鋼絲繩基礎(chǔ)知識
1、概念
1.1鋼絲繩:是由多根鋼絲按照一定的規(guī)則捻制而成的繩索。由制繩鋼絲、繩芯和繩用油脂組成。
見附表1
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1.2 鋼絲:由原料(盤條)經(jīng)冷拉(或軋制)形成具有一定尺寸(圓形或異形)的線材。按表面狀態(tài)分光面及鍍鋅;按形狀分圓形和異形(Z形、T型)。
1.3 股:是由鋼絲按照一定的規(guī)則捻制而成的螺旋狀結(jié)構(gòu),是構(gòu)成鋼絲繩基本單元。
1.4繩芯:構(gòu)成鋼絲繩中心部分,分金屬芯(鋼絲繩繩芯IWR、股繩芯IWS)和纖維芯FC(合成纖維SF、天然纖維NF)及固態(tài)聚合物芯(SPC);作用主要是起支撐和減少股間壓力,另外纖維繩芯還起潤滑、防腐和儲油的作用。
1.5油脂:對鋼絲繩起防腐保護作用,有麻芯脂、表面脂及適合其它工況的特殊表面脂。比如有摩擦提升主繩、皮帶運輸繩專用油脂;有港口集裝箱起重機專用高性能油脂、索道用鋼絲繩專用高滴點油脂、有摩擦提升尾繩、海洋用鋼絲繩專用耐腐蝕油脂等。對于不同的使用工況,鋼絲繩的涂油方式應(yīng)該有不同的選擇。以涂油薄厚劃分可以分為重涂油、輕微涂油和不涂油;以涂油階段的不同可以分為絲涂油、股涂油和繩涂油。
1.6捻距:鋼絲圍繞股芯或股圍繞繩芯旋轉(zhuǎn)一周(360°)相應(yīng)兩點間的距離稱為股或繩的捻距。
1.7 鋼絲繩的基本結(jié)構(gòu)
1.7.1? 單股繩:單股鋼絲繩由一層或多層圓形或異形鋼絲(密封鋼絲繩)圍繞一根主芯或主鋼絲螺旋地捻制而成。當(dāng)鋼絲繩需要具有抗旋轉(zhuǎn)性能時,鋼絲的各層以相反方向捻制。
1.7.2? 鋼絲繩:用幾股圍繞一個鋼繩芯(或纖維繩芯)螺旋地捻制而成。捻制鋼絲繩的股繩是多種多樣的,可以是圓形的、三角形或橢圓形的,股的結(jié)構(gòu)取決于所要求的抗疲勞(或磨損性)。
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- 鋼纜繩(三捻鋼絲繩):是由幾根鋼絲繩圍繞繩芯螺旋地捻制而成。
2、鋼絲繩的常見分類
2.1 按捻法分有四種:右交互捻(ZS)、左交互捻(SZ)、右同向捻(ZZ)、左同向捻(SS)
右交互捻(ZS)????? 左交互捻(SZ)?? 右同向捻(ZZ)?? 左同向捻(SS)
2.2 ?按斷面形狀分:圓股鋼絲繩、三角股鋼絲繩、橢圓股鋼絲繩、扁股鋼絲繩和其它異型股鋼絲繩。
2.3? 按用途分:支撐用鋼絲繩、承載用鋼絲繩、牽引用鋼絲繩、捆綁用鋼絲繩、航空用鋼絲繩等等。
2.4 按鋼絲表面狀態(tài)分:光面鋼絲繩和鍍鋅鋼絲繩。
2.4.1 鍍鋅分熱鍍鋅和電鍍鋅兩種方式,鋅層厚度級別有A類(厚鍍鋅)、AB類(中厚鍍鋅)、B類(薄鍍鋅)之分。
2.5? 按鋼絲繩股內(nèi)鋼絲的接觸狀態(tài)分:點接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩、點線接觸鋼絲繩、面接觸鋼絲繩(壓實股鋼絲繩)。
2.5.1點接觸鋼絲繩
股中的鋼絲分層捻制而成,由于各層捻距不相同,各層鋼絲互
相交叉成點狀接觸該結(jié)構(gòu)鋼絲繩屬淘汰品種,不作為重要用途使用。如圖:
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點接觸鋼絲繩及股?
點接觸鋼絲繩的典型結(jié)構(gòu)有6×19+FC(IWR、IWS)、6×37+FC(IWR、IWS)、6×61+FC(IWR、IWS)、6×24+7FC、18×19+FC(IWS)等。
特點:
(1)除中心鋼絲外,所有鋼絲直徑相同;
(2)股中相鄰層鋼絲螺旋線互不平行,交錯接觸;
(3)上一層的某根鋼絲不嵌在下一層相鄰鋼絲的溝槽內(nèi),即相鄰層鋼絲“始終走棱而不走溝”;
(4)鋼絲在股中的排列規(guī)律,是各層的鋼絲數(shù)目由內(nèi)相外遞增6根。
(5)點接觸結(jié)構(gòu)股中鋼絲呈點狀接觸,接觸應(yīng)力大,鋼絲繩承受負(fù)荷時,鋼絲之間的接觸應(yīng)力大必然影響鋼絲繩的使用壽命。
如:6×37結(jié)構(gòu):
2.5.2 線接觸(平行捻):鋼絲繩股中所有鋼絲是一次捻制而成的。各層鋼絲捻距相同(平行捻制),同一層及層與層之間的鋼絲緊密相貼,以線狀方式接觸,如圖。
線接觸鋼絲繩及股
線接觸股的基本結(jié)構(gòu)有3種:西魯式(S)、瓦林吞式(W)、填充式(Fi)。
- 西魯式(S):鋼絲的排列中,內(nèi)層和外層的鋼絲數(shù)目相等。結(jié)構(gòu)式為:1+N+N。如6×19S結(jié)構(gòu):
- 瓦林吞式(W):鋼絲的排列中,外層鋼絲數(shù)目是內(nèi)層鋼絲數(shù)目的兩倍,
外層鋼絲一大一小交替排列。結(jié)構(gòu)式為:1+N+N/N。如6×19W結(jié)構(gòu):
<dl>
<dt><strong>.點接觸的鋼絲繩</strong>:股中鋼絲直徑均相同。為使鋼絲受力均勻,每層鋼絲擰繞后的螺旋角大致相等,但擰距不等,所以內(nèi)外層鋼絲相互交叉,呈點接觸狀態(tài)</dt><dt><strong>.線接觸的鋼絲繩</strong>:股中各層鋼絲的擰距相等,內(nèi)外層鋼絲互相接觸在一條螺旋線上,呈線接觸狀態(tài)。線接觸鋼絲繩的性能比點接觸的有很大改善,所以使用廣泛。</dt><dt>
<strong>.面接觸鋼絲繩</strong>:面接觸繩股的一種,外層用異形鋼絲制成,表面光滑,耐磨性好,與相同直徑的其他類型鋼絲繩相比,抗拉強度較大,并能承受橫向壓力...</dt>
</dl>
- 填充式(Fi):鋼絲的排列中,在內(nèi)層和外層鋼絲之間填充了比較細(xì)的、
根數(shù)與內(nèi)層相同的鋼絲。結(jié)構(gòu)式為:1+N+N F+2N。如6×25 Fi結(jié)構(gòu):
由以上這三種結(jié)構(gòu)互相組合,可形成多種復(fù)合型線接觸結(jié)構(gòu)(寫法以中心向外注明)。
線接觸鋼絲繩的典型結(jié)構(gòu)有:6×19S+FC(IWR、IWS)、6×19W+FC(IWR、IWS)、6×25Fi+FC(IWR、IWS)、6×26WS+FC(IWR、IWS)、6×29Fi+FC(IWR、IWS)、6×31WS+FC(IWR、IWS)、6×36WS+FC(IWR、IWS)、6×41WS+FC(IWR、IWS)、6×49SWS+FC(IWR、IWS)、6×55SWS+FC(IWR、IWS)等。
線接觸(平行捻)結(jié)構(gòu)特點:
(1)線接觸鋼絲繩中所有鋼絲的螺旋線都相互平行不會交錯,各層鋼絲的捻距相等,鋼絲的捻角不相等;
(2)相鄰層鋼絲互相嵌入槽溝內(nèi);
(3)各層鋼絲的直徑不相等,但存在著一定比列關(guān)系;
鋼絲繩在使用中可避免變形、內(nèi)部磨損以及由于點接觸鋼絲繩中各鋼絲接觸點產(chǎn)生的二次彎曲應(yīng)力。
線接觸鋼絲繩承受力時,鋼絲之間的接觸應(yīng)力相對于點接觸鋼絲繩要小得多,因此線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩使用壽命要長,一般是點接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的1~2倍。
2.5.3? 面接觸(壓實股)鋼絲繩:鋼絲繩在捻股時,股繩經(jīng)過模拔、軋制或鍛打等壓實加工的鋼絲繩,股的直徑變小,股表面變得平滑,鋼絲之間的接觸線變平。股中每一層鋼絲及層與層之間的鋼絲都以螺旋面互相接觸,它是以線接觸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的。
面接觸(壓實股)鋼絲繩的典型結(jié)構(gòu)有:6T×7+FC(IWS)、6T×19S+FC(IWR、IWS)、6T×25Fi+FC(IWR、IWS)、6T×26WS+FC(IWR、IWS)、6T×29Fi+FC(IWR、IWS)、6T×31WS+FC(IWR、IWS)、6T×36WS+FC(IWR、IWS)等。??????
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壓實股鋼絲繩結(jié)構(gòu)特點:
(1)經(jīng)過塑性壓縮變形之后,股中的鋼絲不再是圓形斷面,鋼絲與鋼絲之間是螺旋面互相接觸;
(2)股中鋼絲的填充系數(shù)大(一般在0.9以上),鋼絲之間的空隙很小;
(3)股繩的圓周表面非常光滑,類似于密封鋼絲繩的外表面;
(4)面接觸圓股結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,股內(nèi)鋼絲的位置固定,結(jié)構(gòu)伸長極小。
與普通股鋼絲繩相比,由壓實股捻制而成的鋼絲繩有較高的破斷拉力;壓實股使鋼絲繩與滑輪能更好地接觸;而且,由于外層鋼絲很大的金屬面積,使得壓實股更耐磨和耐腐蝕。當(dāng)在多層卷取卷筒上使用鋼絲繩時,壓實股平滑的表面確保不會發(fā)生相鄰的股由于相互摩擦而造成鋼絲繩劃傷或損壞現(xiàn)象,這個特點使面接觸(壓實股)鋼絲繩更適合于多層卷取的應(yīng)用場合。
面接觸(壓實股)鋼絲繩在承受力時,由于鋼絲之間的接觸面積大,其應(yīng)力相對于線接觸鋼絲繩還要小得多,因此面接觸(壓實股)鋼絲繩捻制設(shè)備有較大的牽引力。
2.6 特殊結(jié)構(gòu)的鋼絲繩
2.6.1三角股結(jié)構(gòu)鋼絲繩:是由一層(或多層)鋼絲圍繞一個組成的三角形股芯結(jié)構(gòu)繞制而成的。
三角股結(jié)構(gòu)鋼絲繩的典型結(jié)構(gòu)有:6V×19+FC(IWR、IWS)、6V×21+FC(IWR、IWS)、6V×30+FC(IWR、IWS)、6V×34+FC(IWR、IWS)、6V×37+FC(IWR、IWS)、6V×37S+FC(IWR、IWS)、6V×43+FC(IWR、IWS)、6×25TS+FC(IWR、IWS)、6×28TS+FC(IWR、IWS)等。
三角股結(jié)構(gòu)鋼絲繩的特點:
- 鋼絲繩的支撐面積比圓股鋼絲繩增大3~4倍,而與滾筒或滑輪溝槽間的
接觸面積大,使用時單位面積上受的壓力就顯著減輕,磨損減少使用壽命提高。
- 三角股鋼絲繩股與股之間的接觸點增多,因而抗壓性耐疲勞性能好。
- 三角股鋼絲繩的密度系數(shù)大,金屬有效截面積大,與同直徑圓股鋼絲繩
相比,總拉斷力可提高20~25%。
- 鋼絲繩在制造時,采用了予變形工藝和強有力的矯直定徑裝置,有效地
消除了鋼絲繩的捻制應(yīng)力。
2.6.2 涂塑鋼絲繩:為改善鋼絲繩的使用性能,在鋼絲或者股繩、鋼絲繩繩芯或外面包上一層塑料層。以降低鋼絲之間和繩股之間的接觸應(yīng)力,提高鋼絲繩使用壽命。如下圖: ?涂塑電鏟用鋼絲繩
2.6.3? 編織扁鋼絲繩:由幾個不同捻向的子繩并通過緯繩固結(jié)編織而成。
編織扁鋼絲繩常作為煤礦提升系統(tǒng)中尾繩(平衡繩)使用。
從編織方式上分:
(a)? 單緯繩編織
單緯繩編織是使用幾根緯繩從單側(cè)編織,從而保證了鋼絲繩的寬度最小。
- ?雙緯繩編織鋼絲繩
編織扁鋼絲繩兩側(cè)各有數(shù)條捻制緯繩(一般為1×7結(jié)構(gòu))交錯編織而成。
編織扁鋼絲繩通常的結(jié)構(gòu)是6條4股繩,每個股繩用7根鋼絲或8條4股繩,每個股繩用7根、9根或19根等數(shù)量的鋼絲捻制而成。
2.6.4密封鋼絲繩:繩芯外層用一層或幾層異形鋼絲(Z形)螺旋地捻制而成。
密封鋼絲繩的典型結(jié)構(gòu)有:(1+6+12+18)φ3.7+23Z5.0??
(1+6+12)φ4.1+19Z5.0+22Z5.0??? (1+6+12+18)φ3.7+22Z5.0+25Z5.0+34Z5.0
密封鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點:
(1)密封鋼絲繩的外表面光滑平整,其支撐表面很大,是所有鋼絲繩中之
冠;
(2)密封鋼絲繩的填充系數(shù)大,也是鋼絲繩中之冠,一般在0.92以上;
(3)密封鋼絲繩中,相鄰層鋼絲的捻向相反,以有利于平衡內(nèi)部扭轉(zhuǎn)力矩;(4)密封鋼絲繩的捻距較大,其結(jié)構(gòu)伸長量較小;
(5)密封鋼絲繩的彎曲剛度較大,也是所有鋼絲繩中最大者。因此其可繞
性差,需采用較大直徑的繩輪和卷筒,密封鋼絲繩多用于礦井中的鋼絲繩罐道及架空承重索道。
(6)密封鋼絲繩的制造工藝比普通圓股鋼絲繩復(fù)雜。
2.6.5 滿充式鋼絲繩:至少由兩層平行捻股圍繞一個芯螺旋捻制而成的多股鋼絲繩。
滿充式鋼絲繩的典型結(jié)構(gòu)有:CFRC6×19S CFRC6×19W CFRC6×25Fi CFRC6×36WS CFRC8×36WS CFRC8×49SWS CFRC17Fi×26WS CFRC16W×31WS等。
滿充式鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點:
(1)滿充式鋼絲繩由于相鄰層間股為平行捻制狀態(tài),所以有較高的填充系數(shù);
(2)滿充式鋼絲繩較普通結(jié)構(gòu)鋼絲繩有較好的柔軟性;
(3)滿充式鋼絲繩改善了股間的接觸狀態(tài),減少了鋼絲繩使用過程中股間的磨損,可以有效提高使用壽命;
(4)滿充式鋼絲繩工藝相對復(fù)雜,對設(shè)備的要求更高。