鋼絲繩基礎知識
1、概念
1.1鋼絲繩:是由多根鋼絲按照一定的規則捻制而成的繩索。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則捻制而成的螺旋狀結構,是構成鋼絲繩基本單元。
1.4繩芯:構成鋼絲繩中心部分,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一周(360°)相應兩點間的距離稱為股或繩的捻距。
1.7 鋼絲繩的基本結構
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。當鋼絲繩需要具有抗旋轉性能時,鋼絲的各層以相反方向捻制。
1.7.2? 鋼(gang)(gang)絲(si)繩(sheng)(sheng):用(yong)幾股圍(wei)繞一個鋼(gang)(gang)繩(sheng)(sheng)芯(或(huo)(huo)纖維繩(sheng)(sheng)芯)螺旋地捻(nian)(nian)制(zhi)而成。捻(nian)(nian)制(zhi)鋼(gang)(gang)絲(si)繩(sheng)(sheng)的股繩(sheng)(sheng)是多(duo)種(zhong)多(duo)樣的,可以(yi)是圓形(xing)的、三角形(xing)或(huo)(huo)橢圓形(xing)的,股的結(jie)構取(qu)決于所要(yao)求的抗疲勞(或(huo)(huo)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? 按鋼絲繩股內鋼絲的接觸狀態分: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構鋼絲繩屬淘汰品種,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構有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,即相鄰層鋼絲“始終走棱而不走溝”;
(4)鋼絲在股中的排列規律,是各層的鋼絲數目由內相外遞增6根。
(5)點接觸結構股中鋼絲呈點狀接觸,接觸應力大,鋼絲繩承受負荷時,鋼絲之間的接觸應力大必然影響鋼絲繩的使用壽命。
如:6×37結構:
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(gu)的基本(ben)結構有3種:西(xi)魯式(shi)(S)、瓦林吞式(shi)(W)、填(tian)充(chong)式(shi)(Fi)。
- 西魯式(S):鋼絲的排列中,內層和外層的鋼絲數目相等。結構式為:1+N+N。如6×19S結構:
- 瓦林吞式(W):鋼絲的排列中,外層鋼絲數目是內層鋼絲數目的兩倍,
外層(ceng)鋼絲(si)一(yi)大一(yi)小(xiao)交(jiao)替排列。結構式為:1+N+N/N。如6×19W結構:
<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,所以內外層鋼絲相互交叉,呈點接觸狀態</dt><dt><strong>.線接觸的鋼絲繩</strong>:股中各層鋼絲的擰距相等,內外層鋼絲互相接觸在一條螺旋線上,呈線接觸狀態。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,在內層和外層鋼絲之間填充了比較細的、
根數與內層相同的鋼絲。結構式為:1+N+N F+2N。如6×25 Fi結構:
由以上這三種結構互相組合,可形成多種復合型線接觸結構(寫法以中心向外注明)。
線接觸鋼絲繩的典型結構有: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)結構特點:
(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;
(3)各層鋼絲的直徑不相等,但存在著一定比列關系;
鋼絲繩在使用中可避免變形、內部磨損以及由于點接觸鋼絲繩中各鋼絲接觸點產生的二次彎曲應力。
線接觸鋼絲繩承受力時,鋼絲之間的接觸應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,一般是點接觸結構鋼絲繩的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,它是以線接觸結構基礎上形成的。
面接觸(壓實股)鋼絲繩的典型結構有: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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壓實股鋼絲繩結構特點:
(1)經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)面接觸圓股結構穩定,股內鋼絲的位置固定,結構伸長極小。
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生相鄰的股由于相互摩擦而造成鋼絲繩劃傷或損壞現象,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)鋼絲繩捻制設備有較大的牽引力。
2.6 特殊結構的鋼絲繩
2.6.1三角股結構鋼絲繩:是由一層(或多層)鋼絲圍繞一個組成的三角形股芯結構繞制而成的。
三角股結構鋼絲繩的典型結構有: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(gu)結構鋼絲(si)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(shi)用時(shi)單位面積上受的(de)壓力就顯著減輕,磨損(sun)減少使(shi)用壽(shou)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大,金屬有效截面積大,與同直徑圓股鋼絲繩
相(xiang)比,總拉斷(duan)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編織而成。
編織扁鋼絲繩常作為煤礦提升系統中尾繩(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
編織扁鋼絲繩兩側各有數條捻制緯繩(一般為1×7結構)交錯編織而成。
編織扁鋼絲繩通常的結構是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構有:(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
密封鋼絲繩的結構特點:
(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,以有利于平衡內部扭轉力矩;(4)密封鋼絲繩的捻距較大,其結構伸長量較小;
(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構有:CFRC6×19S CFRC6×19W CFRC6×25Fi CFRC6×36WS CFRC8×36WS CFRC8×49SWS CFRC17Fi×26WS CFRC16W×31WS等。
滿充式鋼絲繩的結構特點:
(1)滿充式鋼絲繩由于相鄰層間股為平行捻制狀態,所以有較高的填充系數;
(2)滿充式鋼絲繩較普通結構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,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(gang)絲繩工(gong)藝相對復雜(za),對設(she)備的要求更(geng)高。