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建筑安全
２００７年第９期
机械安全
动臂起【摘要】起重机的臂架拉索钢丝绳在空中受到的是张拉，它不受滑轮、卷筒等的摩擦、弯曲影响，几乎在所有情况下为内部先磨损，从外观上看不出磨损。由于从外观无法判断这些磨损，往往造成吊臂坠杆事故发生。本文将钢丝绳内部磨损与拉伸疲劳试验的结果进行对比，说明起重机臂架拉索的磨损借助于试验的数据考量完全可行。由此必须定期对该钢丝绳进行无损检测，以预防事故的发生。
【关键词】臂架拉索内部磨损检测\"\"\"\"重\"\"\"机\"\"\"臂\"\"\"架○沈
世\"\"\"拉平（广\"\"\"索东省广\"\"\"钢州市锡\"\"\"绳华实业\"\"\"内发展有\"\"\"部限公司\"）
\"\"磨\"\"\"损\"\"\"\"及\"\"\"其\"\"\"检\"\"\"测
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１．前言
起重机上的臂架拉索钢丝绳在空中受到张拉，可以看做静拉索。它不受滑轮、卷筒等的摩擦、弯曲影响，从外观上几乎看不出磨损，多数情况是由钢丝绳内部先磨损而破断。即使是那些受滑轮、卷筒等弯曲的所谓运动钢丝绳，通常也是内部先磨损。因为从外观无法观测其磨损，往往易造成钢丝绳破断导致坠杆事故。
本文就起重机上长期使用过的钢丝绳与新制钢丝绳实施拉伸疲劳试验的结果进行对比，并通过钢丝绳内部磨损的典型事例，论述关于臂架拉索钢丝绳安全性及在使用中的事故预防。
２．钢丝绳拉伸疲劳试验２．１目的
起重机用钢丝绳
要求具有足够的疲劳强度、耐磨
性能、耐腐蚀性能、伸长性能和冲击吸收能力等。尤其是左右耐久性的疲劳强度最为重要。因此，对钢丝绳进行拉伸疲劳试验，并介绍其试验结果。
２．２试验材料
所用的试件
断面结构是：钢丝绳芯分别按芯钢绳股的凸处与钢丝绳股内侧凸处相顶和芯钢丝绳股凸处与钢丝绳股内侧凹处相顶配制。
２．３试验方法
由于拉伸试
验机采用了液压伺服控制正波载荷控制方式。图１是用于检测载荷、位移和断丝的方框图。利用这
台设备，并给定几个载荷振幅（应力振幅）的基准，直到所采用的钢丝绳试件股绳破断为止。或者根据规定数量的钢丝发生断丝所需的疲劳次数，描绘出Ｓ－Ｎ图。试验完毕，解体并检查钢丝的断丝分布。
图１
方框示意图
２．４试验结果由Ｓ－Ｎ图求得
钢丝绳的疲劳强度汇总于表，通过疲劳试验，把钢丝绳试件的破坏点定义为绳股的破断，或为钢丝的断丝率，或还可以看做为固定位置的破断。但是，从起重机作业安全出发，并基于安全考虑，如果把钢丝的总根数的５％断丝，作为试件的破坏点，那么由表１得知，对于１０６疲劳次数的疲劳强度约为１４７ＭＰａ。因为在这种情况下试件的钢丝拉伸强度是１６１７ＭＰａ，所以对１０６次疲劳，其容许变动应力应该为拉伸强度的１／１０以下。
解体经拉伸疲劳试验后的试件，检查断丝分布的结果列于表
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＳＡＦＥＴＹ
疲劳试验结果一览表
试验钢丝绳结构ＩＷＲ形ＩＷＲ形ＩＷＲ形ＩＷＲ形ＣＦＲＣ形ＣＦＲＣ形ＣＦＲＣ形
直径ｍｍ
１６２２．４３１．５４１．２６０．８６０．８５６０．８５
端头处理压制接头树脂浇注树脂浇注树脂浇注亚铅浇注亚铅浇注亚铅浇注
疲劳次数２×１０６２×１０
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表１
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所提供试件是已经报废的臂架拉索钢丝绳，从外观上几乎看不出有磨损的迹象，一做解体检查，发现在图３所示位置，钢丝绳芯部已有１０根断丝（关于图３的试验如后所述那样，在解体之前，先用磁力探伤法实施内
破坏形式断股断股断股断股钢丝绳的
５％破断
钢丝绳的５％
破断钢丝绳的５％
破断
疲劳极限应力ＭＰａ
２０５．８４８０．２３９２３１３．６１５６．８１３７．２１２７．４
２×１０６２×１０６１×１０６２×１０６４×１０６
部磨损检测，并测定其相邻部分的残余强度）。再解体外表面经目视出若
干磨损的臂架拉索钢丝绳，该钢丝绳芯部几乎处于破坏状态。因为这酷似经拉伸疲劳试验后钢丝绳的磨损状况。所以可以认为起重机臂架拉索的
表２
疲劳试验后钢丝绳断丝分布
断丝数
钢丝绳直径ｍｍ
试验长度ｍｍ
外层
４０４０４０７０７０７０
２９０２９５２８５５３０５００５００
４５５２３４２９２０２９
绳股侧
内层２７３２１３９１２３６
磨损借助于钢丝绳拉伸疲劳试验所得的数据来考量完全可行。
钢丝绳芯４２７５２５５０７５５３６７９５３３
图３通过解体检查断丝分布
４．钢丝绳内部磨损的机理
起重机在作业过程中，钢丝绳的张力不断改变。改变钢丝绳轴向张
表３
解体检查的断丝数
钢丝绳
直径ｍｍ
应力范围ＭＰａ３２２．４２
２２．４
４０２．７８５１４．５２９５．９５
３１．５
３９３．９８４９２．９４３０４．７８
４１．２
３９７．８８４９１．９６
最终疲劳次数１０６次５．２２３．９７１．５２４．３２１．８７１．１０２．１８０．８３０．５３
总断丝数（根）３１１０７１５９９０１９０１８９２０９２２２３２００
切断部分以外的断丝数（根）累计３１３５５２９０８２１２６８１１５０９６
内部断丝
２３２３９２９７１５７７４１３９８８
力，微观观察钢丝和绳索的直径，发现其直径反复缩小，增大，从而使得钢丝绳芯与外层绳股或者外层绳股之间的连续接触，成为钢丝绳产生内部磨损的主要原因。而磨损确切的说应该是由于接触应力的改变而产生的拉压疲劳。这一点，从上述图中的断丝分布也能够看出。
所以得出的结论是：臂架拉索钢丝绳几乎在所有情况下都是内部
先磨损。对于吊臂变幅钢丝绳等其它钢丝绳有时也是内部先磨损，由于从外观无法看出这些磨损，往往造成吊臂坠杆等事故发生。
５．冲击吸收能力
前面已经将钢丝绳内部磨损与拉伸疲劳试验的结果进行了对比、说明。而此处还涉及到钢丝绳的各种冲击吸收能力（耐冲击性能），通常钢丝绳破断事故往往发生在冲击
谷断丝峰断丝８２３３９３８８６３７１１６
０３５２３３６００２
２、表３。根据所得的这些数据可知，拉伸疲劳试验后的钢丝绳，其芯断丝、内部断丝和谷断丝占绝大部分。图２所示为断丝分布的模拟。由图２可见：“发生断丝的钢丝位置，从外观是无法看出的”。
３．起重机上使用过的臂
架拉索磨损状况
图２
断丝分布模拟图
力增大的情况下。这是由于钢丝绳
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ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＳＡＦＥＴＹ经过负荷滞后效应，随着疲劳强度的降低，冲击吸收能力也随之下降的缘故。
图４为检测图３的臂架拉索钢丝绳残留强度实际记录的载荷———拉伸图。图中实线为起重机上用过的臂架拉索钢丝绳，虚线是新制的钢丝绳，两者一比较，可见使用过的钢丝绳破断载荷仅为新制品钢丝绳的８０％以下，而冲击吸收能力不到５０％。
图４臂架拉索钢丝绳的载荷———拉伸图
６．钢丝绳内部断丝检测方法及事故预防
由于从外观目视无法检测钢丝绳内部磨损，通常要根据ＩＳＯ４３０９规定采用“夹具”。但这种办法只对小直径钢丝绳有效，用于大直径钢丝绳则困难，即使是小直径，作用有张力的状态下亦无效了。在此介绍几种无损检测方法，对钢丝绳破损预防有实际的用处。到目前为止，可供检测钢丝绳内部磨损的如表４所列无损检测方法。其中Ａ、Ｂ和Ｆ能抓住钢丝绳断丝的一瞬间，适合于室内进行试验。而作为实用的管理手段，Ｈ中的磁力探伤较适宜。磁力探伤法可以记录钢丝绳内部磨损的随机变化，并具有能掌握钢丝绳长度方向断丝分布点等特点。
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与钢丝绳损伤部位泄漏出来的漏磁相交，可探出钢丝绳表面和内部的钢丝断丝。此外，检测值由电信号送到记录器。
测定范围按形状和钢丝绳直径考虑。在臂架拉索和吊挂拉索除了接头和二端非割断面外，其余直径断面均可测定。图６是对上述图３图５诊断仪结构
试件探伤的结果，可把图中波形紊乱之处与报废基准联系起来。
图５所示起重机臂架拉索检测仪，该检测仪是应用了磁性原理（既磁力探伤法）的一种装置。通过外部检测，就能轻而易举地判断钢丝绳内部断丝等损伤情况。该诊断仪是由检测器、电源箱图６
磁力诊断图
和记录器三部分组成。检测器能７．结语
把钢丝绳本身磁化，电源箱具有对于上述钢绳磨损情况，不各种调整功能；记录器记录探伤仅限于臂架拉索钢丝绳，即使是结果。测定时，只要放倒臂架，让
吊臂变幅钢丝绳也是内部先进行钢丝绳或检测器移动即可进行。
磨损，甚至造成破断事故。因为钢检测器内部装有磁极，磁极
丝的内部磨损从外观无法判断，能把钢丝绳磁化成完全饱和状所以介绍了几种无损检测方法。态。在移动钢丝绳或检测器过程定期对钢丝绳进行无损检测，有中，检测器内部的磁通探测装置
利于预防事故的发生。
钢丝绳断丝检测方法
表４
记号方
法检测应用的
名
称
项目方法和问题点
可行性Ａ声音法声
音
用扩音器检测断丝时发出的声音的方法。外界干扰的情况和断丝声音小的情况下检测困难。大Ｂ振动法加速度用加速度计检测断丝时产生的振动的方法，事先要掌握每一根试件的断丝时的频率特性。大Ｃ变形法钢丝的是检测断丝时钢丝所产生的微小变形变化的方变形法，灵活度非常小。小Ｄ位移法钢丝绳是检测钢丝绳整个宏观伸长位移的方法。难以抓的伸长住每一根钢丝断丝位移。
小Ｅ超声波超声波辐射，并用回收音判断的方法。钢丝绳不探伤法超声波是单一材料，在表面有凹凸不平等弊病。小Ｆ声辐射非声音是检测达到塑性区域时无声音的方法。适用于细钢丝绳，粗钢丝绳很难分开噪音。中Ｇ
电阻是电流流过每一根钢丝时，检测断丝电阻抗变化的抗
法
电阻抗
方法，由于钢丝之间相互无绝缘性，几乎不可能。小
是把钢丝绳磁化，并达到磁饱和状态，根据漏磁检Ｈ
磁力探伤法
漏磁测断丝的方法。适用于移动中的钢丝绳，绳具附近大
检测困难。
（本文收稿：２００７－０７－２０）
