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摘 要 ： 针对活套配重钢丝绳断裂或异常严重的断丝现象，通过分析钢丝绳、滑輪的结构，从经济性、维护经验以及合理性三方考虑确定解决方案，有效解决配重钢丝绳没再发生过异常的磨损和断丝。
关键词： 带钢；活套；滑轮；配重钢丝绳
1 引言
热镀锌机组投产以来，机组在中间活套位置接连发生了几起重大故障，而该活套的功能就是存储、释放带钢，在机组焊接原料、检查质量、平整机换辊等情况下保持机组的连续运行，三次活套故障停机抢修的时间都相当长，损失巨大。究其原因，都是因为活套配重钢丝绳断裂或异常严重的断丝，通过分析配重钢丝绳、滑轮的失效机理，最终解决了问题。
2 故障现象及损失简介
机组在正常生产时中间活套区域带钢会突然严重跑偏、张力异常波动，机组被迫紧急停机，经检查发现，中间活套小车一侧的配重钢丝绳已断裂，30吨重的配重块已从20米高空坠落至地面，地面上缓冲装置完全报废，混凝土地基开裂，地下水开始从裂缝中渗出。经过60多小时的紧急抢修才恢复生产，直接经济损失近十万元，间接的停机损失则达百万元以上。
在接下来的时间里又接连两次出现断钢丝绳的险兆事故！幸亏设备维护人员及时发现，经紧急抢修才避免了故障再次扩大为重复事故。
针对中间活套由于配重钢丝绳异常断裂和异常断丝所引发的一系列事故（故障），可以从钢丝绳和滑轮两个方面分析、解决问题。
3.钢丝绳分析
3.1钢丝绳参数
该钢丝绳公称直径为€%o56mm，负载配重为300KN，质保书显示强度等级为1770Mpa，破断拉力总和不小于1830KN，对断裂钢丝绳进行取样分析：参相关技术标准，磨损减径量只要控制在3.92mm（小于7%）以内，钢丝绳就不会断裂，经测量断口处的磨损减径量仅为1.7mm，所以不能排除钢丝绳有质量问题。
3.2 钢丝绳质量分析
针对钢丝绳可能存在的质量问题，将钢丝绳取样送检：抗拉强度测试和成份分析。抗拉强度测试结果：MIN1780Mpa，MAX1870 Mpa，钢丝化学成份分析结果也符合标准范围，判定为优质。
3.3 钢丝绳失效分析
3.3.1 钢丝绳的选型确认
钢丝绳是否过载？悬挂配重后的安全系数是否不足？测试报告显示：型规6*29Fi+FC-56钢丝绳的破断拉力总和为1830KN，安全系数K=1830KN/300KN =6.1（>5），没有过载。
3.3.2 钢丝绳破坏原因确定
通过对钢丝断口观察，磨损量不大，断口不平整且无明显缩颈现象，钢丝无锈蚀现象，结合机组工况判定是疲劳损坏（检测报告也证实为疲劳破坏）。
3.3.3 修改点检标准
原配重钢丝绳判废、更换标准为：磨损量达到或接近7%时必须更换，或者每捻节距断丝数达到或接近10%时必须更换，但查阅相应的点检记录却发现这两个标准可操作性不强，定量标准的测定存在困难，通过截取样品解体检查，在断裂处外部能发现的断丝数为29丝，而内部无法发现的断丝数竟达13丝，总断丝数的30%为"隐性"的！所以漏判引发事故的概率极大。为防止立式活套再出类似事故，经公司技术组确认，修改立式活套配重钢丝绳的点检标准：磨损量达到或接近3.9mm时必须更换，同时如每捻节距断丝数达到或接近24丝时必须更换（钢丝绳截面总丝数为144）。
4 滑轮硬度检测和结构尺寸确认
4.1硬度检测
查滑轮零件图知该滑轮选用45#钢，调质处理后硬度应HB167～229（Hs65€？），淬硬层深度3mm。经委托检测4个滑轮绳槽底部的硬度，结果平均硬度在HB172～195之间，淬硬层深度在2.0mm以上，符合设计要求，但现场检查却发现滑轮绳槽底部普遍有较深的压痕（塑性变形）。
为查明原因，对比了卷筒和滑轮的材质、热处理要求、载荷情况，发现除了卷筒直径（D=1450mm）略大，其他工况条件基本一致，故判断可能是钢丝绳与滑轮接触面积过小造成接触应力大于材料的屈服极限所致。
4.2接触强度校核：
假设：（1）钢丝绳绕进（出）滑轮时偏斜角度为0度（一般小于5度）；
（2）小车、配重作匀速升降；（3）滑轮轴承的摩擦忽略不计。
先算绳索拉力的合力：P=2S€譻in（€%＼/2）
式中，S-绳索拉力，等于配重重量300KN； €%＼-绳索包角的圆心角，此处取90度。
P=2*300* sin45。=424.2（KN）
计算滑轮绳槽底部的最大弯曲应力€%lMAX
€%lMAX=（SL/8W）* sin（€%＼/2）
式中， [€%l]-- 屈服极限，此处取343～490N/mm2（查中日材料对照表S45C调质处理）；€%＼-绳索包角的圆心角，此处取90度；€%o-断面折减系数；F-接触面积。
4.3 确认滑轮结构和尺寸
根据机械设计手册[1]，配重滑轮尺寸DN=1000mm，大于800mm，属大型滑轮，结构上一般采用钢板焊接结构，配重滑轮即为钢板焊接结构。
有关滑轮尺寸的规定[2]：钢丝绳与滑轮、卷筒的直径比为22.4～25。机构工作级别为M5时，钢丝绳与滑轮、卷筒的直径比应不小于20，则滑轮直径DN=20€？6mm=1120mm； 机构工作级别为M6时，钢丝绳与滑轮、卷筒的直径比应不小于22.4，则滑轮、卷筒的直径DN=22.4€？6mm=1254.4mm。镀锌机组的基本要求就是连续性生产，活套的工作特点就是每卷带钢通过（约10分钟）小车至少升降动作两次，如果生产合同要求分卷，则动作更频繁，其重要性决定了工作级别必须选M6以上，现滑轮直径DN=1000MM，肯定不合理。根据经验滑轮直径偏小的直接后果就是造成钢丝绳易疲劳断裂，所以问题在于钢丝绳和滑轮不匹配。 5确定解决方案
问题点找到了，现在要研究的是更换钢丝绳选型还是增大滑轮直径的问题。讨论中提出应该选择增大滑轮的方案，理由有三方面：
1、经济性
如果提高钢丝绳的等级，选用同规格的面接触式钢丝绳或选用进口钢丝绳，查阅宝钢物料系统后了解到，同规格的面接触式钢丝绳或进口日本或德国的钢丝绳其价格是现用钢丝绳的4～10倍，而寿命只保证2～4倍，在目前钢丝绳和滑轮尺寸不匹配的情况下实际寿面难以把握，风险较大，加上采购成本成倍提高，所以不经济。
2、维护经验
根据维护活套设备的一点经验，磨损断丝和疲劳断丝几乎是一对矛盾，装机使用的NAT56-6€？6SW-IWR钢丝绳的钢丝直径约2.1-2.2mm，在7.5mm曲率半径下弯曲次数在12次左右，如果换成6€？9Fi或6€？7结构的钢丝绳，柔性、弯曲次数略有增加，但磨损断丝过快的问题肯定难免，况且国内生产的公称直径达到56mm的圆股通用钢丝绳结构种类不多，去掉目前已逐渐淘汰的点接触式钢丝绳，剩下可供选择的型规就更少[3]。
3、合理性
首先滑轮本身就是消耗部件，使用数年后磨损严重了也要更换，而且目前滑轮的淬硬层已严重破坏，已经到了更换的程度。如果不换，即便换新钢丝绳隐患仍未消除，所以滑轮必须更换。既然换滑轮就同时变更尺寸可谓一举两得。
根据现场测量，行车的高度决定了滑轮尺寸只能增大到1450mm，如果滑轮直径加大到1450mm，接触应力降低多少呢？
原滑轮的接触弧长L=1/4€？.14€？000=785mm
增加的接触弧长€%=L=1/4€？.14（1450-1000）=353mm
很明显，接触应力将下降30%以上。
通过与设计方（NSK）进行探讨，最总确定由设计方负责改造，包括滑轮等部件制作、提供钢丝绳等。
6 结论
确定方案后，定修中实施改造，更换滑轮、配重钢丝绳、配重安全罩整体移位。 改造完成后，中间活套设备稳定运行已达数月，配重钢丝绳没再发生过异常的磨损和断丝，证明以前发生的故障已得到有效解决。
参考文献：
[1] 成大先主編.《机械设计手册》 化学工业出版社 2001年.
[2] 李维荣主编. 《五金手册》 机械工业出版社2002年.
[3] 张启富，刘邦津，黄建中. 现代钢带连续热镀锌[M]. 北京：冶金工业出版社，2007.
作者简介：王中明（1982-），男，2011年毕业于昆明理工大学 硕士研究生。现于宝钢湛江钢铁冷轧项目组从事热镀锌机械相关工作。
关键词： 带钢；活套；滑轮；配重钢丝绳
1 引言
热镀锌机组投产以来，机组在中间活套位置接连发生了几起重大故障，而该活套的功能就是存储、释放带钢，在机组焊接原料、检查质量、平整机换辊等情况下保持机组的连续运行，三次活套故障停机抢修的时间都相当长，损失巨大。究其原因，都是因为活套配重钢丝绳断裂或异常严重的断丝，通过分析配重钢丝绳、滑轮的失效机理，最终解决了问题。
2 故障现象及损失简介
机组在正常生产时中间活套区域带钢会突然严重跑偏、张力异常波动，机组被迫紧急停机，经检查发现，中间活套小车一侧的配重钢丝绳已断裂，30吨重的配重块已从20米高空坠落至地面，地面上缓冲装置完全报废，混凝土地基开裂，地下水开始从裂缝中渗出。经过60多小时的紧急抢修才恢复生产，直接经济损失近十万元，间接的停机损失则达百万元以上。
在接下来的时间里又接连两次出现断钢丝绳的险兆事故！幸亏设备维护人员及时发现，经紧急抢修才避免了故障再次扩大为重复事故。
针对中间活套由于配重钢丝绳异常断裂和异常断丝所引发的一系列事故（故障），可以从钢丝绳和滑轮两个方面分析、解决问题。
3.钢丝绳分析
3.1钢丝绳参数
该钢丝绳公称直径为€%o56mm，负载配重为300KN，质保书显示强度等级为1770Mpa，破断拉力总和不小于1830KN，对断裂钢丝绳进行取样分析：参相关技术标准，磨损减径量只要控制在3.92mm（小于7%）以内，钢丝绳就不会断裂，经测量断口处的磨损减径量仅为1.7mm，所以不能排除钢丝绳有质量问题。
3.2 钢丝绳质量分析
针对钢丝绳可能存在的质量问题，将钢丝绳取样送检：抗拉强度测试和成份分析。抗拉强度测试结果：MIN1780Mpa，MAX1870 Mpa，钢丝化学成份分析结果也符合标准范围，判定为优质。
3.3 钢丝绳失效分析
3.3.1 钢丝绳的选型确认
钢丝绳是否过载？悬挂配重后的安全系数是否不足？测试报告显示：型规6*29Fi+FC-56钢丝绳的破断拉力总和为1830KN，安全系数K=1830KN/300KN =6.1（>5），没有过载。
3.3.2 钢丝绳破坏原因确定
通过对钢丝断口观察，磨损量不大，断口不平整且无明显缩颈现象，钢丝无锈蚀现象，结合机组工况判定是疲劳损坏（检测报告也证实为疲劳破坏）。
3.3.3 修改点检标准
原配重钢丝绳判废、更换标准为：磨损量达到或接近7%时必须更换，或者每捻节距断丝数达到或接近10%时必须更换，但查阅相应的点检记录却发现这两个标准可操作性不强，定量标准的测定存在困难，通过截取样品解体检查，在断裂处外部能发现的断丝数为29丝，而内部无法发现的断丝数竟达13丝，总断丝数的30%为"隐性"的！所以漏判引发事故的概率极大。为防止立式活套再出类似事故，经公司技术组确认，修改立式活套配重钢丝绳的点检标准：磨损量达到或接近3.9mm时必须更换，同时如每捻节距断丝数达到或接近24丝时必须更换（钢丝绳截面总丝数为144）。
4 滑轮硬度检测和结构尺寸确认
4.1硬度检测
查滑轮零件图知该滑轮选用45#钢，调质处理后硬度应HB167～229（Hs65€？），淬硬层深度3mm。经委托检测4个滑轮绳槽底部的硬度，结果平均硬度在HB172～195之间，淬硬层深度在2.0mm以上，符合设计要求，但现场检查却发现滑轮绳槽底部普遍有较深的压痕（塑性变形）。
为查明原因，对比了卷筒和滑轮的材质、热处理要求、载荷情况，发现除了卷筒直径（D=1450mm）略大，其他工况条件基本一致，故判断可能是钢丝绳与滑轮接触面积过小造成接触应力大于材料的屈服极限所致。
4.2接触强度校核：
假设：（1）钢丝绳绕进（出）滑轮时偏斜角度为0度（一般小于5度）；
（2）小车、配重作匀速升降；（3）滑轮轴承的摩擦忽略不计。
先算绳索拉力的合力：P=2S€譻in（€%＼/2）
式中，S-绳索拉力，等于配重重量300KN； €%＼-绳索包角的圆心角，此处取90度。
P=2*300* sin45。=424.2（KN）
计算滑轮绳槽底部的最大弯曲应力€%lMAX
€%lMAX=（SL/8W）* sin（€%＼/2）
式中， [€%l]-- 屈服极限，此处取343～490N/mm2（查中日材料对照表S45C调质处理）；€%＼-绳索包角的圆心角，此处取90度；€%o-断面折减系数；F-接触面积。
4.3 确认滑轮结构和尺寸
根据机械设计手册[1]，配重滑轮尺寸DN=1000mm，大于800mm，属大型滑轮，结构上一般采用钢板焊接结构，配重滑轮即为钢板焊接结构。
有关滑轮尺寸的规定[2]：钢丝绳与滑轮、卷筒的直径比为22.4～25。机构工作级别为M5时，钢丝绳与滑轮、卷筒的直径比应不小于20，则滑轮直径DN=20€？6mm=1120mm； 机构工作级别为M6时，钢丝绳与滑轮、卷筒的直径比应不小于22.4，则滑轮、卷筒的直径DN=22.4€？6mm=1254.4mm。镀锌机组的基本要求就是连续性生产，活套的工作特点就是每卷带钢通过（约10分钟）小车至少升降动作两次，如果生产合同要求分卷，则动作更频繁，其重要性决定了工作级别必须选M6以上，现滑轮直径DN=1000MM，肯定不合理。根据经验滑轮直径偏小的直接后果就是造成钢丝绳易疲劳断裂，所以问题在于钢丝绳和滑轮不匹配。 5确定解决方案
问题点找到了，现在要研究的是更换钢丝绳选型还是增大滑轮直径的问题。讨论中提出应该选择增大滑轮的方案，理由有三方面：
1、经济性
如果提高钢丝绳的等级，选用同规格的面接触式钢丝绳或选用进口钢丝绳，查阅宝钢物料系统后了解到，同规格的面接触式钢丝绳或进口日本或德国的钢丝绳其价格是现用钢丝绳的4～10倍，而寿命只保证2～4倍，在目前钢丝绳和滑轮尺寸不匹配的情况下实际寿面难以把握，风险较大，加上采购成本成倍提高，所以不经济。
2、维护经验
根据维护活套设备的一点经验，磨损断丝和疲劳断丝几乎是一对矛盾，装机使用的NAT56-6€？6SW-IWR钢丝绳的钢丝直径约2.1-2.2mm，在7.5mm曲率半径下弯曲次数在12次左右，如果换成6€？9Fi或6€？7结构的钢丝绳，柔性、弯曲次数略有增加，但磨损断丝过快的问题肯定难免，况且国内生产的公称直径达到56mm的圆股通用钢丝绳结构种类不多，去掉目前已逐渐淘汰的点接触式钢丝绳，剩下可供选择的型规就更少[3]。
3、合理性
首先滑轮本身就是消耗部件，使用数年后磨损严重了也要更换，而且目前滑轮的淬硬层已严重破坏，已经到了更换的程度。如果不换，即便换新钢丝绳隐患仍未消除，所以滑轮必须更换。既然换滑轮就同时变更尺寸可谓一举两得。
根据现场测量，行车的高度决定了滑轮尺寸只能增大到1450mm，如果滑轮直径加大到1450mm，接触应力降低多少呢？
原滑轮的接触弧长L=1/4€？.14€？000=785mm
增加的接触弧长€%=L=1/4€？.14（1450-1000）=353mm
很明显，接触应力将下降30%以上。
通过与设计方（NSK）进行探讨，最总确定由设计方负责改造，包括滑轮等部件制作、提供钢丝绳等。
6 结论
确定方案后，定修中实施改造，更换滑轮、配重钢丝绳、配重安全罩整体移位。 改造完成后，中间活套设备稳定运行已达数月，配重钢丝绳没再发生过异常的磨损和断丝，证明以前发生的故障已得到有效解决。
参考文献：
[1] 成大先主編.《机械设计手册》 化学工业出版社 2001年.
[2] 李维荣主编. 《五金手册》 机械工业出版社2002年.
[3] 张启富，刘邦津，黄建中. 现代钢带连续热镀锌[M]. 北京：冶金工业出版社，2007.
作者简介：王中明（1982-），男，2011年毕业于昆明理工大学 硕士研究生。现于宝钢湛江钢铁冷轧项目组从事热镀锌机械相关工作。