抓斗卸船機(jī)鋼絲繩使用及管理

劉壽恩

（神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責(zé)任公司，廣東 珠海519000）

1 背景

1.1 設(shè)備參數(shù)

某碼頭4 臺(tái)抓斗卸船機(jī)額定能力為1800t/h 的，于2013 年1 月份投入使用。抓斗卸船機(jī)小車(chē)為四卷筒差動(dòng)式鋼絲繩牽引小車(chē)，可沿卸船碼頭軌道工作或非工作性運(yùn)行，主要用于卸煤（容重為0.8～0.95t/m3），兼顧少量海沙。

1.2 使用環(huán)境

卸船機(jī)運(yùn)行與高溫、潮濕的鹽霧環(huán)境，主要用于5-10 萬(wàn)噸級(jí)散貨船接卸。卸船機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，抓斗從船艙抓取煤炭，小車(chē)行走運(yùn)至漏斗上方卸料，煤炭由漏斗斗出口處的振動(dòng)給料器排出，再經(jīng)分岔門(mén)有選擇地輸送到安裝在棧橋上的兩條皮帶機(jī)中的其中的一條上，經(jīng)輸送帶及轉(zhuǎn)接塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)至后方的堆取料機(jī)，在堆場(chǎng)進(jìn)行堆存。

1.3 鋼絲繩使用及管理

4 臺(tái)抓斗卸船機(jī)起升、開(kāi)閉鋼絲繩設(shè)計(jì)選用鋼絲繩型號(hào)為6×36WS+IWRC, 強(qiáng)度等級(jí)為1770MPa，直徑為42.5mm，符合GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》標(biāo)準(zhǔn)。在日常使用過(guò)程中，建立了完善的使用及管理制度，采取定期檢查，定性及定量相結(jié)合的方式進(jìn)行維修及更換。在鋼絲繩品牌選用方面，進(jìn)口品牌鋼絲繩及國(guó)產(chǎn)品牌鋼絲繩均使用過(guò)，以國(guó)產(chǎn)鋼絲繩為主。根據(jù)使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，各品牌鋼絲繩對(duì)卸船機(jī)均具有良好的適應(yīng)性。

1.4 存在問(wèn)題

2018 年11 月份至2019 年4 月份，4 臺(tái)抓斗卸船機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，起升長(zhǎng)繩及開(kāi)閉短繩出現(xiàn)多次斷股情況，其中起升長(zhǎng)繩出現(xiàn)一次斷繩情況，安全隱患較大。通過(guò)查閱質(zhì)量證明書(shū)，該批次鋼絲繩根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》檢驗(yàn)合格。為明確鋼絲繩鋼絲繩損壞原因，完善鋼絲繩管理制度，以提高抓斗卸船機(jī)使用的安全性，本文從鋼絲繩質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)工況兩個(gè)方面進(jìn)行了分析。

2 鋼絲繩失效分析

2.1 鋼絲繩質(zhì)量分析

該批次鋼絲繩頻繁出現(xiàn)失效情況后，鋼絲繩生產(chǎn)廠家技術(shù)人員及碼頭運(yùn)維技術(shù)人員依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，對(duì)該批次鋼絲繩進(jìn)行了采樣，送至具有相關(guān)資質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了質(zhì)量復(fù)核，對(duì)鋼絲繩自身質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了排查。

為了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及配套制作工藝進(jìn)行綜合分析，本次檢驗(yàn)共采集2 個(gè)樣品：

樣品1：全新未使用鋼絲繩，長(zhǎng)度約2 米。

樣品2：澆鑄好梨形繩頭短繩，長(zhǎng)度約2.5 米。

檢驗(yàn)項(xiàng)目：鋼絲繩破斷拉力

檢驗(yàn)依據(jù)：GB/T 8358-2014 《鋼絲繩實(shí)際破斷拉力測(cè)定方法》

檢測(cè)結(jié)果如下：

序號(hào) 檢測(cè)結(jié)果 樣品1 實(shí)際破斷拉力為1258KN，合格標(biāo)準(zhǔn)值為≥1140KN 樣品2 946.9KN 時(shí)閉式索節(jié)連接處出現(xiàn)滑動(dòng)，鋼絲繩未出現(xiàn)斷絲、斷股。合格標(biāo)準(zhǔn)為≥1140KN，且在1140KN 時(shí)閉式索節(jié)連接處不允許滑動(dòng)，鋼絲繩不允許出現(xiàn)斷絲、斷股

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析：

（1）鋼絲繩破斷拉力指標(biāo)滿足GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》要求。

（2）梨形繩套澆鑄工藝存在缺陷，未滿足GB/T 30588-2014《鋼絲繩繩端合金熔鑄套接》要求。

檢測(cè)結(jié)果表明，鋼絲繩破斷拉力指標(biāo)滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，配套制作工藝存在缺陷，但無(wú)法明確制作工藝缺陷與鋼絲繩失效之間的直接關(guān)系。

根據(jù)建立旱情評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和發(fā)展旱災(zāi)治理技術(shù)的需要以及上述干旱分區(qū)的原則，結(jié)合淮河流域的相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，篩選出對(duì)流域干旱情況地域分異影響較大的幾個(gè)指標(biāo)，分別為地貌、降雨量、受災(zāi)率（受旱面積與播種面積之比）、成災(zāi)比（成災(zāi)面積與受災(zāi)面積之比）、耕地有效灌溉率（有效灌溉面積與播種面積之比）、糧食作物占播種面積的比例以及糧食單產(chǎn)量等7項(xiàng)。

2.2 鋼絲繩失效分析

為了進(jìn)一步明確鋼絲繩故障原因，技術(shù)人員繼續(xù)采集失效鋼絲繩樣品，送至具有相關(guān)資質(zhì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行鋼絲繩失效分析。

本次失效分析共采集3 個(gè)樣品：

樣品1：起升長(zhǎng)繩，在靠近繩頭位置發(fā)生斷繩，將繩頭附近2m 鋼絲繩及配套繩頭送檢。

樣品2：開(kāi)閉短繩，在靠近繩頭位置出現(xiàn)斷股。

樣品3：開(kāi)閉短繩，在靠近繩頭位置出現(xiàn)斷股。

圖1 斷裂鋼絲繩樣貌

序號(hào) 檢測(cè)結(jié)果 樣品1 鋼絲繩斷裂原因?yàn)橛赡p擠壓引起的疲勞斷裂,鋼絲繩表面由于摩擦產(chǎn)生高溫,導(dǎo)致材質(zhì)發(fā)生變化,由索氏體+鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,馬氏體組織是一種硬而脆的組織,易發(fā)生裂紋 樣品2 鋼絲繩繩芯斷裂主要是擠壓引起的疲勞斷裂 樣品3 鋼絲繩繩芯由擠壓引起疲勞斷裂,繩芯斷裂后,增大了外層股負(fù)載,力集中于外層股,外層股不足以承擔(dān)進(jìn)而斷裂 ?

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析：鋼絲繩在使用過(guò)程中，受到非正常的磨損擠壓，嚴(yán)重部位已經(jīng)出現(xiàn)材質(zhì)變化，長(zhǎng)期擠壓導(dǎo)致疲勞斷裂。

另外，鋼絲繩能譜分析、金相顯微觀察、力學(xué)性能分析三項(xiàng)結(jié)果顯示，鋼絲繩各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)GB/T 8918-2006《重要用途鋼絲繩》要求。

圖2 斷口整體形貌放大圖

2.3 現(xiàn)場(chǎng)工況分析

為進(jìn)一步確認(rèn)鋼絲繩損壞原因，碼頭對(duì)不同噸位散貨船作業(yè)進(jìn)行了觀測(cè)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，超過(guò)5 萬(wàn)噸級(jí)船舶，艙沿離艙壁距離較遠(yuǎn)，尤其是在濕黏煤作業(yè)時(shí)，艙沿下方留料過(guò)多，采用“甩斗”操作能明顯提升清艙階段的卸船效率。實(shí)際作業(yè)中，操作人員多數(shù)情況下會(huì)采取該種作業(yè)方式來(lái)提升卸船的效率。

通過(guò)綜合分析，基本可以明確，鋼絲繩出現(xiàn)異常損壞的主要原因?yàn)椋鳂I(yè)過(guò)程中鋼絲繩與艙沿的異常摩擦，由磨損擠壓引起的疲勞斷裂。

3 改進(jìn)措施

3.1 人員技能提升

根據(jù)原因分析，在現(xiàn)有作業(yè)模式下，卸船機(jī)操作人員的技能水平會(huì)對(duì)鋼絲繩的使用產(chǎn)生較大的影響。而卸船機(jī)操作人員技能要求較高，需要較長(zhǎng)的培訓(xùn)周期。在進(jìn)行操作人員培養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)注重理論與實(shí)際相結(jié)合，從根本上提升人員的技能。需加強(qiáng)特殊作業(yè)模式的練習(xí)，例如在進(jìn)行邊艙物料抓取的過(guò)程中，盡量避免鋼絲繩與艙沿發(fā)生摩擦擠壓，須杜絕抓斗在重載情況下與艙沿發(fā)生摩擦擠壓。

3.2 維修工藝管控

通過(guò)分析表明，梨形繩套的加工工藝存在缺陷。工藝缺陷易導(dǎo)致鋼絲繩受力不均。在日常的維修保養(yǎng)工作中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)梨型繩套制作工藝管控，提高制作質(zhì)量。包括合金型號(hào)選用、繩端垂直度保證、鋼絲繩繩端綁扎質(zhì)量控制、澆鑄溫度控制等，形成完善的操作標(biāo)準(zhǔn)票。另外，相關(guān)工屬具的制作也應(yīng)關(guān)注，實(shí)際使用過(guò)程中，用于澆鑄繩頭的支架，若出現(xiàn)垂直高度不夠的問(wèn)題，也會(huì)直接直接影響鋼絲繩的使用。

3.3 日常潤(rùn)滑管理

鋼絲繩屬于易磨損部件。需根據(jù)不同的作業(yè)貨種，建立完善的潤(rùn)滑管理制度選用專用油品，確認(rèn)合理周期，提高潤(rùn)滑質(zhì)量，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。

4 未來(lái)發(fā)展方向

4.1 鋼絲繩檢測(cè)無(wú)人化

現(xiàn)有的鋼絲繩檢查主要通過(guò)人工進(jìn)行，已無(wú)法完全滿足鋼絲繩安全管理的要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋼絲繩全生命周期安全監(jiān)測(cè)。目前存在的主要問(wèn)題包括：

（1）鋼絲繩的安全使用管控困難。

（2）人工檢測(cè)鋼絲繩效率低下。

（3）鋼絲繩檢測(cè)結(jié)果不可靠。

（4）鋼絲繩用繩成本浪費(fèi)巨大。

由于人工檢查的局限性和不確定性，為了確保鋼絲繩安全，使用單位只能采取“犧牲成本換取安全”的做法，定期或定量對(duì)鋼絲繩進(jìn)行更換。增加了備件更換的成本。

目前，市場(chǎng)上已出現(xiàn)利用弱磁原理進(jìn)行鋼絲繩檢測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在離線，實(shí)時(shí)檢測(cè)，超限報(bào)警等功能。該類(lèi)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩在線檢測(cè)的自動(dòng)化，無(wú)人化，鋼絲繩使用及管理的可視化，智能化，真正實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的科學(xué)管理。未來(lái)，將會(huì)有越來(lái)越多的鋼絲繩系統(tǒng)配備該類(lèi)檢測(cè)設(shè)備，大大提升鋼絲繩的使用安全性。

圖3 新型鋼絲繩在線檢測(cè)系統(tǒng)

4.2 快速裝配式繩頭

由于傳統(tǒng)的澆鑄式梨形繩套在鋼絲繩出現(xiàn)損傷時(shí)更換耗時(shí)長(zhǎng)，工藝管控較復(fù)雜，且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，目前正逐步被新型螺旋式繩套所替代。螺旋式繩套的更換時(shí)間大大縮短，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，維修時(shí)間能由原來(lái)6 個(gè)小時(shí)縮短至1 個(gè)小時(shí)以內(nèi)，大大減少了對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的影響。抓斗卸船機(jī)作為常用的散貨設(shè)備，鋼絲繩系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響安全生產(chǎn)及作業(yè)效率。在日常使用及維保過(guò)程中，針對(duì)鋼絲繩系統(tǒng)的使用，除了需對(duì)使用數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，針對(duì)異常損壞情況，應(yīng)從各個(gè)方面進(jìn)行損壞原因分析，明確影響因素，優(yōu)化管理模式，進(jìn)行預(yù)防性維修，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全。