1、二高硬度鋼質滑輪的耐磨性及其對鋼絲繩使用壽命的影響 鋼絲繩傳動是起重機械不可缺少的傳動方式，其傳動的安全性、耐用性和可靠性對起重機整機工作性能的發揮有著重要影響。提高鋼絲傳動性能的重要途徑之一，是提高滑輪的品質，即使得滑輪具有高的耐磨性、高的輪緣強度和高的運動精度。而滑輪是鋼絲繩傳動中承受載荷、傳力和改變力的方向的重要部件，在大型港口起重機中又是數量大、分布廣、位于高空、難于更換的易損部位，因此研究與改進的目標主要集中在減輕滑輪重量、提高耐磨性上。近年來，根據港口起重機國際市場的需求，上海振華港機公司提出“不更換滑輪”的理念，采用高硬度鋼質滑輪，以此改變了滑輪作為易損部件的性質。為此，對不同材

2、質、表面硬度的滑輪與不同結構的鋼絲繩配合工作下的疲勞磨損問題進行全面、系統的研究，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廣大用戶具有重要意義。 1鋼質滑輪的磨損機理與耐磨性比較研究 滑輪工作時，繩槽與鋼絲繩構成一對摩擦副，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運動關系、接觸狀態及應力大小、材料的機械特性及金相組織結構等因素。鋼絲繩繞過滑輪時，側壁起導向作用，使鋼絲繩順利地進入槽內，防止發生跳槽，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。由于槽底與側壁的工作性質不同，它們的磨損形式與機制不同，在鋼絲繩與滑輪槽的偏角小于允許偏角5º時，鋼

3、絲繩繞滑輪運動時不發生與繩槽側壁的干涉，可不考慮繩槽側壁的磨損，其磨損和疲勞損傷主要發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理 鋼絲繩繞過滑輪運轉時，摩擦副起主導作用的是兩者之間滾動接觸引起的疲勞磨損，還存在著鋼絲繩繞進繞出瞬間由于股與絲間的微位移產生的對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。經大量的試驗研究，表明滑輪磨損速度與它對鋼絲繩相對硬度有密切關系。以鋼絲繩硬度范圍（通常為HRC4752）為基準，將鋼質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（見表1），其中中高硬度級滑輪與鋼絲硬度范圍相當。表1：鋼質滑輪的硬度分級硬度范圍低硬度中硬度中高

4、硬度高硬度硬度范圍HB140280（HB280425）HRC2845HRC4555HRC5565材質Q235或ZG3516M或35， 35CM35，35 CM，42 CM42 CM熱處理工藝水冷或空氣冷卻表面淬火或調質調質、表面淬火調質、表面淬火運轉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表明，對于未經熱處理的Q235、ZG35等低硬度鋼質滑輪，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面無明顯壓痕顯示。新滑輪開始使用階段存在早期磨合磨損現象，滑輪表面硬度不同其磨損量也不同（見表2）。經過早期磨合后，磨損曲線普遍趨于平緩，斜率便小（見圖1）。其原因，對于中、

5、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，在配合運動過程中，實際上產生了對滑輪槽底的冷作加工，形成表面硬化效應，根據實測冷作加工前后的硬度如表3；對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，滑輪經過早期非穩定磨損后，磨損曲線逐漸趨于水平，即經初期磨合后繩槽底部繼續磨損的速度極慢。表2：不同硬度滑輪的磨損量（mm）滑輪磨損次數42CM淬火HRC5235CrMo調質HRC28ZG35鑄造HB195351000.0700.1100.150720000.1300.2300.3101080000.135.02400.3501448100.1400.2450.360

6、1800000.1400.2550.3602412000.1450.2600.365 圖1：低、中、高硬度三種滑輪的磨損實驗曲線表3：早期磨損階段的冷作加工效應Q235A普遍熱軋滑輪35CM調質滑輪ZG35鑄造滑輪滑輪槽底初始硬度HB170HRC28HB195早期磨損后硬度HB192HRC31HB218鋼絲繩結構形式，滑輪與鋼絲繩D/d比等因素對滑輪磨損的影響 不同的鋼絲繩結構形式，其表面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18×7多股不旋轉繩相比，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，其單個接觸點的

7、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，進出繩間的夾角等，它們又與D/d相關，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不同硬度的鋼質滑輪對鋼絲繩使用壽命的影響 采用美國通用鋼絲繩公司生產直徑14.5mm的鋼絲繩，配用常州滑輪廠按試驗要求設計制造的六種不同硬度的滑輪（見表4），在試驗臺上進行分別循環試驗，試驗的參數（載荷、行程、頻率、滑輪與鋼絲繩直徑等）完全相同，鋼絲繩報廢標準按GB597286起重機械用鋼絲繩檢驗和報廢實用規范執行。表4：試驗滑輪參數滑輪編號滑輪材質繩槽熱處理繩槽底部硬度135火

8、焰淬火HRC30235火焰淬火HRC50335火焰淬火HRC404Q235A滲碳淬火HRC535Q235A熱軋風冷HB1706Q235A滲碳淬火HRC60 實驗表明，從低硬度滑輪到中硬度、中高硬度滑輪和高硬度滑輪，與其匹配的試驗鋼絲繩使用壽命曲線呈雙峰形（倒W形），繩槽表面硬度過高或過低均對鋼絲繩使用壽命不利，而表面硬度控制在HRC30和HRC50附近范圍對鋼絲繩使用壽命有利（見表5與圖2）。 表5：鋼絲繩使用壽命對比試驗結果滑輪編號繩槽底部硬度試驗繩平均使用壽命相對壽命（與HB170比）1HRC301744851782HRC501413181443HRC401263051294HRC5311

9、37961165HB170978821006HRC6089964092 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磨損件。從降低設備營運成本角度看，提高鋼絲繩壽命有顯著經濟效益；滑輪在大型起重機上數量多，多數安裝在高空結構件上，維護更換比較困難，提高滑輪耐磨性，減少維護和更換頻率，對提高整機使用可靠性和降低維護成本同樣十分重要。綜合滑輪耐磨性及不同硬度滑輪對鋼絲繩使用壽命影響的研究結果，提出如下鋼絲繩與滑輪最佳匹配建議。港口起重機滑輪槽硬度的最佳硬度范圍為HRC28HRC35；HRC45HRC50。其中HRC28HRC35適合用于鋼絲繩線速度低于200m/min、滑輪槽無側向磨損的情況，如門座起重機除了臂架頭部以外的各部分導向滑輪等；HRC45HRC50適用于鋼絲繩線速度高于200 m/min或滑輪繩槽有側向磨損的情況，如門座起重機臂架頭部導向滑輪、岸邊集裝箱起重機的各部分滑輪等情況。根據我國國產我鋼絲繩材質和工藝水平的實際狀況，對于6股鋼絲繩，應優先考慮選用1770N/m2強度等級，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到最佳狀態。對于多股不旋轉鋼絲繩，由于與滑輪槽的接觸壓力偏低，