港口轮胎起重机对滑轮的使用要求

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（天津港机械设备租赁有限公司，天津 300456）

摘 要：（1）选择较高硬度的材料提高滑轮的使用周期。（2）硬度相对较高钢制滑轮的耐磨程度，以及其钢丝使用寿命的影响条件。（3）尽可能是滑轮的使用强度得到提升，以保证起重机的安全使用。

关键词：起重机;滑轮;使用周期

在起重机械运行过程中，钢丝绳转动是比较传统的转动方式，具有使用时间长、安全性能好、可靠程度高等优势，在起重机整体运转过程中，钢丝绳转动的作用举足轻重。提高钢丝绳传动性能的重要途径之一，是提高滑轮的品质，使得滑轮具有高的耐磨性、高的轮缘强度和高的运动精度。在钢丝绳转动的过程中，对转动力与载荷起到承受作用的便是滑轮，而且滑轮还能够使力的方向发生改变，是整个运转系统的最基本的部件之一，在起重机械中存在的数量很多，且普遍位于高空位置，如果出现破损，更换难度较大，不仅如此，滑轮还是确保起重机安全使用的重要部件。因此研究与改进的主要目标是提高滑轮的耐磨性和提高安全使用周期。近年来，根据港口起重机国际市场的需求，某些公司提出“不更换滑轮”的理念，采用高硬度钢质滑轮，以此改变了滑轮作为易损部件的性质。为此，针对滑轮材料与硬度的不同，工作过程中搭配不同材质的钢丝绳会产生不用程度的疲劳磨损，本文针对这一问题进行系统分析，从而合理匹配钢丝绳和滑轮，处理好两者在耐磨性方面的矛盾对设备用户具有重要意义。

1 钢质滑轮的磨损机理与耐磨性比较研究

在滑轮进行工作的过程中，最主要的一对摩擦附件便是绳槽与钢丝绳，两者相接触地方的接触状态、运动关系、应力强度、金相组织结构、材料特性等都会影响它们之间磨损的速度。钢丝绳绕过滑轮过程中，起方向引导作用的部位主要是滑轮侧壁，同时，它还能够保证钢丝绳可以在绳槽内顺利运动，避免发生脱轮现象，另外，位于绳槽底部的接触面呈圆弧曲面，能够对钢丝绳起到支撑作用，还能够在一定程度上改变钢丝绳的传力方向。因为滑轮侧壁与底部在工作时的状态不同，两者的磨损机制与磨损程度也存在差异，只有滑轮槽与钢丝绳之间的偏角在5o时，钢丝绳在运动过程中才不会与槽壁发生摩擦，此时的槽壁的使用磨损可以不在考虑范围之内，主要的磨损发生在滑轮槽底与钢丝绳的接触部位。如果滑轮平行摆放（如天津港在用的QLY25，QLY40，QLY50，QLY65型轮胎起重机的变幅机构的平衡滑轮全部平行摆放）其首先磨损的部位是滑轮绳槽侧壁。平衡摆放的滑轮磨损机理是：变幅重载运行时钢丝绳与滑轮绳槽底部接触，轻载或空载时变幅运行时由于平衡滑轮组的重力向下的缘故，钢丝绳与绳槽侧壁磨损。目前以上四种吨位的轮胎起重机其变幅机构的滑轮磨损全部在绳槽侧壁，滑轮侧壁变薄或弯曲变形。

（1）滑轮绳槽底部的磨损机理。钢丝绳绕过滑轮工作时，滑轮与钢丝绳因进行连续的滚动接触而产生很大的疲劳磨损，这是运行中的主导摩擦，同样不能忽略的是钢丝绳在缠绕瞬间地滑轮底部也会产生一定程度的粘着、氧化、切削等复合磨损。试验表明，钢丝绳的相对硬度是直接影响滑轮磨损速度的主要因素。从钢丝绳硬度范围（HRC47～52）的角度出发，可以将绳槽硬度分为四个基本等级，分别为低硬度、中硬度、中高硬度、高硬度（见表1），其中，中高硬度等级的滑轮与钢丝硬度相一致。

钢丝绳滑轮磨损试验表明，对于未经热处理的Q235、ZG35等低硬度钢质滑轮，绳槽底表面形成明显的钢丝绳压痕，而中高硬度以上的滑轮绳槽表面无明显压痕显示。新滑轮开始使用阶段存在早期磨合磨损现象，滑轮表面硬度不同其磨损量也不同（见表2）。经过早期磨合后，磨损曲线普遍趋于平缓，斜率便小（见图1）。其原因，对于中、低硬度滑轮而言，主要是这两种滑轮的硬度低于钢丝绳钢丝的硬度，在配合运动过程中，实际上产生了对滑轮槽底的冷作加工，形成表面硬化效应，根据实测冷作加工前后的硬度如表3;对于中高硬度和高硬度滑轮，由于绳槽底部表面硬度等于或大于钢丝硬度，滑轮经过早期非稳定磨损后，磨损曲线逐渐趋于水平，即经初期磨合后绳槽底部继续磨损的速度极慢。

（2）钢丝绳结构形式，滑轮直径D与钢丝绳直径d （D/d）的比值等因素对滑轮磨损的影响。从钢丝与钢丝接触状态的角度看，主要可以分为点、线、面三种接触方式。

其中，线接触方式为主的钢丝绳，在结构方面稍密实，强度较高，挠性稍差，但钢丝绳的使用寿命比较高。因此，在起重机中被广泛应用。 不同的钢丝绳结构形式，其表面与绳槽底部的接触面积亦不同，绳槽底部的法向载荷也随之差异。钢丝绳与滑轮的接触弧长，进出绳间的夹角等，它们又与比值D/d相关，比值D/d越大，法向载荷越小。故选用大比值D/d的滑轮和选用多层不旋转绳，均能有效降低绳槽槽底法向载荷，从而减少滑轮和钢丝绳的磨损。在结构空间允许的情况，尽量选用较大直径的滑轮和卷筒。另外卷筒的结构形式对钢丝绳的磨损也起到至关重要的作用。

2 不同硬度的钢质滑轮对钢丝绳使用寿命的影响

利用通用钢丝绳公司（美国）生产直径14.5mm的钢丝绳，配用常州滑轮厂按试验要求设计制造的六种不同硬度的滑轮（见表4），在试验台上进行分别循环试验，试验的参数（载荷、行程、频率、滑轮与钢丝绳直径等）完全相同，钢丝绳报废标准按GB5972-86《起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范》实施。

实验表明，由低硬度到高硬度滑轮的实验过程中，相应的钢丝绳寿命曲线呈现出两个峰值，呈M形，绳槽硬度无论过低还是过高，都会对钢丝绳寿命产生消极影响，从表5与图2的显示结果来看，将表面硬度控制在HRC30和HRC50左右，使用寿命最长。

3 钢丝绳滑轮最佳匹配建议

钢丝绳与滑轮是互为匹配的一对磨损件。从降低设备营运成本角度看，提高钢丝绳寿命有显著经济效益;滑轮在大型起重机上数量多，多数安装在高空结构件上，维护更换比较困难，提高滑轮耐磨性，减少维护和更换频率，对提高整机使用可靠性和降低维护成本同样十分重要。

综合滑轮耐磨性及不同硬度滑轮对钢丝绳使用寿命影响的研究结果，提出如下钢丝绳与滑轮最佳匹配建议。

（1）港口起重机滑轮槽硬度的最佳硬度需要控制在HRC45-HRC50与HRC28-HRC36。其中，前者主要应用在当钢丝绳线速度超过3 m/s时，或滑轮绳槽存在侧向磨损不均匀时，如目前在港口大量使用的轮胎起重机的滑轮平行摆放的变幅机构及门座起重机臂架头部导向滑轮等情况中。后者则主要应用在钢丝绳线速度小于3m/s时，或滑轮槽不存在侧向磨损边缘时，如门座式起重机中的大部分导向滑轮，臂架头滑轮除外。

（2）从当前我国钢丝绳的生产材质与工艺情况来看，如果是六股的钢丝绳，需要优选1770N/mm2破断强度的钢丝绳，还要搭配HRC28～HRC36中硬度滑轮才能使用，这样做能够提升滑轮的耐用性，降低磨损，还能够强化抗疲劳性，延长钢丝绳的使用寿命。

（3）针对多股但不旋转的钢丝绳，因其与绳槽的接触面压力相对较低，所以需要搭配HRC45～HRC50中高硬度滑轮进行使用，可以在很大程度上提升钢丝绳与滑轮的使用寿命。

（4）一般的铸钢滑轮与Q235、16Mn板材热轧成型滑轮，与其他滑轮相比，在耐磨程度方面比较弱，相应的钢丝绳在使用寿命方面也比较短;如果绳槽硬度大于HRC53，则钢丝绳在使用寿命方面与其他硬度滑轮相比会明显偏低。这一点，在对起重机滑轮进行造型的过程中，一定要充分重视。

港口使用的起重机不宜使用普通铸钢滑轮及Q235、16Mn板材热轧成型制成的滑轮。起升机构宜使用HRC30～HRC40的中硬度滑轮;变幅机构宜使用HRC45～HRC50中高硬度的滑轮。另外、变幅机构的平衡滑轮宜立式摆放。

作者简介：王靖昊（1987-），男，天津武清区人，本科，助理工程师，研究方向 ：港口流动机械。