滕启斯 罗克松 王旭虹
国家起重运输机械质量监督检验中心 北京 100007
摘 要：文中以常见的港口起重机械吊索具为研究对象，通过调研港口常用吊索具的类型及特点，分析不同吊索具的失效形式，并采用综合影响评价的方法，得到吊索具的安全评价等级，为港口起重机械吊索具的管理部门提供参考，既能降低吊索具的安全事故，又能减少不必要的更换，进而减少生产开支。
关键词：港口起重机械；在役吊索具；安全评价
中图分类号：U653.921 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）23-0090-03
0 引言
起重机械通过与各种吊具与索具的配合将重物搬运至所需位置，实现重物的空间位移，对减轻繁重的体力劳动、节省人力、提高生产效率和实现生产过程的机械化、自动化具有重要的意义。吊具是指起重吊运作业的刚性取物装置，可以直接吊取物品，索具是指吊运物品时，系结钩挂在物品上具有挠性的组合取物装置。起重机械的吊索具种类较多，使用频繁，在役吊索具安全事故时有发生。起重机使用较多的场合，比如港口货运码头，使用方只能依靠工作经验判定吊索具寿命，替换下来的吊索具以及吊索具配件堆积如山，但实际上吊索具以及配件并没有达到其使用寿命，自身的承载性能也依然能达到额定要求，因此需要对起重机在役吊索具安全评价方法进行研究，通过该方法，使用方可基本掌握在役吊索具的使用性能，降低在役吊索具安全事故的发生，减少不必要的更换，进而减少生产开支。
1 港口常用吊索具的类型及特点
港口上常用的吊具有吊钩、C 形钩、吊梁等。C 形钩（见图1）主要用于搬运钢卷，一般由钢板拼接而成，截面为箱形结构，具有较好的抗弯曲、抗扭转性能，吊具重量轻，使用寿命长，其主要检查区域为内弯处。C形钩的使用工况良好，载荷固定，因此具有较长的使用寿命。本次调研了8 台C 形钩，其中1 台发现了10 mm的裂纹，其余均未发现问题。吊梁（见图2）是专用横梁吊具。其结构简单合理、吊运和安装过程动作灵活、使用方便、安全可靠。其主要检查区域为吊点及焊缝。在使用频繁的港口码头，吊梁的吊点处会有变形情况，需要注意。本次调研了5 台工字钢吊梁、4 台吊梁，其中在一台吊梁的焊缝处发现4 mm 裂纹，多处吊点处有变形情况。支杆（见图3）用于组合吊装中，在港口比较常见，其主要检查区域为吊点。调研的4 根支杆均未发现问题。鼻形钩（见图4）常用于组合吊装，在吊洞下方及钩头内弯处易出现裂纹。调研的3 台鼻形钩均发现了大量的疲劳裂纹。因此该类型的吊具需要重点进行磁粉探伤。吊具扭锁（见图5）为集装箱吊具的受力构件，一般采用无损探伤进行检查。调研的8 台均未发现问题。港口起重机械常用吊钩分为直柄单钩和直柄双钩，如图6 所示为直柄双钩。在使用频繁，载荷较大的情况下，双钩主要受力部位易出现疲劳裂纹。本次共调研了44 个吊钩，其中25 台吊钩存在疲劳裂纹，多台使用频繁的吊钩存在明显的塑性变形。
港口常见的索具有钢丝绳、吊带，这两种索具十分常见，用途也十分广泛。在日常维护中，钢丝绳要注意观察是否有断丝以及断丝分布状况和程度，是否有生锈，腐蚀情况，是否变形，是否有强扭痕迹，是否有压扁、损伤、松股或松捻等情况。吊带要注意表面不应有横向、纵向擦破或割断，不应有边缘、软环及末端件的损坏，不应有腐蚀、表面纤维脱落或擦掉等缺陷，边缘不应有割断缺陷等。
2 常见吊索具的失效形式
通过对港口常用吊索具进行的调研发现，最常用的、数量最多的吊索具是钢丝绳和吊钩。因此我们主要对钢丝绳和吊钩进行失效形式分析。
GB/T 34198—2017《起重机用钢丝绳》和GB/T5972—2016《起重机 钢丝绳 保养、维护、检验和报废》对于钢丝绳在选型使用和检验报废方面都做了详细规定，对于钢丝绳在失效模型的建立具有重要作用。在钢丝绳失效模型中，有4 个重要的参数，分别是断丝、钢丝绳直径减少、腐蚀、畸形和损伤。钢丝绳寿命后期断丝比率要高于早期，断丝比率随时间变化而增加。对不同类别的钢丝绳达到报废程度的最少可见断丝数都有不同的要求。钢丝绳直径减少导致的报废也是根据钢丝绳类别制定有相应的报废指标。其中钢丝绳直径减少率为
式中：dref 为参考直径，dm 为实测直径，d 为公称直径。如果发现钢丝绳直径有明显的局部减小，例如由绳芯或钢丝绳中心区损伤导致的直径局部减少，则应报废钢丝绳。腐蚀分为外部腐蚀、内部腐蚀、摩擦腐蚀。评估腐蚀范围时，重要的是区分钢丝腐蚀和由于外来颗粒氧化而产生的钢丝绳表面腐蚀之间的差异。其中有明显迹象的内部腐蚀应立即报废。钢丝绳失去正常形状而产生的可见形状畸变都属于畸形。畸形通常会导致畸形区域的钢丝绳内部应力分布不均匀。
吊钩的失效形式有：表面裂纹、变形、磨损、腐蚀。吊钩的表面不应有裂纹，如果有裂纹，应该报废。裂纹通常产生于吊钩主要受力面上。吊钩由变形导致的报废有三种，分别是开口尺寸超过使用前的10%，扭转变形超过10°，钩柄有塑性变形。吊钩磨损量不应超过基本尺寸的5%，否则应报废。吊钩的钩柄直径腐蚀的尺寸大于基本尺寸的5%，应报废。吊钩的螺纹不得腐蚀，否则应报废，另外吊钩的缺陷不允许补焊。
3 检验试验方法
吊索具常见的检验试验方法有尺寸检测、拉力试验、无损探伤。尺寸检测主要是针对相关标准有规定的用于检测相关尺寸超过报废条件的测量。拉力试验应用于钢丝绳、链条、吊带、吊钩等，通过特殊的工装，拉力试验也可用于箱型吊梁的拉力试验，如图7 所示。无损检测方法包含磁粉检测、超声检测、渗透检测。其中超声检测用于发现工件内部的缺陷，磁粉检测与渗透检测用于发现近表面的缺陷。对于在役吊索具而言，长时间的使用容易产生疲劳裂纹，而疲劳裂纹多产生于表面，前文提到的吊钩和鼻形钩大量的疲劳裂纹就是通过磁粉探伤发现的。对于钢丝绳的检测，目前市场上有一种智能钢丝绳探伤仪，可以对钢丝绳的断丝、磨损、锈蚀、变形进行检验，非常方便，通过一种仪器就能将钢丝绳多种失效形式同时进行检测，大大提高了检测效率。
图7 拉力试验机箱型梁工装
4 安全评价方法
综合影响评价方法是对被评价对象进行客观、公正、合理的全面评价，通过对评价对象不同指标分别进行评价，综合各指标的结果，获得评价对象综合的评价结果。文中采用综合影响评价方法，应用于吊钩的安全评价。首先确定吊钩的劣化种类，检验并记录每种独立劣化的类型和数量；其次评价每种独立劣化的严重程度，严重程度用可以表示为独立报废基准的百分比表示，最后将每种独立劣化的严重程度的百分比相加，得到综合百分比
式中：R 为综合评价百分比，i=1,2,3,4…（劣化的种类数量），Si 为第i 种劣化的严重程度（百分比）。将影响吊钩失效的指标进行分级，获得不同失效形式的百分比，如果结果达到100%，则判定吊钩报废，如果结果低于100%，则达不到报废标准，可以根据严重程度采取相应措施后继续使用，并提高检查保养的频率。表1 为吊钩不同劣化严重程度分级表。
5 总结
采用综合影响评价的方法来判断吊索具的状态，用不同劣化严重程度的综合百分比来表示吊索具的状态，通过不同的检测手段，获取不同劣化的等级信息，然后综合起来得到最终评价的结果。管理部门根据评价结果采用不同的应对措施，既能减少安全事故，又能减少生产开支。
参考文献
[1] GB/T 5972—2016 起重机 钢丝绳 保养、维护、检验和报废[S].
[2] 胡萌. 起重设备吊具索具管理[J]. 设备管理与维修,2019(1):19,20.
