提高四柱汽车举升机钢丝绳使用寿命的有效方法（2023‑03‑08）

钢丝绳是四柱汽车举升机的核心承载部件。举升机进行升降作业时，主平台下方油缸活塞杆伸缩，带动牵引平台完成动作，钢丝绳在该系统中起到承载作用。一旦钢丝绳发生失效，且无配套断绳保护装置，或断绳保护装置失效，将会出现汽车倾覆、人员受伤等安全事故。下文从钢丝绳传动牵引结构说明、失效形式分析、主要结构设计要求，以及客户使用过程中的维护与检查几个方面，阐述如何提升四柱汽车举升机钢丝绳使用寿命，防范钢丝绳在使用过程中失效引发的不良后果。

## 一、四柱汽车举升机钢丝绳传动牵引结构说明

目前国内市场在用的四柱汽车举升机，大多采用钢丝绳牵引式结构。钢丝绳牵引型四柱汽车举升机主要由四根立柱、主平台、副平台、两根横梁、液压泵站、控制箱等部件组成。

两根钢丝绳固定在活塞杆的拉座上；每根钢丝绳短端经平台前方滑轮 90° 转向，再经横梁滑轮垂直换向，最终固定至立柱顶端；每根钢丝绳长端经平台前方滑轮 180° 转向，再经过平台后部滑轮水平换向、横梁滑轮垂直换向，固定至立柱顶端。两根横梁的两端均装有垂直导向绳轮，将中间的主、副平台连接在一起。

需要上升时，按下上升按钮，泵站得电，电机运转，驱动齿轮泵向系统输出高压油，油液进入油缸杆腔，推动活塞杆回缩；活塞杆回缩带动安装在其端部的拉座牵拉钢丝绳，驱动平台与横梁总成上升。

需要下降时，先打开解锁手柄（电动解锁机型一般配置延时上升功能，直接按下下降按钮即可），保险解锁；开启手动下降阀，回油回路导通，油缸活塞杆伸出，平台及上方举升载荷在调速阀作用下，液压油流回油箱，钢丝绳牵引平台完成下降动作。

## 二、钢丝绳失效形式分析

依据国标 **GB/T 5972‑2016《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》**，钢丝绳主要失效形式包括：断丝、绳径减小、腐蚀、变形及损伤。其中变形与损伤包含：波浪形、笼状畸变、绳芯或绳股挤出、钢丝挤出、绳径局部增大、局部压扁、扭结、弯折、弹性降低等。本文重点分析实际应用中**断丝、绳径减小、变形**三类失效形式。

### 1、断丝分析

断丝是钢丝绳最常见的失效形式。低应力脆断大多由工作环境介质与工作应力共同作用造成。钢丝绳断裂失效很大程度取决于使用工况，主要分为**磨损断丝**与**腐蚀断丝**两类。

- 磨损断丝：钢丝绳运行过程中，与滑轮接触部位不断磨损，磨损持续加剧后产生断丝；断口两侧呈斜茬、平整断面，多发生在钢丝绳与滑轮接触的严重磨损区域。

- 腐蚀断丝：钢丝绳在腐蚀性介质环境下工作发生腐蚀，有效承载面积不断缩减，钢丝绳强度下降，同时产生不规则表面应力裂纹并持续扩展，进一步加剧疲劳，最终造成断丝；断口形态杂乱、呈针尖状。

### 2、绳径减小分析

外部磨损是钢丝绳绳径变小的主要诱因，一般由钢丝绳与滑轮之间挤压摩擦造成。例如绳槽两侧夹角偏小，钢丝绳受力后偏向接触绳槽侧面，造成钢丝绳单侧磨损；磨损大多出现在与绳槽接触的绳段。润滑不足或润滑方式不当、腐蚀性粉尘砂粒侵入，均会加快磨损速率。

同时，以下因素同样会造成钢丝绳直径减小：

（1）内部磨损及钢丝压痕；

（2）绳股与钢丝之间发生摩擦产生内部磨损，钢丝绳弯折时该现象更为突出；

（3）纤维绳芯老化损坏或钢绳芯断裂；

（4）钢丝绳内部绳股断裂。

因磨损造成尺寸缩减、表面状态改变，最终丧失使用性能，称为磨损失效。钢丝绳磨损失效分为**机械磨损**和**塑性磨损**两种主要模式。

- 机械磨损：使用过程中外层钢丝与绳槽表面接触摩擦，钢丝绳与滑轮接触位置尤为明显；表现为钢丝绳外周钢丝被磨平、绳径变细、承载面积下降，承载能力随之降低。另外钢丝绳润滑不足、绳股间夹入沙尘，也会加速机械磨损。

- 塑性磨损：主要由振动、碰撞、内部挤压造成钢丝绳表面损伤。

磨损失效属于渐进式损伤，不会像断裂事故那样突然发生；但磨损会造成承载截面减小、疲劳敏感度上升，进而引发断裂失效；高湿度环境下，磨损还会加速腐蚀进程。

### 3、变形分析

钢丝绳失去原有正常外形产生可见形态扭曲，称为 “变形”。变形区域内部会出现应力分布不均。产生该类变形的主要原因：

（1）钢丝绳以较大偏斜角绕过滑轮时，先接触滑轮轮缘，再滚入绳槽底部；该过程造成绳股松弛，外层绳股松弛程度大于绳芯，二者产生长度差。

（2）滑轮绳槽底径过小时，钢丝绳经过滑轮受到挤压；钢丝绳被压缩后，绳股会出现伸长；外层绳股压缩、伸长量大于绳芯，同样形成长度差。

上述两种工况下，滑轮带动松弛的外层绳股移位，将长度差转移到绕绳系统内部，进而形成**笼状畸变**。此外变形还包括绳芯 / 绳股挤出、钢丝挤出、绳径增大、局部压扁等特征。

现有研究发现，绳股内部钢丝间隙不足会产生钢丝挤出；间隙不足使钢丝无法相对滑移，出现过载或屈服。钢丝绳整体直径偏小，会造成外层绳股间隙不足，引发绳股之间相互咬挤损伤；间隙不足会大幅降低钢丝绳疲劳寿命。

笼状畸变大多出现在钢芯钢丝绳中。当外层导向绳股脱出或者长于内部绳股，松弛状态钢丝绳突然承受载荷，就会产生 “鸟笼” 状变形，并伴随绳股挤压等失效现象。

## 三、结构设计应满足钢丝绳承载要求

结合以上分析，参考国内外标准以及汽车举升设备行业设计应用经验，钢丝绳相关零部件设计应满足如下要求：

1. **钢丝绳规格选型**

正确选用钢丝绳规格，保证钢丝绳满足载荷要求。

（1）依据 **EN 1493:2010** 标准 5.6.2 条款：传动用钢丝绳至少由 114 根单丝组成；公称抗拉强度最小 1570MPa，最大 1960MPa；端部最小抗拉强度不低于钢丝绳最小破断拉力的 80%。考虑钢丝绳弯曲疲劳影响，满足安全系数前提下抗拉强度宜尽量控制在 1770MPa 以内。

（2）机构工作级别按 M5 选取钢丝绳承载能力，最小实际安全系数取 5；设计静应力安全系数 N 不小于 7。

2. **钢丝绳滑轮设计**

（1）滑轮直径与钢丝绳直径比值应大于 18；钢丝绳弯曲半径过小，会加剧弯折断丝损伤，缩短钢丝绳寿命。

（2）滑轮绳槽底部半径：**R=(0.53‑0.6)D**；R 过小会造成钢丝绳变形失效。

（3）滑轮常用材质：Q235A、HT200、ZG230‑450、QT400‑18；QT400‑18、Q235A 对钢丝绳磨损最小，最利于提升钢丝绳使用寿命，其余两种材质次之。

（4）滑轮内孔衬套优先选用自润滑轴承、青铜衬套；同等载荷条件下青铜衬套使用寿命最长。

（5）平台下方前后滑轮绳槽与对应横梁单槽轮应对中，尽可能减小钢丝绳偏斜角，避免钢丝绳蹭绳槽侧面造成磨损失效。

## 四、钢丝绳及相关零部件维护、检查与保养

1. 应根据平台水平度变化调整钢丝绳张紧度，保证平台水平，使四根立柱端部的钢丝绳均匀受力。调整时，调节钢丝绳与立柱顶板连接端固定螺钉的六角螺母，调平平台；使用水平仪或水平水管观测平台水平。调整完成后锁紧顶板端锁紧螺母。钢丝绳调整完毕，对应调整立柱内部安全板，保证横梁安全锁止后平台处于同一水平面；安全板通过调节顶板处锁紧螺母实现调整。

2. 日常维护需定期对钢丝绳润滑，经过滑轮的运动部位重点润滑。润滑前清理钢丝绳表面污物，再涂抹润滑脂，提升润滑效果。

3. 若钢丝绳局部钢丝严重挤出，钢丝经过滑轮时会挤压其他绳段，造成局部性能劣化。处理挤出钢丝：夹住翘起断丝反复弯折直至折断去除。维护剪除钢丝时做好位置记录；剪除的断丝计入断丝数量，在依据断丝数判定钢丝绳报废条件时一并核算。

4. 钢丝绳投入使用满 1 年后，每周检查钢丝绳经过滑轮的工作段外观，排查一般性劣化或机械损伤；同时检查钢丝绳与立柱顶板连接部位；确认钢丝绳在各个滑轮绳槽内位置正确，无脱槽。

5. **检查周期**

- 使用初期：每月检查一次；

- 停机停用超过 3 个月，重新投入使用前检查钢丝绳表面状态；

- 举升机其他零部件故障或操作不当造成升降异常后，对钢丝绳做全面外观检查；

- 使用满一年后：每两周检查一次。

6. **检查范围**

对钢丝绳全长进行检查，重点关注关键部位：

（1）主平台下方拉座连接位置；

（2）主平台下方过滑轮区域；

（3）立柱内部过滑轮区域；

（4）立柱顶端钢丝绳连接部位；

（5）因安装不当或外部因素造成损伤的绳段。

7. **钢丝绳检查要点**

重点检查绳端固定装置附近钢丝绳，尤其伸入固定装置内部的区段；该位置受振动冲击、腐蚀环境影响，极易出现断丝。可借助探针判断钢丝是否松动，确认绳端固定装置内部有无断丝。检查绳端固定件是否过度变形、磨损；目视检查绳套、绳环固定套管有无开裂，钢丝绳与套管之间是否存在滑移迹象；钢丝绳固定卡扣附近有无断丝，钢丝绳装配走向是否正确。

8. **钢丝绳报废标准**

日常使用定期检查钢丝绳磨损断丝情况，出现以下任意一种情况必须及时更换：

（1）钢丝绳出现局部弯折、扭结、压扁；灯笼状畸变；绳芯或绳股挤出；

（2）60mm 长度内断丝数量＞5 根，或 300mm 长度内断丝数量＞10 根；

（3）钢丝表面出现深坑，钢丝明显松弛；

（4）钢芯受挤压，相邻位置出现笼状畸变；

（5）钢丝绳直径增大或减小 5%；

（6）整股钢丝断裂；

（7）钢丝绳外部腐蚀严重，钢丝表面粗糙、压痕深，同时存在明显内部腐蚀；

（8）量具与螺旋绳面下侧间隙大于钢丝绳直径 1/3；或大于钢丝绳直径 1/10；

（9）钢丝绳使用时长超过 2 年。

## 五、钢丝绳失效保护