摘 要：關于鋼絲繩的幾種損壞形式，并提出預防和減少鋼絲繩損傷的幾種措施。

　　關鍵詞：鋼絲繩,磨損,措施

　　鋼絲繩是卷揚式啟閉機的重要組成部分之一，它是由一定數量的鋼絲和繩芯經過捻制而成的。由于鋼絲繩具有強度高、撓性好、自重輕、運行平穩、極少突然斷裂等優點，因而用于閘門的啟閉裝置系統中，確保閘門能夠安全啟閉。但是，鋼絲繩自身性能良好，并不能保證在使用過程中不發生問題。因此，掌握鋼絲繩的破壞機理以及防治措施對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，只是對整條鋼絲繩的局部位置強度造成影響，強度減少值通常不大于1%。實驗證明，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啟閉系統的可靠性，在正常使用的條件下，鋼絲繩是一個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，鋼絲繩的承載時受力復雜多變，同時受到與其配套的設備狀態和工作環境的影響，在某些條件下容易受到意外的損傷。自己通過多年的實際工作經驗，歸納出來鋼絲繩的主要損傷形式及對應的解決方案。

　　二、鋼絲繩疲勞破壞現象

　　鋼絲繩疲勞通常是由于鋼絲繩在拉伸荷載的作用下反復彎曲所致。例如，當鋼絲繩繞過滑輪和卷繞在卷筒上時，鋼絲繩容易出現疲勞破壞現象。大量實驗結果表明，鋼絲繩反復彎曲和反復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程。疲勞引起的斷絲一般斷口平齊，多半出現在外層鋼絲上。

　　鋼絲繩的疲勞破壞與鋼絲繩抗彎曲性能、彎曲曲率半徑、工作循環次數、工作荷載等有密切關系。因此，預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度的鋼絲繩。不同結構形式的鋼絲繩具有不同的疲勞強度。在鋼絲繩直徑相同的條件下，多層股鋼絲繩密度系數大，總破壞拉力比單層股大;同時，多層股鋼絲繩與滑輪的接觸面積比單層股大，承受的接觸應力低。在相同條件下，多層股鋼絲繩疲勞強度遠遠高于單層股鋼絲繩。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;繩股在成形過程中消除了捻制應力，有因部分鋼絲間存在間隙而產生的附加彎曲應力較小，且沒有層間鋼絲相互擠壓而產生的彎曲應力，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。因為D/d減小，鋼絲繩的彎曲變形加劇，彎曲應力加大，導致鋼絲繩磨損加快，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。在條件允許的情況下，盡可能減少鋼絲繩穿過滑輪的次數;同時在安排滑輪布置時，應盡量避免使鋼絲繩反向彎曲，實驗證明反向彎曲的破壞作用為同向彎曲的兩倍。

　　(4)加強閘門運行工的技能培訓。急啟、急閉、急停等不合理操作，會使鋼絲繩瞬間拉伸應力增大，造成鋼絲繩疲勞特征提早到來。

　　三、鋼絲繩的磨損現象

　　鋼絲繩的磨損主要發生在外層鋼絲，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，強度降低。當外層鋼絲繩磨損達到其直徑的40%或者當鋼絲繩直徑相對于公稱直徑減少7%時，鋼絲繩應報廢。預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。外層鋼絲繩數量較少直徑大的鋼絲繩在耐磨性能優于外層鋼絲數量多直徑細的鋼絲繩;緊密捻制外層股的鋼絲繩耐磨性能優于無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，當外層鋼絲數減少時，耐磨性能提高，而抗疲勞性能降低。

　　(2)合理的選擇滑輪。鋼絲繩繞過滑輪運動，繩槽與鋼絲繩構成一對摩擦，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運動關系、接觸狀態及應力大小、材料的機械特性等因素。繩槽表面硬度過高或過低均對鋼絲繩使用壽命不利，表面硬度控制在HRC30和HRC50附近范圍對鋼絲繩使用壽命有利。

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

　　四、鋼絲繩的斷絲現象

　　由于鋼絲繩是一個冗余機械結構，因此鋼絲繩小量分散斷絲對強度影響不大。然而，如果鋼絲繩出現局部聚集斷絲、谷部斷絲、內部斷絲現象時，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，則鋼絲繩應報廢。如果這種斷絲聚集在小于6d的繩長范圍內，或者集中在任一支繩股里，那么，即使斷絲數比標準規定的數值少，鋼絲繩也應予報廢。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生在多層鋼絲繩上，當鋼絲繩承受外部荷載時，內部鋼絲繩與外層鋼絲繩相互接觸的谷部位置產生擠壓，谷部位置鋼絲繩長期受到交變應力的作用，谷部斷絲是由內往外發展的，如果鋼絲繩谷部發生斷絲現象，內部鋼絲往往已經受到了嚴重的損失。

　　(3)鋼絲繩內部斷絲。內部斷絲在多層不旋轉鋼絲繩上最為常見。多層不旋轉鋼絲繩是由內外兩層股在鋼絲繩中以相反方向捻制而成，在承受拉力時具有較好的低旋轉性。由于內外層捻向相反，層股之間呈點接觸狀態，當鋼絲繩承受荷載時，各股之間產生很大的擠壓力、摩擦力，內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層股之間的點接觸處。在交變應力的作用下，凹痕逐漸成長為宏觀裂紋，最終導致鋼絲繩斷裂，造成內層繩早期拉斷。鋼絲繩內部斷絲肉眼往往難以發現，外層鋼絲毫無損傷的情況下，內部卻產生大量斷絲，由此就會造成巨大事故。

　　預防和減少鋼絲繩內部斷絲，可以采取以下措施：①加大內層鋼絲繩的直徑。內層鋼絲繩直徑增大，內外層鋼絲繩接觸應力減少，內層鋼絲強度加強，可以有效地減少鋼絲繩內部斷絲的危險;②采用電磁式儀器對鋼絲繩進行檢查內部斷絲、腐蝕等缺陷，用目測方法難以解決。

　　五、鋼絲繩變形現象

　　鋼絲繩失去正常形狀產生可見的畸形稱為變形，鋼絲繩變形會導致繩股擠出、局部壓扁、扭結、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。繞其軸線扭轉主要是由于鋼絲繩以一個偏轉角進入滑輪或卷筒的時候，首先與繩槽的側邊緣接觸，然后向下滾動，滑到繩槽的底部，這期間鋼絲繩會圍繞著軸線扭轉，其偏角越大鋼絲繩扭轉的角度也就越大。

　　(2)沖擊荷載的作用。沖擊荷載不僅會對鋼絲繩產生很大的拉伸應力，還會加大鋼絲繩自身的扭轉程度，也就加大鋼絲繩出現繩股擠出、散股等變形現象出現的機率。

　　預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的偏斜角最小;②盡可能減小卷筒的長度、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在啟閉機系統中設置排繩器或者壓繩裝置，防止鋼絲繩出現卷亂現象。

　　六、鋼絲繩腐蝕現象

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

　　預防和減少鋼絲繩腐蝕可以采取以下措施：

　　(1)啟閉機的主要作用就是防洪、灌溉，因此鋼絲繩周圍大氣中的濕氣大且長期裸露在外邊，鋼絲繩會產生嚴重腐蝕風險，最好采用鍍鋅鋼絲繩;

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

　　總之，啟閉機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心研究的課題。鋼絲繩的檢查是水庫工程管理人員日常檢驗和定期檢查的重點工作，馬虎不得。在日常的工作中，要求我們不僅有嚴謹的工作態度和較強的責任心，還要在工作中積累經驗、總結規律，避免因鋼絲繩的問題而影響閘門的安全啟閉。當然，除了上述分析的主要損傷現象外，還有很多因素能造成鋼絲繩的損傷，有待進一步探討。