钢丝绳之所以是集装箱码头设备运转所需的最重要的常耗材料,不仅是因为钢丝绳本身价值较高,而且其稳定性等性能直接影响码头作业的安全性和计划执行情况。

1.钢丝绳正常使用中的损坏

岸边装卸桥与轮胎龙门吊的长期使用经验表明,现在集装箱装卸码头钢丝绳在正常使用中损坏的原因主要有3种:结构变形(如股塌陷)损坏、钢丝绳锈蚀损坏和断丝超标损坏。

(1)结构变形结构变形多表现为绳股塌陷和绳芯捻出(见图1)这种损坏多出现于麻芯或纤维芯钢丝绳。过去出于对钢丝绳柔性和绳芯含油能力等因素的考虑,码头设备较多采用麻芯钢丝绳,由于其结构稳定性差,容易出现绳股塌陷和绳芯捻出等问题。某公司与国内钢丝绳供应厂商探讨改用钢芯钢丝绳可能性,认为钢芯钢丝绳结构稳定,各股间受力均匀,不易产生变形,可以大大减少内部磨损,而且由于材质和润滑油品及润滑方式改进,在柔性和润滑性能上与过去的麻芯钢丝绳相差不多,可以满足使用要求。该公司于2002年底开始全面试用钢芯钢丝绳自此上述形式的损坏现象极少出现,可以说从根本上解决了这一问题。通过一段时间的试用后,从2004年起用钢芯钢丝绳替代麻芯钢丝绳,钢丝绳使用的稳定性显著提高。

(2)钢丝绳锈蚀损坏这种损坏多表现为内部锈蚀、返锈,以及因锈蚀造成断丝等问题(见图2)。这种情况在国产钢丝绳中尤其明显,主要原因是钢丝绳的润滑不好。究其产生的根源,有实际使用方面的问题,主要是对钢丝绳的润滑保养不够。常用钢丝绳中原有的润滑油气温低时功能下降,尤其在北方寒冷的天气中,几乎无法使用,而常温使用的普通润滑油又不具备很好的附着性和渗透性,往往只能进行表面润滑,且保持时间较短。在不具备良好润滑的状况下,钢丝绳通过滑轮时,丝与滑轮、丝与丝之间的元油滑动使温度急剧上升,反复多次后其机械性能急剧下降,从而出现断丝。其中,钢丝绳因内部丝与丝之间的润滑不良而引发的内部断丝是非常隐秘的,最容易引发突然断绳事件,造成重大事故。所以,找到适合现场操作的专业润滑油、或方便可行的润滑方式以解决钢丝绳后期保养是该公司寄厚望于业内同行们交流经验、共同解决的问题。此外,钢丝绳供应厂商制造过程中的加油方式及油品质量对钢丝绳润滑及使用的稳定性及寿命的影响更大。现在,国内外厂商都比较重视这个问题,在钢丝绳的制造过程中,从合股开始淋油一直到合绳,润滑方式都已趋于合理,但各家的油品质量有较大差异,国内厂商所用油品较国外厂商的要差是不争的事实。过去之所以多用麻芯绳主要是为了含油多,能保证润滑,但事实上由于油品滴点较低,夏天容易被甩出,将设备弄得很脏,且不能长久保持,使用2~3个月后钢丝绳就出现锈迹。现在使用钢芯绳,油品问题就更为重要,如果润滑不好,尤其是内部润滑不良出现内部断丝,不易被查出,很可能酿成重大事故。另外,由于港口的作业环境及天气、粉尘等影响各不相同,同一种钢丝绳在不同港口使用情况差异很大。笔者认为这和润滑油的适应能力有很大关系,为此建议钢丝绳供应厂商应多进行研究,针对不同天气、环境加注不同润滑油以适应各港口特殊要求。另一个重要的问题是供应厂商要加强售后服务,包括后期涂刷、补充润滑油的配套工作,尽可能提升钢丝绳使用寿命和稳定性。

(3)断丝超标损坏断丝超标一般是指一捻距内断丝超过总丝数10%或单股断丝超过5%时,钢丝绳就达到报废标准(见图3)。产生断丝的原因主要有锈蚀断丝、磨损断丝和疲劳断丝等。锈蚀断丝主要是润滑不好造成的断丝,上文已进行分析,实际上锈蚀断丝是润滑不良造成机械性能下降,经过滑轮再反复弯折时产生的断丝,也可视为疲劳断丝的一个特例;磨损断丝是钢丝绳外层钢丝磨损,造成抗拉强度降低而产生的断丝;疲劳断丝是指钢丝绳经过滑轮时反复弯曲,钢丝绳机械性能下降产生的断丝。

该公司在早期实际使用中发现,95%以上正常使用的钢丝绳是由于疲劳断丝超标而报废的,报废时外层钢丝磨损量较小。由此可见,在集装箱码头使用时,钢丝绳的刚性和耐磨性远远大于抗疲劳性能,众所周知,这两组性能是相互制约的,提高刚性和耐磨性能的同时就会损失一些抗疲劳性能,如果能找到两者的平衡点,就可以有效地延长钢丝绳的寿命,也就是说,理想的情况是在钢丝绳疲劳断丝超标时,磨损也接近报废标准,这样就可以提升钢丝绳的使用寿命。笔者与同事们进行钢丝绳选型调整,用6 36SW结构的钢丝绳替代过去使用的6 29FI结构的钢丝绳,增加钢丝数量,减小外层钢丝直径,降低钢丝绳一定量的抗磨抗拉性能,提高其弯曲性能,以求达到疲劳损坏和磨损报废在时间上的平衡。目前不少供应厂商推出更为耐用的8股钢丝绳,也是基于此种考虑,但考察新型钢丝绳能否更接近疲劳与磨损间的平衡也要看实际使用结果,若越过平衡点就会较快出现磨损或拉伸断丝等情况。此外,实践证明,码头设备中尽量采用光绳,并且在安全系数得到保证的前提下,选用破段拉力较小的钢丝绳,也是提高钢丝绳的弯曲性能、延长钢丝绳的使用寿命的有效办法。当然,增添新设备时,要求厂方制作尽可能大的滑轮,对钢丝绳寿命的提高也有很大好处。

除上述使用经验外,另一个重要的认识是影响钢丝绳使用最大的因素是供应厂商的制作水平。进口钢丝绳在同等的抗拉强度下,钢丝绳弯曲性能和抗疲劳能力明显优于国内钢丝绳,这是业内同行众所周知的,近几年国外又推出更为耐用的钢丝绳产品O国内产品应该说也有一定的进步,但由于基础材料水平及对钢丝绳研发投入较小等原因,依然存在技术落后、质量不稳定等问题。

2.给钢丝绳供应厂商的建议

从上述分析可以看出,生产厂商制作水平对钢丝绳使用寿命有着关键性影响,为此笔者对钢丝绳生产厂商提出以下建议:

(1)国内供应厂商在竞争中要比技术、比品质,而不应拼价格。国内产品价格比国外产品低很多,但集装箱行业一直以来较少使用国产钢丝绳,主要原因是其性能无法达到要求或稳定性欠佳。国内厂家应增加产品的技术含量,从根本上对钢丝绳使用寿命的提高进行研究、试验,通过提供更加可靠、稳定的产品来提升市场竞争力。

(2)加强钢丝绳制作油品和后期润滑油品的研究和开发。从避免润滑不良问题产生的角度来看,这是过去业内普遍使用麻芯钢丝绳的原因。随着国际化大采购的开展以及供应厂商研发能力的增强,国内厂家在制作钢丝绳时,在润滑方面有一定改善,但针对不同作业环境提供不同润滑油品方面还明显地不足。另外,开发后期配套的润滑油及工具不但可以进一步提升产品的性能,作为附加产品,也有很大的销售市场。

(3)加强产品的疲劳试验,保证产品的稳定性和质量不断提高。生产厂商在钢丝绳制作过程中要进行多种试验,如单丝的拉伸、扭转,整绳的破断等。这些试验主要是对钢丝绳的一些基本参数的测试,针对实际使用的试验很少。实际上,国外一些厂商早已在做针对实际使用的试验,疲劳试验机就是一例。通过疲劳试验,厂家可以了解各批次产品之间的品质差异,保证产品的稳定性,评估实施改进措施后质量和稳定性是否有所改进。不论对新产品的推出还是老产品的改进,这都有明显的指导作用。当然,疲劳试验还只是一个方面,供应厂商如果能对用户使用的情况进行分析,就可能提出更多可以显示其产品进步的试验及数据。

(4)加强售后服务。钢丝绳的寿命与现场使用环境有很大关系,各港口环境、气候和设备性能等条件的不同,都会直接影响钢丝绳的使用。以下是2个简单实例:其一,天津港冬季气温和夏季相差50℃以上,与南方港口相比,在钢丝绳润滑油的使用上就应有所区别;同在天津港,该公司和天津港集装箱公司相比,作业环境粉尘较大,钢丝绳润滑用的油品也应有所区别。所以,如果供应厂商多了解用户的这些细节,定期采集报废钢丝绳样品,进行拆解分析,提出针对性制作工艺和使用建议,就可以有效地提升产品的适应能力。其二,集装箱码头设备普遍存在的滑轮配合问题,供应厂商如能与用户努力协作,准确地监视滑轮使用状态,用户就没有必要在磨损稍微超差时就立即进行工程量相当大的滑轮更换,而只要在保证安全系数的前提下,调整钢丝绳直径的公差,就可以继续使用,节省码头作业成本。所以供应厂商应认识到,销售不仅是卖产品,更重要的是提供服务,只有这样才能实现供需双赢。