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=0.80
2.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-
M8
M5
M6
机构工作级别
M1, M2, M3
M4
7
8
5
6
安全系数
4
4.5
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:
37
1.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-A
300mm.
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ZAA
AA. 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。
