起重机钢丝绳疲劳：原因、预防和检查

为什么起重机钢丝绳在没有明显过载的情况下也会发生疲劳？在反复的起升和下降过程中，钢丝绳在张力作用下会围绕卷筒和滑轮弯曲，导致微小缺陷发展成疲劳裂纹，最终造成断丝。润滑不足、滑轮尺寸不合适以及卷绕不均匀都会加速这一过程。了解疲劳的原因、预防措施和检测方法对于管理疲劳风险和确保起重机安全运行至关重要。

什么是起重机钢丝绳疲劳断裂？

起重机钢丝绳在卷筒和滑轮上反复缠绕和解卷的过程中会产生疲劳。钢丝绳持续承受由拉伸、弯曲和压缩引起的交变应力。当反复应力超过钢丝绳材料的抗疲劳强度时，钢丝绳表面就会形成细小的疲劳裂纹。随着运行循环的继续，裂纹会向内扩展，最终导致钢丝绳断裂。

疲劳断裂通常具有相对平坦的断裂面，一般不会出现明显的颈缩或塑性变形。断钢丝绳往往集中在绳索与滑轮或卷筒接触并承载载荷的位置，且断裂可能呈规则分布。这与过载断裂的杯状塑性断裂以及磨损引起的尖锐磨粒断裂有所不同。

起重机钢丝绳疲劳断裂的主要原因

1.交变弯曲应力

每次钢丝绳经过 起重机绳鼓 或者 起重机滑轮钢丝绳会经历另一次正向或反向弯曲。反向弯曲对钢丝绳疲劳寿命的影响通常比同向弯曲更大。当卷筒或滑轮直径与钢丝绳直径之比（D/d）过小时，弯曲曲率增大，局部应力集中更加严重，疲劳寿命会显著缩短。频繁的升降操作会导致细小裂纹在循环载荷作用下不断累积。

2. 内部微动磨损

当绳索受力时，绳股之间以及单根钢丝之间会发生微小的相对运动，从而产生微动磨损。钢丝表面会形成应力集中和细小凹坑，这些凹坑是疲劳裂纹的萌生点。润滑不足或润滑脂干涸会加速内部磨损，降低绳索的疲劳寿命。

3.冲击载荷和变幅应力

突然的提升或下降、紧急制动、侧向拉动以及制动冲击都会产生短时额外的动态载荷。每次启动和停止都会改变绳索的实际张力，并产生变幅疲劳应力，从而加速裂纹扩展。

4. 滚筒和滑轮状况问题

滑轮槽磨损或磨损不均、滑轮槽变形、绳索缠绕不良、缠绕方向交叉或紊乱以及多层缠绕时的挤压等问题，都会导致绳索受力不均。由此产生的局部应力集中可能导致绳索特定部分过早出现疲劳损伤。

5.腐蚀-疲劳相互作用

户外或潮湿环境会导致绳索表面生锈和出现点蚀。腐蚀坑本身可能成为疲劳裂纹的萌生点。当腐蚀和循环疲劳共同作用时，失效速度会加快。仅凭目视检查可能难以识别内部腐蚀和疲劳损伤。

6. 绳索选择或布置不当

点接触式绳索结构的疲劳性能通常低于线接触式结构。不良的绳芯布置或滑轮布置，包括反复反向弯曲，会在设备设计阶段造成疲劳缺陷。

如何防止起重机钢丝绳疲劳断裂

1. 控制设备的选择和D/d比

根据适用要求选择卷筒和滑轮直径。避免使用尺寸过小的卷筒或滑轮，以免造成过大的弯曲变形。根据运行条件，考虑采用抗疲劳性能良好的线接触式钢丝绳结构，例如 6×36WS 型。布置钢丝绳缠绕系统时，应尽可能减少反向弯曲。

2. 采用正确的起重操作方法以减少冲击疲劳

切勿突然启动或停止，切勿猛然倒车制动，或进行侧拉操作。起升开始时，应缓慢均匀地施加负载，以减少冲击和交变应力。严格控制额定负载，切勿超载操作。

3. 维护绳索导向和卷绕系统

保持卷筒导向装置和卷绕装置处于良好状态，以防止绳索交叉缠绕、挤压和夹紧。滑轮应自由旋转，不得卡滞。定期检查、维修或更换滑轮槽，以防止单侧磨损。

4. 应用标准化润滑和维护

使用专为钢丝绳设计的润滑剂，并确保润滑剂能够渗透到绳芯和钢丝之间，以减少微动摩擦。定期重新涂抹润滑剂，防止其干涸或流失，有助于减缓疲劳和腐蚀造成的损伤。

5. 建立分级检验和报废程序

例行检查应包括检查钢丝绳捻向内的断丝数量、直径减小、变形和腐蚀情况。定期检查可采用电磁无损检测或其他合适的方法来识别隐藏的内部断丝。一旦达到报废标准，应立即更换钢丝绳。切勿继续使用损坏程度不可接受的钢丝绳。

6. 控制运行强度并保留服务记录

对于起升循环频繁的设备，应酌情缩短更换周期。应保存钢丝绳使用记录，记录运行循环次数，并结合实际工况评估疲劳寿命消耗。

测定钢丝绳疲劳性能的方法

资料来源引用了GB/T 38814-2020， 钢丝绳吊索——疲劳试验方法用于钢丝绳吊索疲劳试验。发布前应核实其现状和适用的替代标准。

1. 测试原理

对钢丝绳试样施加正弦轴向循环拉伸应力，并保持规定的应力幅值和加载频率。持续循环加载，直至试样达到所需的循环次数，或钢丝绳出现断丝、断股、端部连接开裂或其他规定的失效模式。所得结果用于评估疲劳耐久性。

2. 测试设备要求

疲劳试验机的力精度应控制在±0.5%以内。加载波形应为正弦波，试验频率一般控制在0.1～2 Hz，以减少共振的影响。

3. 标本制备

将试样切割至所需长度，并使用可靠的方法（例如压接或插接）固定其两端。端部配件不应过早失效，以确保疲劳失效发生在绳体而非夹持部分。

4. 测试程序

• 检查样本并记录其初始状态。
• 固定试样并设定最大和最小循环载荷。
• 开始循环疲劳加载并继续试验。
• 当达到规定的循环次数或发生断线、断股、端部开裂或其他规定的故障时，停止测试。
• 疲劳试验后，采用适用的断裂力试验方法验证剩余承载能力。
• 出具完整的疲劳试验报告，记录失效模式、循环次数和残余断裂力。

5. 结果评估

试验后，检查试样是否存在疲劳断裂。对于采用不同端部连接方式的吊索，确定残余断裂力是否满足相关标准规定的适用最小值。资料来源给出的参考值为：压接吊索的最小断裂力至少为 80%，浇注式吊索的最小断裂力至少为 90%。这些限值必须根据适用的标准版本、端部连接方式和试样类型进行核对。

轴向拉伸疲劳试验应与因反复缠绕在卷筒和滑轮上而引起的弯曲疲劳试验区分开来。这些试验模拟的是不同的运行条件，在没有适当的技术依据的情况下，不应互换使用。

结论

起重机钢丝绳疲劳是一种逐渐累积的安全隐患。故障通常并非毫无预兆地发生，而是由于反复运行循环造成的损伤累积所致。控制这种风险需要正确的操作、合理的设备布置、润滑、维护和分级检验。在采购和进货检验阶段，也应根据相关要求评估钢丝绳的疲劳性能。

应将钢丝绳、卷筒、滑轮、卷绕系统和制动控制装置作为一个整体进行检查。通过控制设备选择、冲击载荷、弯曲状况、润滑、腐蚀和废料管理，可以降低起重钢丝绳疲劳断裂的风险。

辛蒂

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