鋼絲繩作為連接啟閉機(jī)和水工閘門的關(guān)鍵構(gòu)件,因其外表直觀,結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)保養(yǎng)的重要性往往不被重視.在分析啟閉機(jī)鋼絲繩失效原因的基礎(chǔ)上,對如何正確選擇鋼絲繩的型號(hào)、怎樣確定連接方式以及計(jì)算最小破斷拉力等問題進(jìn)行了歸納總結(jié)；闡述了在實(shí)際工作中如何有效地進(jìn)行鋼絲繩的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修等問題.其經(jīng)驗(yàn)不僅實(shí)用可靠,而且效果很好,可供從事水工閘門的管理人員參考。

卷揚(yáng)式啟閉機(jī)構(gòu)造簡單，維護(hù)檢修方便，因此廣泛應(yīng)用于閘門啟閉。鋼絲繩作為連接啟閉機(jī)和閘門的關(guān)鍵構(gòu)件，對充分發(fā)揮工程效益至關(guān)重要。但因其外表直觀，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)的重要性往往不被重視。本文在分析啟閉機(jī)鋼絲繩失效原因的基礎(chǔ)上，提出如何正確選擇鋼絲繩的型號(hào)、連接方式以及計(jì)算最小破斷拉力；結(jié)合實(shí)際，闡述了如何有效進(jìn)行鋼絲繩的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修，對延長其使用壽命，確保閘門正常啟閉，具有一定的借鑒意義。 關(guān)鍵詞：啟閉機(jī)；鋼絲繩；失效原因分析；選用；檢查；維護(hù)

固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)構(gòu)造較簡單易于制造，維護(hù)檢修方便，廣泛應(yīng)用于各種類型閘門的啟閉。鋼絲繩作為連接啟閉機(jī)和閘門的關(guān)鍵構(gòu)件，對于充分發(fā)揮工程效益至關(guān)重要。因其外表直觀，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)的重要性往往不被重視，在工程運(yùn)用過程中，鋼絲繩使用環(huán)境惡劣，受力復(fù)雜，因選用不當(dāng)、維護(hù)保養(yǎng)不良造成的險(xiǎn)情或事故并不鮮見，對工程造成的后果不堪設(shè)想，因此必須選擇合理型號(hào)，加強(qiáng)保養(yǎng)和維修，確保閘門正常啟閉，工程安全運(yùn)行。

1失效原因分析

實(shí)際使用中，啟閉機(jī)鋼絲繩的受力情況很復(fù)雜，主要承受以下三種力：一是閘門自重、配重、水柱壓力和磨擦阻力所相起的拉伸力；二是鋼絲繩穿繞過卷筒、滑輪所引起的彎曲力；三是鋼絲繩與卷筒、滑輪接觸時(shí)所受的擠壓力等。 1.1銹蝕

啟閉機(jī)鋼絲繩長期處于暴露的大氣或水中，往往由于電化學(xué)腐蝕使其表面剝離，產(chǎn)生黑皮麻坑形成溝紋，在水質(zhì)污染嚴(yán)重的干濕交替部位尤為嚴(yán)重。實(shí)踐證明：由于腐蝕原因引起的強(qiáng)度和韌性損失大大超過了正常磨損和疲勞的影響。含有酸性和堿性的水流和氣流，不僅會(huì)沖刷掉鋼絲繩表面和內(nèi)部的油脂，造成繩芯腐爛，鋼絲繩銹蝕，而且還會(huì)使股與股及鋼絲繩間磨損擠壓，鋼絲強(qiáng)度和韌性損失加劇。

防止鋼絲繩銹蝕損傷的方法有兩種，一種是勤涂油，二是選用鍍鋅或不銹鋼等特種鋼絲繩。 1.2磨損

啟閉機(jī)鋼絲繩使用時(shí)與卷筒等其它物體接觸并有相對運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，鋼絲繩的表面也不斷磨損。鋼絲繩最常見的磨損方式一般有外部磨損和內(nèi)部磨損兩種情況。 1.2.1外部磨損

鋼絲繩在使用過程中其外周與滑輪槽、卷筒壁、鉤頭等物體表面接觸而引起的磨損屬于外部磨損。外部磨損使外周表面的細(xì)鋼絲被磨平，繩徑變細(xì)。鋼絲繩的破斷載荷隨著承受載荷截面積減小，也相應(yīng)降低。實(shí)際使用中，外部磨損造成的單周磨損較全周磨損更為惡劣，因此應(yīng)盡可能使單周磨損的鋼絲改為全周均勻磨損。在鋼絲繩全長范圍內(nèi)，也可通過調(diào)頭使用等方法盡可能做到均勻地磨損，延長其使用壽命。 1.2.2內(nèi)部磨損

鋼絲繩經(jīng)過卷筒或滑輪時(shí)，所承受的全部負(fù)荷壓在其一側(cè)，此時(shí)鋼絲繩鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。彎曲時(shí)，鋼絲繩內(nèi)部各根細(xì)鋼絲就會(huì)相互產(chǎn)生作用力并產(chǎn)生滑移，股與股之間接觸應(yīng)力增大使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕。當(dāng)反復(fù)循環(huán)彎曲拉伸時(shí)，壓痕逐漸加大為深凹，并產(chǎn)生集中應(yīng)力而被折斷。細(xì)鋼絲表面的壓力與鋼絲繩所承受的拉力成正比，在拉力相同情況下，受壓面積不同單位面積承受的壓力也不同。實(shí)踐表明：采用線接觸或面接觸的鋼絲繩比采用點(diǎn)接觸鋼絲繩在減少內(nèi)部磨損方面更為有利。 1.3疲勞

鋼絲繩反復(fù)通過滑輪或卷筒，無數(shù)次的彎曲容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞，韌性下降，最終導(dǎo)致斷絲。彎曲疲勞斷絲通常出現(xiàn)在彎曲程度最歷害一側(cè)的外層鋼絲上。當(dāng)彎曲疲勞斷絲的出現(xiàn)意味著鋼絲繩已到了使用后期。鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比值（即卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比值）、安全系數(shù)和鋼絲繩的結(jié)構(gòu)均有密切關(guān)系。卷筒和滑輪系數(shù)（D/d）可按表1選取。平衡滑輪的直徑一般取為D0mim的0.8倍。

表1 卷筒和滑輪系數(shù)

機(jī)構(gòu)工作級別 Q1 Q2 卷筒和滑輪系數(shù)（D/d） 18 20 Q3~Q4

25 表2 啟閉機(jī)的工作級別劃分

工作級別 Q1-輕 Q2-輕 Q3-中 Q4-重

總設(shè)計(jì)壽命（H） 800 1600 3200 6300 有時(shí)啟閉額定載荷，一般啟閉中等載荷 經(jīng)常啟閉額定載荷 荷載狀態(tài) 不經(jīng)常使用且啟閉額定載荷 1.4變形 1.4.1外傷

啟閉機(jī)鋼絲繩與其它設(shè)備的不正常接觸、受到其它物體的撞擊以及在卷筒上卷亂時(shí)的相互傾軋均容易造成外傷。這種損傷因局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面在擠壓處向兩旁伸展成翅形。這種損傷雖然截面積減少不多，但局部擠壓處的鋼絲韌性下降，極易斷絲。 1.4.2扭結(jié)

鋼絲繩在局部扭曲后產(chǎn)生的永久變形叫做鋼絲繩的扭結(jié)。扭結(jié)的方向與鋼絲繩旋向一致的稱為正扭結(jié)，反之稱為負(fù)扭結(jié)。由于普通鋼絲繩具有自轉(zhuǎn)性，當(dāng)繩股端部不加捆扎便施加張力時(shí)，繩股便會(huì)向倒捻方向旋轉(zhuǎn)，這扭結(jié)的內(nèi)在因素。鋼絲繩扭結(jié)后只有局部繩芯外露，一般沒有斷絲現(xiàn)象，但強(qiáng)度明顯降低。實(shí)驗(yàn)表明：正扭結(jié)的強(qiáng)度只有原強(qiáng)度的60%~80%，負(fù)扭結(jié)的強(qiáng)度還不到原強(qiáng)度的50%。鋼絲繩的扭結(jié)可采取選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩、自由端設(shè)置轉(zhuǎn)子和發(fā)現(xiàn)扭結(jié)立即停止操作，釋放還原等措施加以防止。

2鋼絲繩的選用

2.1鋼絲繩型號(hào)選擇

鋼絲繩一般是由許多根直徑為0.4～2mm，抗拉強(qiáng)度為1200～2200MPa的鋼絲按一定規(guī)則捻制而成。按照捻制方法不同，分為單繞、雙繞和三繞，啟閉機(jī)常選用雙繞鋼絲繩，它是由鋼絲捻成股，再由多股圍繞繩芯繞成繩，繩芯材料一般分有機(jī)物（麻芯和棉芯）、石棉芯或金屬芯三種，繩內(nèi)部通常無填充物或潤滑

劑。對于單層纏繞且經(jīng)常浸入水下的啟閉機(jī)鋼絲繩宜采用石棉芯鋼絲繩。

雙繞鋼絲繩按照捻制方向分為同向繞、交叉繞和混合繞三種，并規(guī)定鋼絲繩的旋向與相對于鋼絲繩的縱軸為基準(zhǔn)的外股螺旋線的旋向一致，分為左旋和右旋，股的旋向則是以股的縱軸為基準(zhǔn)，組成股的外絲的螺旋線的方向?yàn)槊抗傻男颉Ｍ蚶@是鋼絲捻成股的方向與股捻成繩的方向相同，這種繩的撓性好、表面光滑磨損小，但易松散和扭轉(zhuǎn)，不宜用來懸吊重物。交叉繞是指鋼絲捻成股的方向與股捻成繩的方向相反，這種繩不易松散和扭轉(zhuǎn)，宜作起吊繩，但撓性差。混合繞指相鄰的兩股的鋼絲繞向相反，性能介于兩者之間，但制造復(fù)雜，價(jià)格昂貴，使用較少。因此，啟閉機(jī)選用交叉繞鋼絲繩。

普通鋼絲繩在單根使用時(shí)，都有向鋼絲繩繞向相反方向旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，特別是在滑輪組中使用時(shí)會(huì)因鋼絲繩旋轉(zhuǎn)而造成起吊鋼絲繩旋扭，俗稱打絞。為避免鋼絲繩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久變形，使鋼絲繩產(chǎn)生更擰緊的趨勢，鋼絲繩旋向的確定應(yīng)遵循：右旋繩槽的卷筒推薦使用左旋鋼絲繩，左旋繩槽的卷筒則應(yīng)使用右旋鋼絲繩。

鋼絲繩的直徑應(yīng)略小于繩槽節(jié)距和繩槽直徑，以增加鋼絲繩與卷筒間的接觸面積，減少相鄰鋼絲繩間的摩擦力，從而提高鋼絲繩的壽命。實(shí)踐證明，鋼絲繩的直徑比繩槽節(jié)距小１％，有助于排繩緊密，有效消除爬繩、亂繩現(xiàn)象。

在相同直徑下，鋼絲繩外股數(shù)目越多直徑則越細(xì)，單根鋼絲則越細(xì)，這種鋼絲繩的撓性好，能很好的克服鋼絲繩多次進(jìn)出卷筒時(shí)受到的反向彎折力，穿繩也容易。而較粗的外股，其鋼絲也較粗，則能更好的抵抗磨損、機(jī)械損傷、腐蝕和擠壓力。因此，只有將兩種優(yōu)點(diǎn)很好的結(jié)合起來，才是真正高性能的優(yōu)質(zhì)鋼絲繩。啟閉機(jī)鋼絲繩大多選用6*37或6*19型鋼絲繩。 2．2連接方式選擇

鋼絲繩在滾筒端的固定大多采用壓板螺栓固定在滾筒上或用壓板螺栓加雞心鐵擠壓固定在滾筒翼緣側(cè)面，與閘門吊耳的連接則有插編、楔塊楔套、繩卡、鋁合金管壓制、繩套澆注等五種連接方式可供選擇。

插編和繩卡連接工藝簡單，用繩量較大，連接強(qiáng)度分別達(dá)到鋼絲繩破斷拉力的75%和85%，但大直徑鋼絲繩插編較困難，因此插編多用于小直徑鋼絲繩連接，繩卡連接可用于大直徑鋼絲繩連接；楔塊楔套工藝簡簡單，操作方便，安全性較低，連接強(qiáng)度可達(dá)到鋼絲繩破斷拉力的75%；鋁合金管壓制和繩套澆注的

工藝較復(fù)雜，成本較高，特別是鋁合金管壓制還需要液壓設(shè)備，但比較省繩子，安全性高，連接強(qiáng)度均可達(dá)到鋼絲繩破斷拉力的100%。使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況，綜合比較，選擇合理的連接方式。目前，在閘門啟閉機(jī)中應(yīng)用較多的是繩卡連接和繩套澆注連接。

表3 連接方式比較 連接方式 插編 楔塊楔套 繩卡 壓制 繩套澆注

工藝 簡單 簡單 簡單 復(fù)雜 復(fù)雜

用繩量 多 較少 最多 少 最少

成本 低 較低 低 高 高

適用鋼絲繩直徑

較小 小 大 較小 無要求

安全性 低 低 較高 高 高

2.3鋼絲繩的允許拉力計(jì)算

鋼絲繩在選用時(shí)應(yīng)考慮多根鋼絲的受力不均勻性及其用途，鋼絲繩的最小破斷拉力Fo按下式計(jì)算：

Fo?KS

式中：

S——鋼絲繩最大工作靜拉力(kN)； K——安全系數(shù)，見表4；

表4 啟閉機(jī)鋼絲繩的安全系數(shù)

工作級別 Q1 Q2 Q3～Q4 安全系數(shù) 4.5 5.0 5.5 3鋼絲繩的檢查

啟閉機(jī)鋼絲繩根據(jù)所處的工作環(huán)境和部位分為水上和水下兩部分，工作條件的不同，檢查的要求也不相同。