滑輪硬度與鋼絲繩磨損關(guān)系

1、二.高硬度鋼質(zhì)滑輪的耐磨性及其對(duì)鋼絲繩使用壽命的影響鋼絲繩傳動(dòng)是起重機(jī)械不可缺少的傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)的安全性、 耐用性和可靠性對(duì)起重機(jī)整機(jī)工作性能的發(fā)揮有著重要影響。提高鋼 絲傳動(dòng)性能的重要途徑之一，是提高滑輪的品質(zhì)，即使得滑輪具有高 的耐磨性、高的輪緣強(qiáng)度和高的運(yùn)動(dòng)精度。而滑輪是鋼絲繩傳動(dòng)中承 受載荷、傳力和改變力的方向的重要部件，在大型港口起重機(jī)中又是 數(shù)量大、分布廣、位于高空、難于更換的易損部位，因此研究與改進(jìn) 的目標(biāo)主要集中在減輕滑輪重量、提高耐磨性上。近年來，根據(jù)港口 起重機(jī)國(guó)際市場(chǎng)的需求，上海振華港機(jī)公司提出“不更換滑輪”的理 念，采用高硬度鋼質(zhì)滑輪，以此改變了滑輪作為易損部件的性質(zhì)

2、。為 此，對(duì)不同材質(zhì)、表面硬度的滑輪與不同結(jié)構(gòu)的鋼絲繩配合工作下的 疲勞磨損問題進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究，來合理匹配滑輪和鋼絲繩，處 理好兩者在耐磨性方面的矛盾對(duì)廣大用戶具有重要意義。1 .鋼質(zhì)滑輪的磨損機(jī)理與耐磨性比較研究滑輪工作時(shí)，繩槽與鋼絲繩構(gòu)成一對(duì)摩擦副，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(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系、接觸狀 態(tài)及應(yīng)力大小、材料的機(jī)械特性及金相組織結(jié)構(gòu)等因素。鋼絲繩繞過 滑輪時(shí)，側(cè)壁起導(dǎo)向作用，使鋼絲繩順利地進(jìn)入槽內(nèi)，防止發(fā)生跳槽, 槽底的圓弧曲面則起到支承鋼絲繩并改變其傳力方向的作用。由于槽 底與側(cè)壁的工作性質(zhì)不同，它們的磨損形式與機(jī)制不同，在鋼絲繩與 滑輪槽的偏

3、角小于允許偏角5°時(shí)，鋼絲繩繞滑輪運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生與繩 槽側(cè)壁的干涉，可不考慮繩槽側(cè)壁的磨損，其磨損和疲勞損傷主要發(fā)1生于鋼絲繩與滑輪繩槽底的接觸部位。滑輪繩槽底部的磨損機(jī)理鋼絲繩繞過滑輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，摩擦副起主導(dǎo)作用的是兩者之間滾動(dòng)接 觸引起的疲勞磨損，還存在著鋼絲繩繞進(jìn)繞出瞬間由于股與絲間的微 位移產(chǎn)生的對(duì)滑輪槽底的微切削磨損或粘著磨損，氧化磨損等綜合磨 損作用。經(jīng)大量的試驗(yàn)研究，表明滑輪磨損速度與它對(duì)鋼絲繩相對(duì)硬 度有密切關(guān)系。以鋼絲繩硬度范圍（通常為HRC4752）為基準(zhǔn)， 將鋼質(zhì)滑輪的繩槽硬度分為高硬度、中高硬度、中硬度和低硬度4級(jí) （見表1）,其中中高硬度級(jí)滑輪與鋼絲硬度范圍相當(dāng)。

4、表1：鋼質(zhì)滑輪的硬度分級(jí)硬度范圍低硬度中硬度中高硬度高硬度硬度范圍HB140-280(HB280 425) HRC28-45HRC45 55HRC55-65材質(zhì)Q235 或 ZG3516M 或 35 , 35C r M o35, 35 C r M o , 42 C r M o42 C r M o熱處理工藝水冷或空氣 冷卻表面淬火或調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)、表面淬火調(diào)質(zhì)、表面 淬火運(yùn)轉(zhuǎn)后槽底 表面形貌有壓痕有輕微壓痕無壓痕無壓痕鋼絲繩滑輪磨損試驗(yàn)表明，對(duì)于未經(jīng)熱處理的Q235、ZG35等低 硬度鋼質(zhì)滑輪，繩槽底表面形成明顯的鋼絲繩壓痕，而中高硬度以上 的滑輪繩槽表而無明顯壓痕顯示。新滑輪開始使用階段存在早期磨合

5、 磨損現(xiàn)象，滑輪表而硬度不同其磨損量也不同（見表2）o經(jīng)過早期 磨合后，磨損曲線普遍趨于平緩，斜率便?。ㄒ妶D1）。其原因，對(duì) 于中、低硬度滑輪而言，主要是這兩種滑輪的硬度低于鋼絲繩鋼絲的 硬度，在配合運(yùn)動(dòng)過程中，實(shí)際上產(chǎn)生了對(duì)滑輪槽底的冷作加工，形成表面硬化效應(yīng)，根據(jù)實(shí)測(cè)冷作加工前后的硬度如表3；對(duì)于中高硬 度和高硬度滑輪，由于繩槽底部表面硬度等于或大于鋼絲硬度，滑輪 經(jīng)過早期非穩(wěn)定磨損后，磨損曲線逐漸趨于水平，即經(jīng)初期磨合后繩 槽底部繼續(xù)磨損的速度極慢。表2：不同硬度滑輪的磨損量（mm）滑輪磨損次數(shù)f42C r M o 淬火 HRC5235CrMo 調(diào)質(zhì) HRC28ZG35 鑄造 HB195

6、351000.0700.1100.150720000.1300.2300.3101080000.135.02400.3501448100.1400.2450.3601800000.1400.2550.3602412000.1450.2600.365 12C rMo 淳火HRC52T- 35CrV。調(diào)質(zhì)HRC28ZG35 鑄造 HB195滑輪磨損次數(shù)f圖1:低、中、高硬度三種滑輪的磨損實(shí)驗(yàn)曲線表3:早期磨損階段的冷作加工效應(yīng)Q235A普遍熱軋滑輪35CM調(diào)質(zhì)滑輪ZG35鑄造滑輪滑輪槽底初始硬度HB170HRC28HB195早期磨損后硬度HB192HRC31HB218鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式，滑輪與鋼絲繩D

7、/d比等因素對(duì)滑輪磨損的影 響不同的鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式，其表而與繩槽底部的接觸面積亦不同， 繩槽底部的法向載荷也隨之差異，以普通6股繩與18X7多股不旋轉(zhuǎn) 繩相比，6股繩至多有3股可與繩槽底部接觸，而多股繩外層有12 股，其中有56股可與繩槽底部接觸，其單個(gè)接觸點(diǎn)的法向載荷約 為普通6股繩的一半；而鋼絲繩與滑輪的接觸弧長(zhǎng)，進(jìn)出繩間的夾角 等，它們又與D/d相關(guān)，D/d越大，法向載荷越小。故選用大比值 D/d比的滑輪和選用多層不旋轉(zhuǎn)繩,均能有效降低繩槽槽底法向載荷, 從而減少滑輪磨損。2 .不同硬度的鋼質(zhì)滑輪對(duì)鋼絲繩使用壽命的影響采用美國(guó)通用鋼絲繩公司生產(chǎn)直徑14.5mm的鋼絲繩，配用常州 滑輪廠按

8、試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)制造的六種不同硬度的滑輪（見表4）,在試 驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行分別循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)的參數(shù)（載荷、行程、頻率、滑輪與 鋼絲繩直徑等）完全相同，鋼絲繩報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)按GB5972 86起重機(jī) 械用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范執(zhí)行。表4：試驗(yàn)滑輪參數(shù)滑輪編號(hào)滑輪材質(zhì)繩槽熱處理繩槽底部硬度135火焰淬火HRC30235火焰淬火HRC50335火焰淬火HRC404Q235A滲碳淬火HRC535Q235A熱軋風(fēng)冷HB1706Q235A滲碳淬火HRC60實(shí)驗(yàn)表明，從低硬度滑輪到中硬度、中高硬度滑輪和高硬度滑輪, 與其匹配的試驗(yàn)鋼絲繩使用壽命曲線呈雙峰形（倒W形），繩槽表面7硬度過高或過低均對(duì)鋼絲繩使用壽命不利，而表面

9、硬度控制在HRC3O和HRC50附近范圍對(duì)鋼絲繩使用壽命有利（見表5與圖2）。表5：鋼絲繩使用壽命對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果滑輪編號(hào)繩槽底部硬度試驗(yàn)繩平均使用壽命相對(duì)壽命（與HB170比）1HRC3O1744851. 782HRC5O141318L 443HRC401263051. 294HRC531137961. 165HB170978821. 006HRC6O899640. 92一鋼絲繩相對(duì)壽命o 11*11HB1703040505360繩槽硬度3 .鋼絲繩滑輪最佳匹配建議鋼絲繩與滑輪是互為匹配的一對(duì)磨損件。從降低設(shè)備營(yíng)運(yùn)成本 角度看，提高鋼絲繩壽命有顯著經(jīng)濟(jì)效益；滑輪在大型起重機(jī)上數(shù)量 多，多數(shù)安裝在

10、高空結(jié)構(gòu)件上，維護(hù)更換比較困難，提高滑輪耐磨性, 減少維護(hù)和更換頻率，對(duì)提高整機(jī)使用可靠性和降低維護(hù)成本同樣十 分重要。#/干勿子它砥伙 、幾陰，-口，'之乂,1 牛綜合滑輪耐磨性及不同硬度滑輪對(duì)鋼絲繩使用壽命影響的研究 結(jié)果，提出如下鋼絲繩與滑輪最佳匹配建議。港口起重機(jī)滑輪槽硬度的最佳硬度范圍為HRC28-HRC35； HRC45 HRC50。其中HRC28HRC35適合用于鋼絲繩線速度低于 200m/inin.滑輪槽無側(cè)向磨損的情況，如門座起重機(jī)除了臂架頭部 以外的各部分導(dǎo)向滑輪等；HRC45-HRC50適用于鋼絲繩線速度高 于200 m/min或滑輪繩槽有側(cè)向磨損的情況，如門座起重機(jī)臂架頭部 導(dǎo)向滑輪、岸邊集裝箱起重機(jī)的各部分滑輪等情況。根據(jù)我國(guó)國(guó)產(chǎn)我鋼絲繩材質(zhì)和工藝水平的實(shí)際狀況，對(duì)于6股 鋼絲繩，應(yīng)優(yōu)先考慮選用1770N/mm2強(qiáng)度等級(jí)，并與HRC28HRC35 的中硬度滑輪匹配使用，可以使滑輪耐用性與鋼絲繩的抗疲勞性及使 用壽命達(dá)到最佳狀態(tài)。對(duì)于多股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，由于與滑輪槽的接觸