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滕啟斯 羅克松 王旭虹

國家起重運(yùn)輸機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 北京 100007

摘 要：文中以常見的港口起重機(jī)械吊索具為研究對象，通過調(diào)研港口常用吊索具的類型及特點(diǎn)，分析不同吊索具的失效形式，并采用綜合影響評價的方法，得到吊索具的安全評價等級，為港口起重機(jī)械吊索具的管理部門提供參考，既能降低吊索具的安全事故，又能減少不必要的更換，進(jìn)而減少生產(chǎn)開支。

關(guān)鍵詞：港口起重機(jī)械；在役吊索具；安全評價

中圖分類號：U653.921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）23-0090-03

0 引言

起重機(jī)械通過與各種吊具與索具的配合將重物搬運(yùn)至所需位置，實(shí)現(xiàn)重物的空間位移，對減輕繁重的體力勞動、節(jié)省人力、提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化具有重要的意義。吊具是指起重吊運(yùn)作業(yè)的剛性取物裝置，可以直接吊取物品，索具是指吊運(yùn)物品時，系結(jié)鉤掛在物品上具有撓性的組合取物裝置。起重機(jī)械的吊索具種類較多，使用頻繁，在役吊索具安全事故時有發(fā)生。起重機(jī)使用較多的場合，比如港口貨運(yùn)碼頭，使用方只能依靠工作經(jīng)驗(yàn)判定吊索具壽命，替換下來的吊索具以及吊索具配件堆積如山，但實(shí)際上吊索具以及配件并沒有達(dá)到其使用壽命，自身的承載性能也依然能達(dá)到額定要求，因此需要對起重機(jī)在役吊索具安全評價方法進(jìn)行研究，通過該方法，使用方可基本掌握在役吊索具的使用性能，降低在役吊索具安全事故的發(fā)生，減少不必要的更換，進(jìn)而減少生產(chǎn)開支。

1 港口常用吊索具的類型及特點(diǎn)

港口上常用的吊具有吊鉤、C 形鉤、吊梁等。C 形鉤（見圖1）主要用于搬運(yùn)鋼卷，一般由鋼板拼接而成，截面為箱形結(jié)構(gòu)，具有較好的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)性能，吊具重量輕，使用壽命長，其主要檢查區(qū)域?yàn)閮?nèi)彎處。C形鉤的使用工況良好，載荷固定，因此具有較長的使用壽命。本次調(diào)研了8 臺C 形鉤，其中1 臺發(fā)現(xiàn)了10 mm的裂紋，其余均未發(fā)現(xiàn)問題。吊梁（見圖2）是專用橫梁吊具。其結(jié)構(gòu)簡單合理、吊運(yùn)和安裝過程動作靈活、使用方便、安全可靠。其主要檢查區(qū)域?yàn)榈觞c(diǎn)及焊縫。在使用頻繁的港口碼頭，吊梁的吊點(diǎn)處會有變形情況，需要注意。本次調(diào)研了5 臺工字鋼吊梁、4 臺吊梁，其中在一臺吊梁的焊縫處發(fā)現(xiàn)4 mm 裂紋，多處吊點(diǎn)處有變形情況。支桿（見圖3）用于組合吊裝中，在港口比較常見，其主要檢查區(qū)域?yàn)榈觞c(diǎn)。調(diào)研的4 根支桿均未發(fā)現(xiàn)問題。鼻形鉤（見圖4）常用于組合吊裝，在吊洞下方及鉤頭內(nèi)彎處易出現(xiàn)裂紋。調(diào)研的3 臺鼻形鉤均發(fā)現(xiàn)了大量的疲勞裂紋。因此該類型的吊具需要重點(diǎn)進(jìn)行磁粉探傷。吊具扭鎖（見圖5）為集裝箱吊具的受力構(gòu)件，一般采用無損探傷進(jìn)行檢查。調(diào)研的8 臺均未發(fā)現(xiàn)問題。港口起重機(jī)械常用吊鉤分為直柄單鉤和直柄雙鉤，如圖6 所示為直柄雙鉤。在使用頻繁，載荷較大的情況下，雙鉤主要受力部位易出現(xiàn)疲勞裂紋。本次共調(diào)研了44 個吊鉤，其中25 臺吊鉤存在疲勞裂紋，多臺使用頻繁的吊鉤存在明顯的塑性變形。

港口常見的索具有鋼絲繩、吊帶，這兩種索具十分常見，用途也十分廣泛。在日常維護(hù)中，鋼絲繩要注意觀察是否有斷絲以及斷絲分布狀況和程度，是否有生銹，腐蝕情況，是否變形，是否有強(qiáng)扭痕跡，是否有壓扁、損傷、松股或松捻等情況。吊帶要注意表面不應(yīng)有橫向、縱向擦破或割斷，不應(yīng)有邊緣、軟環(huán)及末端件的損壞，不應(yīng)有腐蝕、表面纖維脫落或擦掉等缺陷，邊緣不應(yīng)有割斷缺陷等。

2 常見吊索具的失效形式

通過對港口常用吊索具進(jìn)行的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，最常用的、數(shù)量最多的吊索具是鋼絲繩和吊鉤。因此我們主要對鋼絲繩和吊鉤進(jìn)行失效形式分析。

GB/T 34198—2017《起重機(jī)用鋼絲繩》和GB/T5972—2016《起重機(jī) 鋼絲繩 保養(yǎng)、維護(hù)、檢驗(yàn)和報廢》對于鋼絲繩在選型使用和檢驗(yàn)報廢方面都做了詳細(xì)規(guī)定，對于鋼絲繩在失效模型的建立具有重要作用。在鋼絲繩失效模型中，有4 個重要的參數(shù)，分別是斷絲、鋼絲繩直徑減少、腐蝕、畸形和損傷。鋼絲繩壽命后期斷絲比率要高于早期，斷絲比率隨時間變化而增加。對不同類別的鋼絲繩達(dá)到報廢程度的最少可見斷絲數(shù)都有不同的要求。鋼絲繩直徑減少導(dǎo)致的報廢也是根據(jù)鋼絲繩類別制定有相應(yīng)的報廢指標(biāo)。其中鋼絲繩直徑減少率為

式中：dref 為參考直徑，dm 為實(shí)測直徑，d 為公稱直徑。如果發(fā)現(xiàn)鋼絲繩直徑有明顯的局部減小，例如由繩芯或鋼絲繩中心區(qū)損傷導(dǎo)致的直徑局部減少，則應(yīng)報廢鋼絲繩。腐蝕分為外部腐蝕、內(nèi)部腐蝕、摩擦腐蝕。評估腐蝕范圍時，重要的是區(qū)分鋼絲腐蝕和由于外來顆粒氧化而產(chǎn)生的鋼絲繩表面腐蝕之間的差異。其中有明顯跡象的內(nèi)部腐蝕應(yīng)立即報廢。鋼絲繩失去正常形狀而產(chǎn)生的可見形狀畸變都屬于畸形。畸形通常會導(dǎo)致畸形區(qū)域的鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻。

吊鉤的失效形式有：表面裂紋、變形、磨損、腐蝕。吊鉤的表面不應(yīng)有裂紋，如果有裂紋，應(yīng)該報廢。裂紋通常產(chǎn)生于吊鉤主要受力面上。吊鉤由變形導(dǎo)致的報廢有三種，分別是開口尺寸超過使用前的10%，扭轉(zhuǎn)變形超過10°，鉤柄有塑性變形。吊鉤磨損量不應(yīng)超過基本尺寸的5%，否則應(yīng)報廢。吊鉤的鉤柄直徑腐蝕的尺寸大于基本尺寸的5%，應(yīng)報廢。吊鉤的螺紋不得腐蝕，否則應(yīng)報廢，另外吊鉤的缺陷不允許補(bǔ)焊。

3 檢驗(yàn)試驗(yàn)方法

吊索具常見的檢驗(yàn)試驗(yàn)方法有尺寸檢測、拉力試驗(yàn)、無損探傷。尺寸檢測主要是針對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有規(guī)定的用于檢測相關(guān)尺寸超過報廢條件的測量。拉力試驗(yàn)應(yīng)用于鋼絲繩、鏈條、吊帶、吊鉤等，通過特殊的工裝，拉力試驗(yàn)也可用于箱型吊梁的拉力試驗(yàn)，如圖7 所示。無損檢測方法包含磁粉檢測、超聲檢測、滲透檢測。其中超聲檢測用于發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部的缺陷，磁粉檢測與滲透檢測用于發(fā)現(xiàn)近表面的缺陷。對于在役吊索具而言，長時間的使用容易產(chǎn)生疲勞裂紋，而疲勞裂紋多產(chǎn)生于表面，前文提到的吊鉤和鼻形鉤大量的疲勞裂紋就是通過磁粉探傷發(fā)現(xiàn)的。對于鋼絲繩的檢測，目前市場上有一種智能鋼絲繩探傷儀，可以對鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕、變形進(jìn)行檢驗(yàn)，非常方便，通過一種儀器就能將鋼絲繩多種失效形式同時進(jìn)行檢測，大大提高了檢測效率。

圖7 拉力試驗(yàn)機(jī)箱型梁工裝

4 安全評價方法

綜合影響評價方法是對被評價對象進(jìn)行客觀、公正、合理的全面評價，通過對評價對象不同指標(biāo)分別進(jìn)行評價，綜合各指標(biāo)的結(jié)果，獲得評價對象綜合的評價結(jié)果。文中采用綜合影響評價方法，應(yīng)用于吊鉤的安全評價。首先確定吊鉤的劣化種類，檢驗(yàn)并記錄每種獨(dú)立劣化的類型和數(shù)量；其次評價每種獨(dú)立劣化的嚴(yán)重程度，嚴(yán)重程度用可以表示為獨(dú)立報廢基準(zhǔn)的百分比表示，最后將每種獨(dú)立劣化的嚴(yán)重程度的百分比相加，得到綜合百分比

式中：R 為綜合評價百分比，i=1,2,3,4…（劣化的種類數(shù)量），Si 為第i 種劣化的嚴(yán)重程度（百分比）。將影響吊鉤失效的指標(biāo)進(jìn)行分級，獲得不同失效形式的百分比，如果結(jié)果達(dá)到100%，則判定吊鉤報廢，如果結(jié)果低于100%，則達(dá)不到報廢標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)嚴(yán)重程度采取相應(yīng)措施后繼續(xù)使用，并提高檢查保養(yǎng)的頻率。表1 為吊鉤不同劣化嚴(yán)重程度分級表。

5 總結(jié)

采用綜合影響評價的方法來判斷吊索具的狀態(tài)，用不同劣化嚴(yán)重程度的綜合百分比來表示吊索具的狀態(tài)，通過不同的檢測手段，獲取不同劣化的等級信息，然后綜合起來得到最終評價的結(jié)果。管理部門根據(jù)評價結(jié)果采用不同的應(yīng)對措施，既能減少安全事故，又能減少生產(chǎn)開支。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 5972—2016 起重機(jī) 鋼絲繩 保養(yǎng)、維護(hù)、檢驗(yàn)和報廢[S].

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