四、钢丝绳安全系数1.安全系数的定义钢丝绳承担负荷后,实际受力情况十分复杂,不仅受到弯曲力、拉伸力、摩擦力,还会突然受到巨大的冲击力。在计算和选择钢丝绳时,必须考虑弥补材料的不均匀,外力估计和决定的不准确,操作中的各种不利因素以及意外产生的情况,因而,要给钢丝绳一个储备的力,也就是说,我们要人为规定一个小于实际破断拉力的力,这个力叫许用拉力,安全系数就是实际破断拉力除以许用拉力的商,它反映的是两个力的倍数。安全系数亦称保险系数。用数学公式可表示为:实际破断拉力安全系数=许用拉力K-P+/ F i*式中:K-一安全系数;P实一实际破断拉力,kN或N;F许-一许用拉力,kN或N。钢丝绳破断拉力是关系到吊装和吊运安全的一个重要数据,一般由钢丝绳制造厂提供,用户在购买钢丝绳前后要注意这个问题,如果钢丝绳破断拉力无法查考,必要时还要通过拉力试验求得。由于现场使用的复杂性、多变性及作业的频繁性,钢丝绳往往受力不均匀,用户使用中遇到的钢丝绳破断拉力,实际上往往要比制造厂提供的数据小,钢丝绳实际破断拉力可用下列公式求得:P实=P总φ式中:Pa-钢丝绳破断拉力总和(制造厂提供),kN或N;φ-一折减系数。对于6×19钢丝绳,φ=0.85对于6X37钢丝绳,φ=0.82对于6×61钢丝绳,φ=0.802.安全系数的选用合理地选用安全系数,应从安全和节约两个方面考虑,首先考虑安全,合理选取,既不能偏小,也不宜过大。GB6067-85国家标准对钢丝绳的安全系数作了新的统一规定,并分别规定了机构用钢丝绳和其他用途钢丝V绳的安全系数。(1)机构用钢丝绳的安全系数见表3-1:
表3-1机构工作级别与钢丝绳安全系数的关系M7-M8M5M6机构工作级别M1, M2, M3M47856安全系数44.5注:①对于吊运危险物品的起升用钢丝绳,一般应用比设计级别高一级的工作级别的安全系数。对起升机构工作级别为M7、M8的某些冶金起重机,在保证一定寿命的前提下,允许用低的工作级别的安全系数,但是最低安会系数不得小于6。②臂架类伸缩用的钢丝绳,安全系数不得小于4。(2)其他用途钢丝绳安全系数见表3-2:表3-2其他用途钢丝绳安全系数用途安全系数支承动臂4起重机械自身安装用2.5缆风绳3.5吊挂和捆绑用6五、钢丝绳的受力计算和分析(一)钢丝绳的受力计算1、查表法通过查表3-3、3-4可以得知有关技术数据。在实际工作中,人们要把钢丝绳的技术数据背熟是相当困难的。依据查表法能获得较准确数据,但不太方便,尤其在现场查找数据困难较多,这是查表法的不便之处。2.经验估算选取钢丝绳抗拉强度1400N/mm²作为近似破断拉力计算的依据,以此破断拉力除以安全系数,便得出钢丝绳的近似许用拉力。此方法偏于安全,未考虑钢丝绳的破损情况。一般情况下,★钢丝绳的安全系数k>5,为计算方便,我们取k=5。当钢丝绳的直径d的单位为毫米(mm),破断拉力、许用拉力的单位为牛顿(N)时,经验估算公式如下:(1)钢丝绳的近似破断拉力Pu-500d' (N)500d²(2)钢丝绳的近似许用拉力F许(N)K(也可近似取F许=100d2)当钢丝绳的直径d的单位为英分。破断拉力、许用拉力的单位为吨(t)时,经验估算公式如下:(1)钢丝绳的近似破断拉力P破=d/2(t)(2)钢丝绳的近似许用拉力F许=d/10(t)
(二)钢丝绳的受力分析1.用两根钢丝绳起吊物体时,钢丝绳的受力情况图3-4为两根钢丝绳悬吊1000N的载荷,当两根钢丝绳处于不同夹角时,钢丝绳的受力变化示意图。500N-从受力图上可以看出:两根钢丝绳之间的夹角不同时,钢丝绳所受张力亦不同。两根钢丝绳之间的夹角越小时,钢丝绳受力越小,如N00S图两根钢丝绳之间的夹角为300时,钢丝绳的受力为518N;两根钢丝绳之间的夹角越大时,钢丝绳受力越大,如图两根钢丝绳之间的夹角为1200时,钢丝绳的受力为1000N;0两根钢丝绳之间的夹角α越小,就越能充分利用钢丝绳的承载能120力。但夹角过小,捆绑绳的高度就大,工作不方便,且货物不稳定。N夹角α过大则钢丝绳张力过大,也愈不安全。兼顾操作的安全和方便,建议选60<a<90°范围为好。2.捆绑钢丝绳与使用时的曲率半径关系根据试验资料,捆绑钢丝绳所受应力不仅与两根钢丝绳之间的夹C=l 000 N角有关,而且与使用时图34所呈的曲率半径有较大的关系,见图3-5所示。一般认为:当钢丝绳内周的曲率半径大于6倍绳径以上时,起重能力不受影响;当钢丝绳内周的曲率半径只有绳径的3倍时,其起重能力降至原起重能力的75%;当钢丝绳内周的曲率半径与绳径相等时,起重能力要降低50%。苍D曲D.D.费日期a)b)c)d)e)f)图3-5起吊钢丝绳曲率图六、钢丝绳的安全使用(一)钢丝绳的可用程度判断钢丝绳使用一段时间后,容易被磨损、损坏,或者受自然环境、气象条件影响和化学介质侵蚀,其强度要大大下降,使用中就不太安全,甚至会发生折断事故。了解钢丝绳可用程度判断标准,一是为钢丝绳安全技术检验提供理论依照,二是为了钢丝绳本身安全可靠的使用。钢丝绳可用程度经验判断见表3-5。有时可用程度判断往往难于确定,这要根据现场条件、钢丝绳状况等因素加以综合考虑,即使可用程度仍为100%,但它和新钢丝绳比较毕竟受了轻伤,使用中仍必须按规程精心操作,不能麻痹大意。(二)钢丝绳的报废标准根据GB6067规定:钢丝绳出现以下情况之一时应予报废:371.钢丝绳在一个捻距内的断丝数达规定值。(1)钢丝绳的一个捻距钢丝绳的节距又称捻距,是指钢丝绳中的任何一股缠绕一周的轴向长度。例如,钢丝绳若为6股捻成,则由钢丝绳表面的第一股到第七股之间的长度就是一个节距,如图3-6所示。
[例]有一根6×37同向捻钢丝绳,K<6,断钢丝9根,在自由状态磨损量20%,试问此绳是否斑报废更新?[解]当K<6时,查表3-6悉知同向捻钢丝绳6×37断丝更新标准为11根钢丝,因为钢丝绳还有20%的磨损,查表3-7找到相应的折减系X数为70%,故磨损后的更新标准为:1170%=7.7(根).9根>7.7根,∴此钢丝绳应报废更新。(4)危险环境下钢丝绳的断丝数吊运赤热金属或危险品的钢丝绳的报废断丝数,应取一般起重机钢丝绳报废断丝数的50%,其中包括钢丝绳表面腐蚀进行的折减。2.整股断裂。3.钢丝绳表层磨损或锈蚀量达40%。4.钢丝绳直径减小量达7%。为测量钢丝绳表面的磨损量和腐蚀量,应先除去钢丝绳表面上的污垢及铁锈,然后用游标卡尺测量磨损后的钢丝绳直径,并与新绳直径进行比较。5.钢丝绳出现露绳芯、打死结、扭结、弯折、呈笼型及局部出现拱起等塑性变形。6.由于受热或电弧作用而引起的损坏时。钢丝绳经受了特殊热力作用其外表出现可识别的颜色时,则钢丝绳应报废。(三)钢丝绳的安全连接◎学钢丝绳的安全连接一般有五种方法,即:用卡子、编结、压缩、键楔、锥套方法连接,如图3-7所示。1.卡子法a用卡子连接时,卡子数目一般不少于3个,卡子的E间距应大于钢丝绳直径的6倍,最后一个卡子距绳头距离≥140~150mm。2.编结法b将钢丝绳绕于心形垫环上,尾端各股分别编插于承载各股之间,每股穿插4~5次,然后用细软钢丝扎紧,捆扎长度为钢丝绳直径的20~25倍,同时不应小于C-A-A300mm.3.压缩法将绳端套人一个长圆形铝合金套管中,用压力机压c紧即可,当绳径d=10mm时,约需压力550kN;d=40mm时,压力约为720kN。a卡子b编结c压缩d键楔e锥套图3-7钢丝绳的安全连接法4.键楔法利用斜楔能自动夹紧的作用来固定绳端,这种方法装拆都很方便。月5.锥套法将绳端钢丝拆散洗净,穿人锥形套筒中,把钢丝末端弯成钩状,然后灌满熔铅。这种方法操作复杂,仅用于大直径钢丝绳,如缆索起重机的支撑绳。(四)钢丝绳的选用1.钢丝绳的规格,应根据不同的用途来选择。一般情况下,可考虑为:6×19+NF(619)钢丝绳:用作缆风绳、拉索及制作起重吊索索具,一般用于受弯曲载荷较小或遭受磨损的地方。34
在酸、碱等腐蚀性作业环境中,选用镀锌钢丝绳再按腐蚀条件选ZAAAA. ZAB, ZBB.为了使起吊的工件平稳,不发生打转的现象,一般都采用交互捻钢丝绳。(五)钢丝绳的安全与使用维护1.合理选用钢丝绳,不超负荷使用。2.钢丝绳开卷时,要防止打结、扭曲,并在清洁的地方拖绳。3.在使用钢丝绳前,必须对钢丝绳进行详细检查,达到报废标准的应报废更新,严禁凑合使用。4.钢丝绳应缓慢受力,不能受力过猛或产生剧烈振动,防止张力突然增大。5.穿钢丝绳的滑轮边缘不许有破裂现象,钢丝绳与物体、设备、接触物的尖角直接接触,应垫麻袋或木块,以防损伤钢丝绳。6.要防止钢丝绳与电线、电缆线接触,避免电弧打坏钢丝绳或引起触电事故。7.吊运熔化或灼热金肖的钢丝绳,应有防止钢丝绳被高温损害的措施。8.钢丝绳穿过滑轮时,滑轮槽的直径应略大于绳的直径。如果滑轮槽的直径过大,钢丝绳容易压扁,槽的直径过小,钢丝绳容易磨损。9.测量钢丝绳时一般使用游标卡尺。10.经常使用的钢丝绳,每月要润滑一次。润滑的方法是:先用钢丝刷子刷去绳上的污物,并用煤油清洗,然后将加热到80℃的润滑油(钢丝绳麻芯脂)蘸浸钢丝绳,使润滑油浸到绳芯中去。不用的钢丝绳应进行维护保养,按规格分类存放在干净的地方;在露天存放的钢丝绳应加盖防雨布罩。11.对起重机上的钢丝绳,每天都应进行检查,包括对端部的连接,特别是滑轮附近处的钢丝绳要作出是否安全的判断。