鋼絲繩廣泛應用於起重吊裝及作業系統，許多時候使用環境較為惡劣，且由於其使用中的受力狀態較為複雜，因而極易造成鋼絲材質疲勞損傷，壽命縮短。因此研究鋼絲繩失效的原因，採取適當的維護措施，將有助於延長其使用壽命提高其安全性。
1鋼絲繩失效原因分析
鋼絲繩壽命主要取決於鋼絲繩使用過程中強度下降的快慢，當強度降到極限時即失效。
1.1鋼絲繩磨損嚴重
鋼絲繩磨損是鋼絲繩最常見的損傷方式，是造成鋼絲繩失效的重要原因。由於鋼絲繩在操作時與其他物體接觸並有相對運動，產生摩擦。在機械的、物理的和化學的作用下，鋼絲繩的表面也不斷磨損。
鋼絲磨損一般分為:a.外部磨損;b.
變形磨損;c.內部磨損三種情況，如圖1。
1)外部磨損(純機械磨損)。鋼絲繩在使用過程中，由於與滑輪、捲筒、鉤頭、地面岩石等物體表面接觸而產生的鋼絲磨損。在外部磨損後繩徑將變細，外周表面的細鋼絲被磨平。
圖2是鋼絲繩表面磨損的兩種型別。，鋼絲繩失效原因分析鋼絲繩壽命主要取決於鋼絲繩使用過程中強度下降的快慢，當強度降到極限時即失效。
2)變形磨損(區域性磨損)。變形磨損是就鋼絲繩在某一段的區域性磨損而言，由於振動、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損。如捲筒表面的鋼絲繩受到其他物體的撞擊，起重機起公升鋼絲繩相互打纏，鋼絲繩在滑輪上劇烈振動、衝擊，或者由於滑輪與捲筒中心偏斜而產生的咬繩現象所造成的。
這種變形磨損是區域性擠壓變形，其鋼絲橫斷面是擠壓處向兩旁伸展成翅形，從外**鋼絲寬度擴充套件，鋼絲截面積並末顯著減少，但區域性擠壓處鋼絲材質硬化，極易造成斷絲。
3)內部磨損。鋼絲繩在使用過種程中，經過捲筒或滑輪時，鋼絲繩所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側，各根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同，同時由於鋼絲的彎曲，股中鋼絲產生滑移，這時股與股之間接觸應力增大，而使相鄰股間的鋼絲產生區域性壓痕深凹，當反覆迴圈拉伸彎曲時，在深凹處則產生應力集中而被折斷，形成內部磨損。內部磨損鋼絲斷口呈齒形，表面圓滑凹形。
1.2鋼絲繩疲勞
鋼絲繩在使用過程中主要承受彎曲疲勞和拉伸、扭曲、振動引起的疲勞。鋼絲繩疲勞破壞的過程是:在迴圈載荷作用下，繩中鋼絲的區域性最高應力處，最弱的及應力最大的鋼絲內部晶粒上形成微裂紋，然後裂紋慢慢發展，最終導致疲勞斷絲。
所以，疲勞破壞經歷了裂紋形成、擴充套件和突然斷裂三個階段。
l)彎曲疲勞。
鋼絲繩重複通過滑輪或捲筒中撓上撓下，無數次的彎曲，容易使鋼絲產生疲勞，韌性下降，而內部鋼絲之間互相擠壓出現細微變形也會產生彎曲應力，導致斷絲。鋼絲繩彎曲疲勞對破斷拉力有一定的影響，當出現第一根疲勞斷絲時，點接觸鋼絲繩破斷拉力下降4%一8%，線接觸鋼絲繩下降約12%。通常情況下，疲勞斷絲的出現意味著鋼絲繩已經接近使用後期。
2)拉伸、扭曲、振動引起的疲勞。鋼絲繩在起動和制動的始末，捆紮鋼絲繩在承受載荷的前後，變化的拉神應力會引起金屬疲勞。此外，鋼絲繩經常受到扭曲和振動也是產生疲勞的原因。
疲勞損傷的原理是在變應力的作用下，細鋼絲表面首先由於各種滑移形成初始裂紋，然後裂紋尖端在切應力的作用下反覆塑性變形，使裂紋擴充套件直至斷裂，疲勞引起的斷絲一般斷口平齊，多半出現在表層鋼絲上。他們很有規律。
1.3鋼絲繩鏽蝕嚴重
鋼絲繩一般在露天使用，日曬雨淋會使鋼絲繩腐蝕，尤其是在有害氣體與惡劣環境下使用的鋼絲繩，腐蝕造成的損傷就更嚴重。因腐蝕而受損的鋼絲繩表面存在氧親和性的差異，使表面的某一區域性金屬成為陽極，另一鄰近的區域性金屬成為陰極，形成了大量的小電池。在小電池的作用下，表面便形成很多圓形腐蝕坑，並逐步加深。
這些坑就成了應力集中點、疲勞裂紋的源泉。與此同時，腐蝕使鋼絲繩的截面積減小、彈性和承受衝擊的能力降低。
在實際使用中鏽蝕對鋼絲繩力學效能影響遠遠超過斷絲和磨損的影響。為便於說明問題，粗略將鋼絲繩的鏽蝕程度分為三個等級:i級—鏽蝕輕微，鋼絲變黑，有鏽皮或少量細小點蝕;11級—鏽蝕較重，有較厚鏽皮，點蝕出現麻坑;111級—鏽蝕嚴重，點蝕發展成溝紋，外層鋼絲鬆動，甚至鋼絲失去原有截面積。
曲線關係圖如圖3。
由圖3可看出:
l)鏽蝕程度越嚴重的，磨損也越嚴重。
2)i級鏽蝕鋼絲繩的強度損失在ro%以下;11級鏽蝕在25%以下;111級鏽蝕在25%以上。
1.4鋼絲繩變形
鋼絲繩在搬運和使用過程中，由於受到突然的撞擊或衝擊，而產生破壞鋼絲繩原有結構的現象稱為變形。變形不僅直接損壞了一部分鋼絲，而且因為改變了鋼絲繩形狀，破壞了原繩的結構，產生了諸如拉應力再分配等現象，加速磨損並導致變曲疲勞損失增加。很多斷繩事故是因為鋼絲繩事先受到過變形損傷而沒有引起人們的足夠重現，結果釀成大禍。
變形的主要原因有以下幾種:
1)壓扁。鋼絲繩從高處摔下或受其他物件的衝撞擠壓，鋼絲繩在滑輪裡滑槽，在捲筒上跳出擋板，或亂繞在捲筒上，使負載過大，結果常常使幾十公尺乃至數百公尺的鋼絲繩因為區域性軋壞而報廢。區域性壓扁使一部分鋼絲損壞(鋼絲表面將出現馬氏體這一脆性組織)，繩和股結構受到破壞不僅使破斷拉力降低，如圖4所示，而且會加速造成斷絲和不規則的磨損。
2)扭結。鋼絲繩在區域性扭曲後產生的永久變形叫做鋼絲繩扭結。扭曲的方向與鋼絲繩旋向一致的稱為正扭結，反之稱為負扭結。
普通鋼絲繩帶有自轉性，如果繩股的端部不加捆紮便施加張力，則繩股會向倒捻方向旋轉，這是造成鋼絲繩扭結的內在因素。鋼絲繩在扭結後，經過多次起吊受載，也只有區域性繩芯外露，一般沒有斷絲現象。但試驗表明，鋼絲繩在扭結損傷後強度將顯著降低。
正扭結的強度只有原強度的60%一80%，負扭結的強度還不到原強度的50%。嚴重時強度將降低到只有原來的10%一20%。
3)股鬆弛。鋼絲繩在過小的滑輪上工作，由於受到劇烈的張力變化，個別股出現鬆弛或陷落現象。由於股鬆弛各股所承擔的應力失去平衡，使鋼絲繩破斷拉力損失很大。
1.5鋼絲繩過載
鋼絲繩隨著載荷的增加會有微量的伸長，當載荷超過彈性極限時，鋼絲繩就可能斷裂。通常把鋼絲繩承受的靜載荷控制在破斷載荷的1/10一1/5，叫作安全負荷。安全負荷表示的是鋼絲繩允許承受的額定靜負荷。
但鋼絲繩實際上往往處於運動狀態，鋼絲繩在工作時除了要承受貨物、吊物、自重等靜載荷外，還要受到因加速度和衝擊引起的動載荷，因彎曲引起的附加載荷，因摩擦引起的阻力載荷等等。由此可見，當除了靜載荷以外的其他載荷增多時，實際的安全係數就降低了，鋼絲繩往往由此而引起過載。
因過載而破斷的鋼絲繩，其斷口呈鬆散狀過載的鋼絲繩即使不發生斷裂事故，也會大大地縮短使用壽命。圖5是由試驗得到的安全係數與鋼絲繩壽命的關係曲線，從圖中可見，安全係數降低將導致鋼絲繩使用壽命急劇下降。
2預防措施
2.1防止鋼絲繩磨損措施
鋼絲繩磨損將造成鋼絲繩表面退火、韌性下降、繩徑縮小、表面耐磨效能降低。針對以上情況，可從以下幾方面著手:
l)儘量減少鋼絲繩與其他物體發生磨擦運動。由於鋼絲繩破斷拉力下降率和鋼絲繩直徑減少率成比例關係，而單面磨損比均勻磨損下降率增加一倍左右。因此要盡可能在全周和全長範圍內均勻磨損。
單頭磨損的鋼絲繩可在使用中期換頭，這樣可延長鋼絲繩使用壽命30%一40%。還可加強對繩槽等的潤滑，降低摩擦係數。
2)避免鋼絲繩被其他物體撞擊，避免鋼絲繩相互打纏、捲筒上咬繩，避免使用時激烈振動，減少區域性磨損。
3)從減少內部磨損角度來講，條件許可時，應選用線接觸型鋼絲繩。因為線接觸型鋼絲繩的股內各層鋼絲是等捻距，鋼絲間呈線狀接觸，從而消除點接觸的2次彎曲應力。其壽命比普通點接觸型長1一2倍。
在嚴重磨損條件下，選用面接觸型鋼絲繩可延長壽命2一3倍。
2.2防止鋼絲繩疲勞損傷措施
為防止鋼絲繩疲勞損傷，可從以下幾方面著手:
1)在條件許可的情況下，應盡可能使捲筒和滑輪的直徑加大。直徑的增大，增大了彎曲角度，減少了鋼絲繩中鋼絲的彎曲應力，可顯著提高鋼絲繩的疲勞壽命。
2)在更換新繩時，應遵守「上出上進，下出下進」的原則，盡量避免使鋼絲繩反向彎曲。試驗資料表明，反向彎曲的破壞約為同向彎曲的2倍。
3)盡可能選擇絲徑較粗的線、面接觸鋼絲繩。使用這些鋼絲繩能成倍地提高使用壽命。
2.3防止鋼絲繩鏽蝕損傷措施
為防止鋼絲繩鏽蝕損傷，可從以下幾方面著手:
l)勤塗油，對於經常處於運動狀態的鋼絲繩塗油是必不可少的。新鋼絲繩麻芯一般含有12%一巧%的油脂，而報廢的鋼絲繩在損耗最大的部位僅含2.4%的油脂，在同一根鋼絲繩的繩端，即使沒有經過滑輪也仍含有12.
7%一14.5%的油脂。
試驗表明，塗油鋼絲繩在試驗後期發生的斷絲約為不塗油的一半。一根鋼絲繩最初的含油量只能維持壽命40%，其後如不加油則斷絲急劇增加。
2)對使用環境惡劣、相對運動較少的鋼絲繩可選擇鍍鋅、鍍鋁等特種鋼絲繩。這些鋼絲繩暴露在大氣中的鍍鋅或鍍鋁表面會形成氫氧化鋅和氫氧化鋁薄膜，能有效地防止鋼絲繩的腐蝕。
2.4防止鋼絲繩扭結措施
為防止鋼絲繩扭結，可從以下幾方面著手:
1)在重要的起重裝置上選用不旋轉，不鬆散和撓性好的鋼絲繩。
2)在鋼絲繩的自由端設定轉子(也稱防轉裝置)。
3)加強操作人員工作責任心，發現扭結跡象立即停止操作，釋放還原。
4)避免繩子彎曲半徑過小，滑輪槽形接觸面積盡可能大。
2.5防止鋼絲繩過載措施
為防止鋼絲繩過載，可以從以下幾方面著手:
1)正確選用安全係數，力求減少靜載荷以外的其他載荷對鋼絲繩的影響。如彎曲載荷可以通過加大滑輪和捲筒直徑來減小，動載荷可以通過提高起重機司機的操作水平、改進起重機效能來減少，摩擦阻力可以通過調整滑輪槽的形狀及補充潤滑油來減少等等。
2)嚴格遵守安全操作規程，杜絕人為的超負荷現象。
3)在起重機上安裝負荷指示器、或超負荷限制器、或報警器，消除過載現象。
3結語綜上所述，鋼絲繩在使用過程中失效的主要原因是鋼絲繩的磨損、疲勞、鏽蝕、變形、衝擊等。要延長鋼絲繩的使用壽命提高其安全性，需針對以上失效的原因及時加強維護和保養，並正確的選擇效能穩定、結構先進的鋼絲繩。
鋼絲繩廣泛應用於起重吊裝及作業系統，許多時候使用環境較為惡劣，且由於其使用中的受力狀態較為複雜，因而極易造成鋼絲材質疲勞損傷，壽命縮短。因此研究鋼絲繩失效的原因，採取適當的維護措施，將有助於延長其使用壽命提高其安全性。
1鋼絲繩失效原因分析
鋼絲繩壽命主要取決於鋼絲繩使用過程中強度下降的快慢，當強度降到極限時即失效。
1.1鋼絲繩磨損嚴重
鋼絲繩磨損是鋼絲繩最常見的損傷方式，是造成鋼絲繩失效的重要原因。由於鋼絲繩在操作時與其他物體接觸並有相對運動，產生摩擦。在機械的、物理的和化學的作用下，鋼絲繩的表面也不斷磨損。
鋼絲磨損一般分為:a.外部磨損;b.
變形磨損;c.內部磨損三種情況，如圖1。
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