压变形钢丝绳在使用时不能受到强烈挤压，以免钢丝绳变形，导致结构破坏而出现早期断丝(这时钢丝表层将出现马氏体这一脆性层组织)、断股甚至断绳，显著降低钢丝绳使用寿命并危及作业安全。严禁钢丝绳高速运行时和其它物体摩擦钢丝绳在高速运行时，应避免其与非匹配轮槽外的其它物体发生摩擦。

因为在高速情况下，钢丝绳与这些物体相互运行时所产生的瞬间摩擦热，可导致钢丝表层出现马氏体组织，而这种组织上的变化虽然无法通过肉眼辨别，然而却是引起钢丝早期断裂的主要原因。严禁钢丝绳散乱缠绕钢丝绳在卷筒上缠绕时，应尽可能排列整齐。如果散乱缠绕，则钢丝绳在工作时由于相互挤压也会出现导致钢丝绳结构破坏，产生早期断丝，直接影响钢丝绳使用寿命。严禁钢丝绳过载使用钢丝绳如果过载使用，则将急速加剧其被挤压变形的程度，内部钢丝之间及外部钢丝与匹配轮槽之间的磨损程度，对作业安全性带来严重危害，同时缩短滑轮使用寿命。

首先，依据钢丝绳需要承载力的大小以及安全系数，确定钢丝绳最低破断拉力，再依据破断拉力大小与抗拉强度确定钢丝绳的直径与结构，考虑钢丝绳使用环境，腐蚀环境选择镀锌钢丝绳或不锈钢钢丝绳，大气环境中使用锰系磷化耐磨涂层钢丝绳，钢丝表面有锰系磷化膜15-40克/平米，疲劳寿命极长，是各种光面钢丝绳的升级换代产品，使用寿命更长久，单位使用成本更低廉。

假设吊运物体的最大重量是10吨，货物起重时的安全系数一般情况下取6，所以钢丝绳的最低破断拉力必须高于60吨，在GB8918-2006国家标准中查找符合最低破断拉力要求的钢丝绳直径和强度级，6*36WS结构，32mm直径，1670MPa强度级，钢芯，最低破断拉力609KN，约62吨，即便是单绳起吊也能满足要求，按此原理再结合滑轮组数目等选用钢丝绳，滑轮组数目越多，钢丝绳承受的应力越小，可以选用小直径钢丝绳。

钢丝绳主要品种，依据实际使用工况进行选用：

1.磷化涂层钢丝绳（中国专利），经锰系或锌锰系磷化处理，钢丝表面耐磨、耐蚀能力全面提升，润滑脂渗入磷化膜孔隙起到异常优异的减摩效果，有效抑制微动磨损的发生，是光面钢丝绳的升级换代产品，大气环境中使用寿命远远超越同结构光面钢丝绳，包括进口钢丝绳（目前磷化绳疲劳寿命是光面绳2-3倍左右，可通过疲劳试验对比疲劳寿命长短，以后随着对耐磨磷化液的深入研究，可能还可以大幅度提高使用寿命。磷化膜3-60克/米2，钢丝磷化后不进行拉拔加工，直接捻制钢丝绳，注意：不能将拉拔用锌系磷化与制绳钢丝锰系磷化混淆）。该项技术适用于多种钢丝绳生产，如电梯钢丝绳、重要用途钢丝绳、矿山钢丝绳、阻旋转钢丝绳、采油开采用钢丝绳、打桩机用钢丝绳等（百度文库有磷化涂层钢丝绳论文免费下载）。

2.镀锌钢丝绳，包括热镀锌和电镀锌两种，直升式热镀锌钢丝锌层较厚，锌层越厚则防腐蚀能力越强使用时间越长，电镀锌较薄。在水中使用，应选用热镀锌钢丝绳。由于磷化涂层具有一定的防腐蚀性能，锰系磷化涂层钢丝绳可以代替部分品种的薄锌层镀锌钢丝绳使用，如大气环境但空气潮湿的高温环境。

3.不锈钢丝绳，使用不锈钢丝捻制的钢丝绳，如304或316不锈钢，耐蚀性能高于热镀锌碳素钢丝绳，价格相对昂贵，对不锈钢丝进行锰系磷化涂层处理（不锈钢丝磷化需要特殊磷化配方），同样可以大幅度延长使用寿命。

4.涂塑钢丝绳，在碳素或镀锌钢丝绳基础上，在钢绳或股绳外层涂敷聚乙烯、聚丙烯。

5.光面钢丝绳，英国1834年开始生产，国内1939年天津第一钢丝绳厂开始生产（2005年破产），随着磷化涂层钢丝绳大批量进入市场，将被磷化涂层钢丝绳全面淘汰。

一、钢丝绳夹的注意事项：

1 U型螺栓扣在钢丝绳的尾端上（短头）。绳夹不得在钢丝绳上交替布置。

2 每一连接处所需绳夹的数量，应符合规定要求。

3 钢丝绳夹间的距离应为钢丝绳直径的6~7倍。

4 绳夹紧固是，以短头绳压扁约1/3为宜。

5 绳夹在实际使用中，受载一次后，应作检查，离套环最远处的绳夹不得首先单独紧固。

6 短头钢丝绳尾端应留出140mm长幅度。

7 选用夹头时，应使其U形环的内侧净距比钢丝绳直径大1~3mm。

8 上夹头时一定要将螺栓拧紧，直到绳被压扁1/3~1/4直径时为止，并在绳受力后，再将夹头螺栓拧紧一次，以保证接头牢固可靠。

9 夹头要一顺排列，U形部分与绳头接触，不能与主绳接触。

10 为了便于检查接头是否可靠和发现钢丝绳是否滑动，可在最后一个夹头后面大约500mm处在安一个夹头，并将绳头放出一个“安全弯”。

二、卸扣的注意事项：

1、U型环变形或销子螺纹损坏不得使用。

2、不得横向受力。

3、销子不能扣在能活动的索具内。

4、不得处于吊件的转角处。

5、应按标记的额定负荷使用，严禁超负荷使用。

钢丝绳的构造  由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量的一层或多层股捻绕成螺旋状。钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形(或异形)丝材，具有很高的强度(抗拉强度为1 400～2 000MPa)、韧性(根据耐弯折次数分为特级、Ⅰ级、Ⅱ级)，并根据使用条件不同可对钢丝表面进行防腐处理(一般场合可用光面钢丝，在腐蚀条件下可用镀锌钢丝，分甲、乙、丙三级)。绳芯采用有机纤维(如麻、棉)、合成纤维、石棉芯(高温条件)或软金属等材料，用来增加钢丝绳的弹性和韧性，储油润滑钢丝，减轻摩擦。   钢丝绳的类型  起重机用钢丝绳采用双捻多股圆钢丝绳。   (1)按捻制特性分为以下几种(图1)

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图1  钢丝绳的类型

1)点接触钢丝绳(也称普通钢丝绳图1a)。采用等直径钢丝捻制，由于各层钢丝的捻距不等，各层钢丝与钢丝之间形成点接触。受载时钢丝的接触应力很高，容易磨损、折断，寿命较低。优点是制造工艺简单、价廉。常作为起重作业的捆绑吊索，起重机的工作机构也有采用。

2)线接触钢丝绳(图1b、c、d)。采用直径不等的钢丝捻制，将内外层钢丝适当配制，使不同层钢丝与钢丝之间形成线接触。这样，在受载时钢丝的接触应力降低。线接触钢丝绳承载力高、挠性好、寿命较长，常用有瓦林吞型(粗细式W，图1b)，西鲁型(外粗型X，图1c)，填充型(密集型T，图1d)等。《起重机设计规范》推荐使用，在起重机的工作机构中得到广泛应用。

3)面接触钢丝绳(也称密封钢丝绳，图1e)。通常以圆钢丝为股芯，最外一层或几层采用异形断面的钢丝，用挤压方法绕制而成。其特点是，表面光滑、挠性好、强度高、耐腐蚀，但制造工艺复杂，价高，起重机上很少使用。缆索起重机和架空索道的承载索必须采用。    (2)按钢丝绳由丝捻成股的方向，与由股捻成绳的方向可分以下几种

1)交互捻钢丝绳(也称交绕)。丝捻成股与股捻成绳的方向相反，由于股与绳的捻向相反(图2a、b)，使用中不易扭转和松散，在起重机上广泛使用。

2)同向捻钢丝绳(也称顺绕)。丝捻成股与股捻成绳的方向相同(图2c、d)，挠性和寿命都较交互捻绳要好，但因其易扭转、松散，所以只用作牵引绳。

3)不扭转钢丝绳。这种钢丝绳在设计时，使股与绳的扭转力矩相等，方向相反，克服了在使用中的扭转现象，在起升高度较大的起重机上已有使用，并越来越受到重视。

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图2  钢丝绳的捻向

钢丝绳的选用  要满足足够的承载能力和寿命要求。  

(1)钢丝绳的计算，采用安全系数法，按工作状态下的最大静拉力计算，公式为：

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式中  F0——钢丝计算破断拉力总和(查钢丝绳性能表)；  

Fmax——作用在钢丝绳上的最大拉力；  

——钢丝绳捻制损失系数(查钢丝绳性能表)；    

n——安全系数，根据工作机构的工作级别(见表1)或用途(见表2)确定。

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注：对于吊运危险物品的起升用钢丝绳一般应选用比设计工作级别高一级的工作级别的安全系数。

(2)钢丝绳的寿命。提高钢丝绳寿命，应在卷绕系统的设计上给予注意。配套使用的滑轮和卷筒的直径与钢丝绳的直径比D／d，对钢丝绳寿命影响很大，不得低于设计规范规定的值；滑轮和卷筒应选用铸铁的材料制造，防止由于材料太硬使钢丝绳损伤；应尽量减少钢丝绳弯折次数，避免反向弯折。在使用中加强对钢丝绳的保养和维护。

钢丝绳的使用和维护  

(1)使用检验合格的产品，保证其机械性能和规格符合设计要求，不使用报废钢丝绳。

(2)保证足够的安全系数，必要时，要做受力计算。

(3)起升、变幅机构不得使用编结接长的钢丝绳。  

(4)取物装置处于任何位置，卷筒上必须保留2～3圈的安全圈。

(5)使用中避免两钢丝绳的交叉、叠压受力，防止打结、扭曲、过度弯曲和划磨。  

(6)保持钢丝绳表面清洁和良好的润滑状态。  

(7)坚持每个作业班次对钢丝绳的检查(包括不易看到和不易接近的部位)。

钢丝绳的连接与固定  应与使用要求相符，并达到相应的强度和安全要求。

(1)绳卡连接

1)连接强度不小于钢丝绳破断拉力的85％。

2)绳卡数量根据钢丝绳直径满足要求(见表3)。

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3)绳卡压板应在钢丝绳长头一边；绳卡间距不应小于钢丝绳直径的6倍。

(2)编结连接  

1)连接强度不小于钢丝绳破断拉力的75％。  

2)编结长度不应小于钢丝绳直径的15倍，并不应小于300mm。

(3)其他连接：用楔块楔套、锥形套浇铸法和铝合金套压缩法等的连接，应满足相应的工艺要求，且连接强度应达到钢丝绳的破断拉力。  

钢丝绳的报废

钢丝绳在使用过程中，因强大的拉应力、反复弯折和挤压造成的金属疲劳、由于运动引起的磨损等，使用一段时间后，会出现钢丝绳缺陷，表现在断丝、锈蚀磨损、变形等方面。一般情况下，钢丝绳的破坏首先发生在外层钢丝上。有下列情况之一，则予以报废。   (1)断丝与磨损指标    1)断丝的数达到表4的数值时。

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注：表中断丝数是指细钢丝，粗钢丝每根相当于1．7根细钢丝。

2)钢丝绳锈蚀或磨损时，应将表4断丝数按表5折减，并按折减后的断丝数报废。

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3)吊运炽热金属或危险晶的钢丝绳的报废断丝数，取一般起重机钢丝绳报废断丝数的一半，其中包括钢丝表面磨蚀进行的折减。

4)绳端部断丝。当绳端或其附近出现断丝，即使数量少，如果绳长允许，应将断丝部位切去，重新安装。

5)断丝的局部聚集程度。如果断丝聚集在小于一个节距的绳长内，或集中在任一绳股里，即使断丝数比上面表所列数值少，也应予以报废。

6)断丝的增长率。当断丝数逐渐增加，其时间间隔趋短，应认真检查并记录断丝增长情况，判明规律，确定报废日期。

7)钢丝绳某一绳股整股断裂。、 8)磨损。当外层钢丝磨损达40％，或由于磨损引起钢丝绳直径减小7％。

9)腐蚀。当钢丝表面出现腐蚀深坑，或由于绳股生锈引起的绳径增加或减小。

(2)绳芯损坏。由于绳芯损坏引起绳径显著减小、绳芯外露、绳芯挤出。

(3)弹性降低。一般伴随有下述现象：绳径减小、绳节距伸长、钢丝或绳股

之间空隙减小、绳股凹处出现细微褐色粉末、钢丝绳明显不易弯曲。

(4)变形。钢丝绳失去正常形状产生可见畸变，从外观上看可分为以下几种：波浪形、笼形畸变、绳股挤出、钢丝挤出、绳径局部增大、扭结、局部被压扁、弯折。

(5)过热。受到电弧打击、过烧，或外表出现可识别的颜色改变等。