1、内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文题 目： 分析钢丝绳的损伤及缺陷的形式学生姓名： 彭佳宇学 号： 1176805540专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 机 2011-5 班指导教师： 尹明老师分析钢丝绳的损伤及缺陷的形式彭佳宇摘 要：钢丝绳的损伤和缺陷致使钢丝绳断裂，所以我们研究其主要断裂原因和分析断裂过程，并对钢丝绳由于这些损伤所造成的断裂，进行很好的保养和基本维护。关键词：钢丝绳；断裂；损伤Analysis of the damage and defective wire rope methodpengjiayuInner Mongolia University of Scie
2、nce and Technology Institute of Mechanical Engineering design and manufacture of machinery and automation 06-1-class 0604103128Abstractwire rope and the damage caused defects rope fracture is very important, so we study and analysis of its main fault, and wire rope due to damage caused by these faul
3、ts, good maintenance and basic maintenance. Key words: rope, fracture, damage1、绪论钢丝绳使用的安全性是人们长期以来一直关心的问题，因钢丝绳的损伤或破断而产生的重大事故时有发生。为了确保使用中钢丝绳的安全运行，掌握钢丝绳的损伤规律及防治方法很有必要。就起重机上使用的钢丝绳而言，规格品种繁多、使用千差万别，但一般随着使用时间的持续，都会出现损伤现象。归纳起主要损伤现象有以下六种，即：磨损、疲劳、锈蚀、变形、咬绳、过载。磨损钢丝绳在操作时与其它物体接触并有相对运动，产生摩擦。在机械的、物理的和化学的作用 下，钢丝绳的表面
4、也不断磨损。磨损是钢丝绳最常见的损伤方式，一般分为外部磨损、变形磨损和内部磨损三种情况。疲劳钢丝绳在使用过程中主要承受弯曲疲劳和拉伸、扭曲、振动引起 的疲劳。锈蚀钢丝绳一般在露天使用，日晒雨淋会使钢丝绳腐蚀，尤其是在有害气体与恶劣环境下使用的钢丝绳，腐蚀造成的损伤就更严重。变形很多断绳事故是因为钢丝绳事先受到过变形损伤而没有引起人们的足够重现，结果酿成大祸。咬绳钢丝绳咬绳损伤现象一般发生在多层卷绕的起重机卷筒上，有槽双层卷绕的起重卷筒更甚。过载钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长，当载荷超过弹性极限时，钢丝绳就可能断裂。2.分析钢丝绳的损伤找出钢丝绳失效的原因要做大量非常复杂的检测工作，正如 R
5、oland Verreet 和Isabel Ridge 博士在他们系列文章第一部分所说的那样，它涉及生与死的问题。 如果你读过关于夏洛克福尔摩斯侦探的小说，你一定对以下场景并不陌生：一具尸体躺在地板上，是谋杀还是自杀?如果是谋杀，谁是凶手?作案动机是什么?作案手段又是什么?夏洛克福尔摩斯拿出他的放大镜，在房间内仔细地寻找看似不重要或毫无关联的线索，然后一定会给出一个出乎意料的和毫无疑问的答案。 钢丝绳的检测和福尔摩斯的侦察有许多相似的地方。一根钢丝绳断了，造成了很大的损失。钢丝绳的用户，也许还有法庭的法官要弄清除它是被“谋杀”(外部因素)的还是“自杀”（如由于多层缠绕造成）的。首先，他们要搞清
6、楚这件事是如何发生的和为什么会发生（好奇心也是一个理由）。其次，要给出造成钢丝绳破断的原因，以防止将来发生类似的事故。第三，是经济方面的原因，因为钢丝绳的破断一定会造成巨大的损失，必须有人为此买单。 检测工作不一定只是针对破断的钢丝绳，分析报废的钢丝绳也可以得到许多有用的信息，如起重机的状况、运行方式、钢丝绳的状况等。通过分析这些信息，有经验的检查员会对起重机或钢丝绳的设计提出合理的建议，或改善维修方法及提高安全性的建议。 检测钢丝绳所用的工具要比福尔摩斯用的工具复杂些。检查指纹的粉末被换成了槽纹规、数字卡尺、加速表、角度计、数码照相机和笔记本电脑，放大镜则换成了电子扫描显微镜。 造成钢丝绳失
7、效的原因有很多，本文和以后的文章中将逐一做简单的说明。 2.1 机械磨损机械磨损是由于机械的研磨使钢丝绳的材料被切削下来的磨损。机械磨损可以通过润滑钢丝绳和多层缠绕的卷筒以及选择合适的钢丝绳类型降低例如选择同向捻钢丝绳和外层为压实股的钢丝绳。表面经过锻打的钢丝绳可靠性特别高。 由于同滑轮、卷筒和相邻绳股的接触，钢丝绳在使用初期直径减小得非常快。随着磨损的增加，钢丝绳表面的接触面将会加大。钢丝绳直径减小的速度会放慢。只要由于磨损造成直径减小的速度比疲劳裂纹传播的速度快，钢丝绳就不会产生疲劳破坏。直径减小的速度放慢后，钢丝绳就会产生疲劳破坏。 不要将机械磨损和塑性磨损混淆起来。塑性磨损是材料的变形
8、或位移(没有或只有很少材料损失)。2.2 弯曲疲劳破断 钢丝绳的弯曲疲劳产生于绳股缠绕滑轮时或接触和脱离单层卷筒时。疲劳裂纹一般出现在外层钢丝与滑轮或卷筒表面的接触点上或钢丝之间的交叉点上。随着弯曲次数的增加，裂纹逐渐扩展最后钢丝沿与其轴线垂直的平面断裂。 疲劳断裂经常发生在弯曲的内侧面（临滑轮接触的点)上，很少发生在弯曲的外侧面(弯曲应力量高的点）上。钢丝绳的抗疲劳强度随着外层钢丝数量的增加和钢丝直径的减小而增加所以抗疲劳强度是随钢丝绳的磨损情况而变化的。钢丝绳的耐用程度也是随着滑轮或卷筒直径的加大、或单绳拉力的减少而增加。 磨损和腐蚀会加快裂纹的形成和扩展的速度。所以，具有良好润滑的钢丝绳
9、和使用中定期润滑钢丝绳会降低绳股之间的摩擦，因而提高钢丝绳的抗疲劳强度。 腐蚀是金属和氧发生反应造成的。钢丝绳的腐蚀分为两类：一类是空气造成的腐蚀(呈现出均匀的铁锈)；另一类是局部的腐蚀，如孔蚀(表面涂层损坏和脱落的地方出现深坑)。 受到腐蚀的钢丝绳强度和柔韧度都会降低，受到腐蚀的表面将产生疲劳裂纹。如果这些地方局部应力较高会使裂纹加速扩展。这种现象被称为应力腐蚀。 被腐蚀的金属量是氧气能够侵蚀到的面积的函数。钢丝绳的表面积是同直径钢柱表面积的 16 倍，所以受到腐蚀的速度相对较快。 减少暴露的表面积可以减少腐蚀量，如通过钢丝绳的镀锌或厚镀锌能做到这一点。钢丝绳的钢芯可以通过涂塑来保护，内部和
10、外部的润滑同样可以减少或防止腐蚀发生。钢丝受到腐蚀时会膨胀，所以，钢丝绳用过一段时间后如果直径加大，则意味着其内部有腐蚀发生。静止的钢丝绳(如悬挂用的钢丝绳或跨在鞍座上或平衡滑轮上的那段钢丝绳)比运动的钢丝绳更容易被腐蚀。 2.3 拉力破断当轴向载荷超过钢丝的破断载荷时，钢丝会发生破断。拉力破断一般伴随有破断处的钢丝延展和直径减小形成一个典型的“杯锥状”断口。 每一根钢丝绳的破断都会伴有部分数量钢丝的拉力破断。钢丝的拉力破断并不表明钢丝绳的破断是由于超载造成的。钢丝绳的强度也许由于长时间的疲劳断裂已经被削弱，没有断裂的钢丝再也承受不住载荷的力量，因而发生拉力破断。 只有当拉力破断和剪力共同作用
11、的有效金属断面大大超过钢丝绳金属截面的 50时，才会出现钢丝绳由于超载而发生的破断。 2.4 剪力破断剪力破断是大轴向载荷和垂直于钢丝轴向的压力共同作用下造成的，破断面与钢丝的轴线呈 45角。钢丝受到剪力时在比纯拉力破断低很多的拉力作用下就会发生破断。 如果钢丝绳由于超载而断裂，很大百分比的钢丝破断是剪力破断。这是由于在大轴向载荷的作用下，钢丝绳的直径将减小，相互交叉的钢丝受到挤压。 如果钢丝绳由于跳出滑轮或卡住而发生破断，大部分钢丝将呈现出典型的 45角的断面。 剪力破断时，断面看上去相当平滑，断面边缘直径有一点减小，缩口同拉力延展造成的杯锥状断钢口相比也要小的多。钢丝的剪力破断大都伴有磨损
12、、塑性变形或疲劳破坏。 3.结论对起重机上使用的钢丝绳应注意的有：钢丝绳不允许有打结的地方；绳股不许凸出或过于扭转；钢丝绳表面磨损和腐蚀或断丝均不许超过规定标准；钢丝绳在绳槽中的卷绕要正确；钢丝绳端头在卷筒上固定要牢靠；钢丝绳要保持清洁，润滑良好；不要超过负荷使用钢丝绳；工作中尽可能不使钢丝绳受到突然的冲击作用；钢丝绳与平衡滑轮之间不许有滑动显现存在；钢丝绳与平衡滑轮固定架之间不许发生摩擦或产生卡死现象；在高温环境工作的钢丝绳，须有隔热装置；新更换的钢丝绳，必须经过动负荷试验后才允许使用；对钢丝绳每隔 7-10 天应检查一次，如已有磨损或断丝的现象出现，但还未达到报废标准中规定的数值时，许每隔 2-3 天检查一次。所以钢丝绳工作时要对其有良好的润滑，对工作钢丝绳不能超负荷使用，防止断裂造成事故，应尽可能的减少钢丝绳的冲击。通过以上六种损伤对钢丝绳做好更好的保护，同时对其缺陷进行更好的预防。参考文献1朱世义 编 桥式通用起重机使用和维护M 黑龙江科学技术出版社 19832谷士强 编 冶金机械安装与维护M，北京：冶金工业出版社，20063上网下载、查阅
