摘 要：關(guān)于鋼絲繩的幾種損壞形式，并提出預(yù)防和減少鋼絲繩損傷的幾種措施。

　　關(guān)鍵詞：鋼絲繩,磨損,措施

　　鋼絲繩是卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的重要組成部分之一，它是由一定數(shù)量的鋼絲和繩芯經(jīng)過(guò)捻制而成的。由于鋼絲繩具有強(qiáng)度高、撓性好、自重輕、運(yùn)行平穩(wěn)、極少突然斷裂等優(yōu)點(diǎn)，因而用于閘門(mén)的啟閉裝置系統(tǒng)中，確保閘門(mén)能夠安全啟閉。但是，鋼絲繩自身性能良好，并不能保證在使用過(guò)程中不發(fā)生問(wèn)題。因此，掌握鋼絲繩的破壞機(jī)理以及防治措施對(duì)鋼絲繩的安全使用有十分重要的意義。

　　一、鋼絲繩的冗余性

　　如果鋼絲繩的一根鋼絲斷裂，只是對(duì)整條鋼絲繩的局部位置強(qiáng)度造成影響，強(qiáng)度減少值通常不大于1%。實(shí)驗(yàn)證明，即使組成鋼絲繩的鋼絲全部斷裂，只要每根鋼絲斷裂的位置相隔大于一定的距離，鋼絲繩的承載能力依然保持在90%以上。鋼絲繩的冗余性能夠有效地保證了閘門(mén)啟閉系統(tǒng)的可靠性，在正常使用的條件下，鋼絲繩是一個(gè)安全可靠地組成部分。

　　雖然鋼絲繩具有冗余性，但是作為一種易損件，鋼絲繩的承載時(shí)受力復(fù)雜多變，同時(shí)受到與其配套的設(shè)備狀態(tài)和工作環(huán)境的影響，在某些條件下容易受到意外的損傷。自己通過(guò)多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，歸納出來(lái)鋼絲繩的主要損傷形式及對(duì)應(yīng)的解決方案。

　　二、鋼絲繩疲勞破壞現(xiàn)象

　　鋼絲繩疲勞通常是由于鋼絲繩在拉伸荷載的作用下反復(fù)彎曲所致。例如，當(dāng)鋼絲繩繞過(guò)滑輪和卷繞在卷筒上時(shí)，鋼絲繩容易出現(xiàn)疲勞破壞現(xiàn)象。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼絲繩反復(fù)彎曲和反復(fù)積壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩斷絲的主要原因，磨損和銹蝕加速了這一過(guò)程。疲勞引起的斷絲一般斷口平齊，多半出現(xiàn)在外層鋼絲上。

　　鋼絲繩的疲勞破壞與鋼絲繩抗彎曲性能、彎曲曲率半徑、工作循環(huán)次數(shù)、工作荷載等有密切關(guān)系。因此，預(yù)防和減少鋼絲繩疲勞破壞可以采取以下措施。

　　(1)選用具有更高疲勞強(qiáng)度的鋼絲繩。不同結(jié)構(gòu)形式的鋼絲繩具有不同的疲勞強(qiáng)度。在鋼絲繩直徑相同的條件下，多層股鋼絲繩密度系數(shù)大，總破壞拉力比單層股大;同時(shí)，多層股鋼絲繩與滑輪的接觸面積比單層股大，承受的接觸應(yīng)力低。在相同條件下，多層股鋼絲繩疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單層股鋼絲繩。面接觸鋼絲繩比普通鋼絲繩具有較高的耐磨性和耐疲勞性。面接觸鋼絲繩表明平滑，鋼絲間接觸面積較大;繩股在成形過(guò)程中消除了捻制應(yīng)力，有因部分鋼絲間存在間隙而產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力較小，且沒(méi)有層間鋼絲相互擠壓而產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，面接觸鋼絲繩的耐疲勞性比普通鋼絲繩高1.7—2.8倍。

　　(2)在條件許可的情況下，盡可能選用較大的卷筒和滑輪直徑。由于彎曲應(yīng)力所引起的疲勞主要是取決于卷筒或滑輪直徑D與鋼絲繩直徑d的比值D/d。因?yàn)镈/d減小，鋼絲繩的彎曲變形加劇，彎曲應(yīng)力加大，導(dǎo)致鋼絲繩磨損加快，疲勞損傷加快，鋼絲繩壽命降低。

　　(3)盡量減少鋼絲繩彎曲次數(shù)。在條件允許的情況下，盡可能減少鋼絲繩穿過(guò)滑輪的次數(shù);同時(shí)在安排滑輪布置時(shí)，應(yīng)盡量避免使鋼絲繩反向彎曲，實(shí)驗(yàn)證明反向彎曲的破壞作用為同向彎曲的兩倍。

　　(4)加強(qiáng)閘門(mén)運(yùn)行工的技能培訓(xùn)。急啟、急閉、急停等不合理操作，會(huì)使鋼絲繩瞬間拉伸應(yīng)力增大，造成鋼絲繩疲勞特征提早到來(lái)。

　　三、鋼絲繩的磨損現(xiàn)象

　　鋼絲繩的磨損主要發(fā)生在外層鋼絲，是由于外層鋼絲在壓力作用下與滑輪和卷筒的繩槽接觸摩擦造成的。磨損使鋼絲繩截面積減小，強(qiáng)度降低。當(dāng)外層鋼絲繩磨損達(dá)到其直徑的40%或者當(dāng)鋼絲繩直徑相對(duì)于公稱(chēng)直徑減少7%時(shí)，鋼絲繩應(yīng)報(bào)廢。預(yù)防和減少鋼絲繩磨損可以采取以下措施。

　　(1)選擇具有更高耐磨性能的鋼絲繩。外層鋼絲繩數(shù)量較少直徑大的鋼絲繩在耐磨性能優(yōu)于外層鋼絲數(shù)量多直徑細(xì)的鋼絲繩;緊密捻制外層股的鋼絲繩耐磨性能優(yōu)于無(wú)緊密捻制外層的鋼絲繩。然而，耐磨性能要求幾乎總是與抗疲勞性能相反。通常，當(dāng)外層鋼絲數(shù)減少時(shí)，耐磨性能提高，而抗疲勞性能降低。

　　(2)合理的選擇滑輪。鋼絲繩繞過(guò)滑輪運(yùn)動(dòng)，繩槽與鋼絲繩構(gòu)成一對(duì)摩擦，它們之間的磨損速度，主要取決于繩槽與鋼絲繩兩者接觸部位的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系、接觸狀態(tài)及應(yīng)力大小、材料的機(jī)械特性等因素。繩槽表面硬度過(guò)高或過(guò)低均對(duì)鋼絲繩使用壽命不利，表面硬度控制在HRC30和HRC50附近范圍對(duì)鋼絲繩使用壽命有利。

　　(3)定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑。鋼絲繩潤(rùn)滑不足或不正確，以及接觸部位存在污垢和砂粒，都會(huì)加劇鋼絲繩的磨損。

　　四、鋼絲繩的斷絲現(xiàn)象

　　由于鋼絲繩是一個(gè)冗余機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此鋼絲繩小量分散斷絲對(duì)強(qiáng)度影響不大。然而，如果鋼絲繩出現(xiàn)局部聚集斷絲、谷部斷絲、內(nèi)部斷絲現(xiàn)象時(shí)，必須引起足夠的重視。

　　(1)鋼絲繩局部聚集斷絲。如果鋼絲繩斷絲緊靠一起形成局部聚集，則鋼絲繩應(yīng)報(bào)廢。如果這種斷絲聚集在小于6d的繩長(zhǎng)范圍內(nèi)，或者集中在任一支繩股里，那么，即使斷絲數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值少，鋼絲繩也應(yīng)予報(bào)廢。鋼絲繩表面局部聚集斷絲，往往是由于疲勞破壞造成的。

　　(2)鋼絲繩谷部斷絲。鋼絲繩谷部斷絲通常發(fā)生在多層鋼絲繩上，當(dāng)鋼絲繩承受外部荷載時(shí)，內(nèi)部鋼絲繩與外層鋼絲繩相互接觸的谷部位置產(chǎn)生擠壓，谷部位置鋼絲繩長(zhǎng)期受到交變應(yīng)力的作用，谷部斷絲是由內(nèi)往外發(fā)展的，如果鋼絲繩谷部發(fā)生斷絲現(xiàn)象，內(nèi)部鋼絲往往已經(jīng)受到了嚴(yán)重的損失。

　　(3)鋼絲繩內(nèi)部斷絲。內(nèi)部斷絲在多層不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩上最為常見(jiàn)。多層不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩是由內(nèi)外兩層股在鋼絲繩中以相反方向捻制而成，在承受拉力時(shí)具有較好的低旋轉(zhuǎn)性。由于內(nèi)外層捻向相反，層股之間呈點(diǎn)接觸狀態(tài)，當(dāng)鋼絲繩承受荷載時(shí)，各股之間產(chǎn)生很大的擠壓力、摩擦力，內(nèi)層股磨損后在其軸向上留下馬鞍形凹痕，只要集中在外層股與內(nèi)層股之間的點(diǎn)接觸處。在交變應(yīng)力的作用下，凹痕逐漸成長(zhǎng)為宏觀裂紋，最終導(dǎo)致鋼絲繩斷裂，造成內(nèi)層繩早期拉斷。鋼絲繩內(nèi)部斷絲肉眼往往難以發(fā)現(xiàn)，外層鋼絲毫無(wú)損傷的情況下，內(nèi)部卻產(chǎn)生大量斷絲，由此就會(huì)造成巨大事故。

　　預(yù)防和減少鋼絲繩內(nèi)部斷絲，可以采取以下措施：①加大內(nèi)層鋼絲繩的直徑。內(nèi)層鋼絲繩直徑增大，內(nèi)外層鋼絲繩接觸應(yīng)力減少，內(nèi)層鋼絲強(qiáng)度加強(qiáng)，可以有效地減少鋼絲繩內(nèi)部斷絲的危險(xiǎn);②采用電磁式儀器對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢查內(nèi)部斷絲、腐蝕等缺陷，用目測(cè)方法難以解決。

　　五、鋼絲繩變形現(xiàn)象

　　鋼絲繩失去正常形狀產(chǎn)生可見(jiàn)的畸形稱(chēng)為變形，鋼絲繩變形會(huì)導(dǎo)致繩股擠出、局部壓扁、扭結(jié)、折彎、籠形畸變等缺陷。變形的主要原因有以下幾種。

　　(1)鋼絲繩繞其軸線旋轉(zhuǎn)。繞其軸線扭轉(zhuǎn)主要是由于鋼絲繩以一個(gè)偏轉(zhuǎn)角進(jìn)入滑輪或卷筒的時(shí)候，首先與繩槽的側(cè)邊緣接觸，然后向下滾動(dòng)，滑到繩槽的底部，這期間鋼絲繩會(huì)圍繞著軸線扭轉(zhuǎn)，其偏角越大鋼絲繩扭轉(zhuǎn)的角度也就越大。

　　(2)沖擊荷載的作用。沖擊荷載不僅會(huì)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生很大的拉伸應(yīng)力，還會(huì)加大鋼絲繩自身的扭轉(zhuǎn)程度，也就加大鋼絲繩出現(xiàn)繩股擠出、散股等變形現(xiàn)象出現(xiàn)的機(jī)率。

　　預(yù)防和減少鋼絲繩變形可以采取以下措施：①確保鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的偏斜角最小;②盡可能減小卷筒的長(zhǎng)度、增加卷筒直徑、增大滑輪與卷筒之間的距離可以有效地減少偏斜角;③在啟閉機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置排繩器或者壓繩裝置，防止鋼絲繩出現(xiàn)卷亂現(xiàn)象。

　　六、鋼絲繩腐蝕現(xiàn)象

　　鋼絲繩腐蝕往往伴隨疲勞一起發(fā)生，是導(dǎo)致鋼絲繩報(bào)廢的主要原因。腐蝕不僅減少了鋼絲繩的金屬面積從而降低了破斷強(qiáng)度，而且還將引起表面粗糙，并從中出現(xiàn)裂紋而加速疲勞。

　　預(yù)防和減少鋼絲繩腐蝕可以采取以下措施：

　　(1)啟閉機(jī)的主要作用就是防洪、灌溉，因此鋼絲繩周?chē)�大氣中的濕氣大且長(zhǎng)期裸露在外邊，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，最好采用鍍鋅鋼絲繩;

　　(2)定期對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑，良好的潤(rùn)滑可減少鋼絲間的摩擦力并對(duì)鋼絲繩起到清潔作用。

　　總之，啟閉機(jī)能否安全啟閉是影響大壩安全最主要的因素之一，而鋼絲繩是啟閉機(jī)中最主要的零部件之一，鋼絲繩的安全利用是水利人一直關(guān)心研究的課題。鋼絲繩的檢查是水庫(kù)工程管理人員日常檢驗(yàn)和定期檢查的重點(diǎn)工作，馬虎不得。在日常的工作中，要求我們不僅有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和較強(qiáng)的責(zé)任心，還要在工作中積累經(jīng)驗(yàn)、總結(jié)規(guī)律，避免因鋼絲繩的問(wèn)題而影響閘門(mén)的安全啟閉。當(dāng)然，除了上述分析的主要損傷現(xiàn)象外，還有很多因素能造成鋼絲繩的損傷，有待進(jìn)一步探討。