截面
除了圆股外,还有三角股、椭圆股和扁股等异型股。与圆股的相比,它们有较高的强度,与卷筒或滑轮绳槽的接触性能好,使用寿命长,但制造较复杂。
特点
1.钢丝绳能够传递长距离的负载。
2.承载安全系数大,使用安全可靠。
3.自重重量轻,便于携带和运输。
4.能够承受多种载荷及变载荷的作用。
5.具有较高的抗拉强度、抗疲劳强度和抗冲击韧性。
6.在高速工作条件下,耐磨、抗震、运转稳定性好。
7.耐腐蚀性好,能够在各种有害介质的恶劣环境中正常工作。
8.柔软性能好,适宜于牵引、拉拽、捆扎等多方面的用途。
说明
钢丝用优质碳钢制成,经多次冷拔和热处理后可达到很高的强度。潮湿或露天环境等工作场所可采用镀锌钢丝拧成的钢丝绳,以增强防锈性能。
钢丝绳在各工业国家中都是标准产品,可按用途需要选择其直径、绳股数、每股钢丝数、抗拉强度和足够的安全系数,它的规格型号可在有关手册中查得。钢丝绳除外层钢丝的磨损外,主要因绕过滑轮和卷筒时反复弯曲引起金属疲劳而逐渐折断,因此滑轮或卷筒与钢丝绳直径的比值是决定钢丝绳寿命的重要因素。比值大,钢丝弯曲应力小,寿命长,但机构庞大。必须根据使用场合确定适宜的比值。钢丝绳表面层的磨损、腐蚀程度或每个拧距内断丝数超过规定值时应予报废。
钢丝绳主要用在吊运,拉运等需要高强度线绳的运输中。
生产工艺
钢丝绳的生产有拉丝、捻股及合绳三个基本工序。
拉丝
原材料:这里说的钢丝绳拉丝是指原材料经过酸洗、磷化、剥壳、开坯,其间进行一次或多次的拔拉,改变其分子机构,使其达到目标直径的一种工艺手段。
原材料有0.14~10.00mm的黑色金属和直径为0.01~16.00mm的有色金属。
酸洗:用酸液洗去钢丝绳原材料表面锈蚀物和轧皮的过程,在钢丝绳生产工艺中又叫剥壳,主要把高线的氧化物剥离,以免铁锈等杂质影响开坯,损坏拉丝模具。
磷化:通俗的说就是把材料浸入磷酸盐溶液中,使其表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜的工艺。在一定程度上防止腐蚀。
开坯:通过各种拉制金属线的模具中心的一定形状的孔,圆、方、八角或其它特殊形状。当金属强行穿过模孔时尺寸、形状都发生变化。
冷拔丝:普通的圆钢,让它通过比它的直径小一点的孔中强行拉过,则圆钢直径就会变小,长度会伸长,不断重复这样的加工过程,则圆钢就会进一步变小。产生这种塑性变形以后的钢材硬度会增加,塑性会基本消失。不要求塑性,只要求强度的场合,可以使用这样的钢材。
回火:因为钢丝的分子结构已经破坏,只有回火再次还原钢丝内部的结构。以便于再次拉丝,这样不易断裂,而且能拉到我们想要的强度。强度就是我们说的的抗拉强度。强度是拉丝拉出来的,不是热处理出来的。这就是钢丝绳工艺和机械加工工艺最大的区别了。一般的强度:1470N/mm2,1570N/mm2,1670N/mm2,1770N/mm2,1870N/mm2,1960N/mm2.强度越高,拉力越强,但是韧性越差。所以,在钢丝绳选型上应选择合适的强度。不能一味高强度。高强度钢丝绳拉力是强的,但是在耐磨度和柔韧性方面比较弱。
捻股
捻股的类型、结构和用途钢丝绳的类型、结构、原料和生产工艺取决于用途。一般钢丝绳用直径0.1~6.0mm圆断面的碳素钢丝。捻制密封和半密封钢丝绳时,采用Z形和其他异型钢丝。钢丝绳的类型按用途分:有悬吊桥梁用绳和矿用捻股、架空索道用承载绳、传动装置用牵引绳、电梯用绳、捆扎和拖编货物用系扎绳等。钢丝绳的品种不断增多,结构日益复杂,除采用各种涂层钢丝外,还使用不锈钢丝和双金属钢丝。为确保钢丝绳使用的安全性和可靠性,要求钢丝绳有足够的强度,良好的挠性、捻制的密实性、抗压性、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳强度等,其中强度最为重要。
钢丝绳的截面结构有点接触圆股、线接触圆股、面接触圆股、异型股、单层股不旋转、密封及扁平等。其中面接触圆股钢丝绳是靠捻股机的牵引力将线接触绳股通过拔丝模或辊模拔制而成。通过拉模,绳股变形前和变形后的截面捻股中有涂油和镀层两种防腐措施。
涂油:所有钢丝绳都必须涂油。纤维芯浸油,要求油脂能够保护纤维芯不腐烂、不锈蚀钢丝,滋润纤维,并从内部润滑钢丝绳。表面涂油使绳股中所有钢丝表面都均匀地涂上一层防锈润滑油脂,其中对摩擦提升和矿水大的矿井用绳,要涂增磨和抗水性强的黑油油脂;其他用途则涂成膜性强、防锈性能好的红油油脂,并要求油层薄,便于在操作过程中保持清洁。
镀层:有镀锌、镀铝、涂尼龙或塑料等。镀锌又分钢丝先镀后拔的薄镀层和钢丝拔后镀锌的厚镀层,厚镀层的机械性能比光面钢丝绳有所降低,宜在严重腐蚀环境中使用。镀铝钢丝绳比镀锌钢丝绳更耐腐蚀、耐磨、耐热,主要用于渔业拖网船舶及含H2S的矿井等,采用先镀后拔法生产。涂尼龙或塑料的钢丝绳分涂绳和涂股后合绳两种。前者用于静索,后者用于动索。
卷线工序:将钢丝线盘,重新卷在捻股机的工字轮上;也可将钢丝从拔丝机后直接卷到工字轮上。捻股将钢丝捻成绳股。捻股机有筐篮式、轴管式、无管式和双捻机等。为12轴管式捻股机示意图,1是装下层绳股的工字轮,2是旋转的机筒,内装12个卷满钢丝的工字轮,3是成股的压线瓦,4是牵引轮,5是上层绳股的收线轮,机筒旋转一周,牵引轮引出的绳股长度即为股的捻距。
合绳
在合绳机上将绳股围绕绳芯中心线作螺旋线排列生产钢丝绳的工艺过程。合绳要严格按照钢丝绳制造工艺规定进行。合绳机选定后,应认真选配合绳用股,股的规格、结构、捻向(见钢丝绳捻法)、长度等应满足钢丝绳制造卡片的要求。股选定后,将载股工字轮安装在合绳机的工字轮轮架上。合绳工序中工字轮的安装、股的穿线方法、捻制参数的调整及捻制操作与捻股时的相同。合绳与捻股相比,仅在捻制工艺上有所不同。钢丝绳的捻制分为单捻钢丝绳的捻制、双捻钢丝绳的捻制和三捻钢丝绳的捻制3种类型。
单捻钢丝绳捻制方法和捻制工艺与相同结构的股的捻制方法和捻制工艺基本相同,区别仅在于在单捻钢丝绳中,围绕绳芯外的各捻制层的钢丝捻向是交替变化的,捻向则按外层钢丝的捻向确定。密封钢丝绳属单捻钢丝绳,捻制方法与捻制圆股单捻钢丝绳相似,其不同点在于,捻制时必须保证绳芯外的异形钢丝大面始终朝向钢丝绳的外表面。密封钢丝绳绳芯外异形钢丝的捻制一般在专用设备上完成。
双捻钢丝绳通常由2、3、4、6、7、8根股捻制而成。最多可达到36股,品种多,结构较复杂,是应用最广泛的钢丝绳。应用最普遍的是由6根股组成的双捻钢丝绳。中细规格的双捻钢丝绳可采用管式捻股机捻制。粗规格钢丝绳,特别是同向捻钢丝绳(见钢丝绳捻法),采用筐篮式合绳机捻制。异形股钢丝绳可采用专用设备捻制,也可在普通合绳机上将圆形股变形成异形股后捻制成钢丝绳。面接触钢丝绳可采用异形钢丝绳捻制法制造,也可采用塑性压缩法制造。塑性压缩法是在捻股时将圆形股经受拉拔或辊压,使股中钢丝产生塑性变形,改变股内钢丝的接触状态,然后用这种股捻制成钢丝绳。三捻钢丝绳的捻制与双捻钢丝绳的捻制相同,只是捻制次数增加了。
所有钢丝绳都应捻制成不松散的。钢丝绳的不松散性能通过合绳时对捻制股进行预变形实现。金属绳芯的钢丝绳也可以采用热处理方法获得不松散性能。为了改善钢丝绳的力学性能和不松散性能,除合绳时对股进行预变形外,捻股和合绳时还广泛采用股矫直工艺,以消除钢丝绳的捻制应力。
在合绳机的牵引轮和收线装置之间设有钢丝绳涂油槽,对钢丝绳涂油。钢丝绳涂油后经排线机构均匀地缠绕在收线机构的工字轮上。捻制完毕后,钢丝绳的绳头用软钢丝扎紧并固定在工字轮轮盘上。
应用
由于钢丝绳独特性能,迄今为止国内外还未找到一种更理想的产品来全面或在一个领域内替代钢丝绳,因而,钢丝绳在冶金、矿山、石油天然气钻采、机械、化工、航空航天等领域成为必不可少的部件或材料,其质量也被国内多个行业所关注,并投入大量人力、物力进行钢丝绳使用研究和产品开发工作,对钢丝绳的结构选择、日常使用、维护保养、更换报废等各个环节制定了很多规程和细则。
1、《煤矿安全规程》、《起重机械安全管理规程》、《汽车起重机和轮胎起重机安全规程》、《桥式起重机安全技术检验细则》等都对钢丝绳结构选择、日常使用、维护保养、更换报废等方面作出切实可行的规定。
2、煤炭等行业把对钢丝绳的检查纳为日常必要的安全生产检查管理内容。
3、多个研究院所参与了钢丝绳相关项目的研究,取得了可转化为生产力的成果。
4、一批钢丝绳检验和报废实用规范有效实施。GB/T5972-2006《起重机用钢丝绳检验和报废实用规范》替代GB/T5972-1986版本标准,2006年9月1日实施。GB9075-1988《架空索道用钢丝绳检验和报废规范》适用于单线循环式、双线循环式及往复式客运、货运架空索道用钢丝绳,但不适用于临时性货运索道及林业索道用钢丝绳。MT716-2005煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件和MT717-1997煤矿重要用途在用钢丝绳生能测定方法及判定规则是煤矿安全、正确合理使用钢丝绳的法规依据。
5、中国工程机械学会港口机械分会注重于钢丝绳的研究,多年来,在钢丝绳国产化,科学合理选择、使用方面作了大量有益的工作。
质量判断
1、比重。钢丝绳直径是一样的,比重越重的,钢丝绳质量越好;
2、钢丝绳绳芯。钢丝绳绳芯越结实,比重越重,对钢丝绳外层股支撑力越好,钢丝绳质量越好;
3、材料。材料就是钢号和强度。钢号越高,强度越高的钢丝绳质量越好;
4、绳子剪开以后微松散的质量好,捻距相对长的钢丝绳质量比短捻距的好;
5、316不锈钢钢丝绳防腐能力比306不锈钢钢丝绳的防腐能力强,306比热镀锌钢丝绳防腐能力强,热镀锌比电镀锌钢丝绳质量好;尼龙涂塑钢丝绳质量比PE包塑钢丝绳强,PE包塑钢丝绳比PVC涂塑钢丝绳质量好,涂塑比镀锌钢丝绳防腐能力强。
报废标准
摘自《起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范》(GB5972―86)2.5.1(现已修订为最新的规范GB5972-2016,以下仅供参考,请参阅最新规范)断丝的性质和数量
起重机械的总体设计不允许钢丝绳具有无限长的寿命。
对于6股和8股的钢丝绳,断丝主要发生在外表。而对于多层绳股的钢丝绳(典型的多股结构)就不同,这种钢丝绳断丝大多数发生在内部,因而是“不可见的”断裂。
下表考虑了这些因素,因此,当与2.5.2~2.5.11款中的因素结合起来考虑时,它适用于各种结构的钢丝绳。
绳端断丝
当绳端或其附近出现断丝时,即使数量很少也表明该部位应力很高,可能是由于绳端安装不正确造成的,应查明损坏原因。如果绳长允许,应将断丝的部位切去重新合理安装。
断丝的局部聚集
如果断丝紧靠一起形成局部聚集,则钢丝绳应报废。如这种断丝聚集在小于6d的绳长范围内,或者集中在任一支绳股里,那么,即使断丝数比表列的数值少,钢丝绳也应予报废。
断丝的增加率
在某些使用场合,疲劳是引起钢丝绳损坏的主要原因,断丝则是在使用一个时期以后才开始出现,但断丝数逐渐增加,其时间间隔越来越短。在此情况下,为了判定断丝的增加率,应仔细检验并记录断丝增加情况。判明这个“规律”可用来确定钢丝绳未来报废的日期。
绳股断裂
如果出现整根绳股的断裂,则钢丝绳应报废。
由于绳芯损坏而引起的绳径减小
当钢丝绳的纤维芯损坏或钢芯(或多层结构中的内部绳股)断裂而造成绳径显著减小时,钢丝绳应报废。
微小的损坏,特别是当所有各绳股中应力处于良好平衡时,用通常的检验方法可能是不明显的。然而这种情况会引起钢丝绳的强度大大降低。所以,有任何内部细微损坏的迹象时,均应对钢丝绳内部进行检验予以查明。一经证实损坏,则该钢丝绳就应报废。
弹性减小
在某些情况下(通常与工作环境有关),钢丝绳的弹性会显著减小,若继续使用则是不安全的。
钢丝绳的弹性减小是较难发觉的,如检验人员有任何怀疑,则应征询钢丝绳专家的意见。然而,弹性减小通常伴随下述现象:
a.绳径减小
b.钢丝绳捻距伸长
c.由于各部分相互压紧,钢丝之间和绳股之间缺少空隙
d.绳股凹处出现细微的褐色粉末
e.虽未发现断丝,但钢丝绳明显的不易弯曲和直径减小比起单纯是由于钢丝磨损而引起的也要快得多。这种情况会导致在动载作用下突然断裂,故应立即报废。
外部及内部磨损
产生磨损的两种情况:
a.内部磨损及压坑
这种情况是由于绳内各个绳股和钢丝之间的摩擦引起的,特别是当钢丝绳经受弯曲时更是如此。
b.外部磨损
钢丝绳外层绳股的钢丝表面的磨损,是由于它在压力作用下与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦造成的。这种现象在吊载加速和减速运动时,钢丝绳与滑轮接触的部位特别明显,并表现为外部钢丝磨成平面状。
润滑不足,或不正确的润滑以及还存在灰尘和砂粒都会加剧磨损。
磨损使钢丝绳的断面积减小因而强度降低。当外层钢丝磨损达到其直径的40%时,钢丝绳应报废。
当钢丝绳直径相对于公称直径减小7%或更多时,即使未发现断丝,该钢丝绳也应报废。
外部及内部腐蚀
腐蚀在海洋或工业污染的大气中特别容易发生。它不仅减少了钢丝绳的金属面积从而降低了破断强度,而且还将引起表面粗糙并从中开始发展裂纹以至加速疲劳。严重的腐蚀还会引起钢丝绳弹性的降低。
外部腐蚀:外部钢丝的腐蚀可用肉眼观察。当表面出现深坑,钢丝相当松弛时应报废。
内部腐蚀:内部腐蚀比经常伴随它出现的外部腐蚀较难发现。但下列现象可供识别:
a.钢丝绳直径的变化。钢丝绳在绕过滑轮的弯曲部位直径通常变小。但对于静止段的钢丝绳则常由于外层绳股出现锈积而引起钢丝绳直径的增加。
b.钢丝绳外层绳股间的空隙减小,还经常伴随出现外层绳股之间断丝。
如果有任何内部腐蚀的迹象,则应由主管人员对钢丝绳进行内部检验。若确认有严重的内部腐蚀,则钢丝绳应立即报废。
变形:钢丝绳失去正常形状产生可见的畸形称方“变形”。这种变形部位(或畸形部位)可能引起变化,它会导致钢丝绳内部应力分布不均匀。钢丝绳的变形从外观上区分,主要可分下述几种:
波浪形的变形是:钢丝绳的纵向轴线成螺旋线形状。这种变形不一定导致任何强度上的损失,但如变形严重即会产生跳动造成不规则的传动。时间长了会引起磨损及断丝。
出现波浪形时,在钢丝绳长度不超过25d的范围内,若d1≥4d/3,则钢丝绳应报废。
式中d为钢丝绳的公称直径;d1是钢丝绳变形后包络的直径。
笼状畸变:这种变形出现在具有钢芯的钢丝绳上。当外层绳股发生脱节或者变得比内部绳股长的时候就会发生这种变形。笼状畸变的钢丝绳应立即报废。
绳股挤出:这种状况通常伴随笼状畸变一起产生。绳股被挤出说明钢丝绳不平衡。绳股挤出的钢丝绳应立即报废。
钢丝挤出:此种变形是一部分钢丝或钢丝束在钢丝绳背着滑轮槽的一侧拱起形成环状。这种变形常因冲击载荷而引起。若此种变形严重时,则钢丝绳应报废。
绳径局部增大:钢丝绳直径有可能发生局部增大,并能波及相当长的一段钢丝绳。绳径增大通常与绳芯畸变有关(如在特殊环境中,纤维芯因受潮而膨胀),其必然结果是外层绳股产生不平衡,而造成定位不正确。绳径局部严重增大的钢丝绳应报废。
扭结:扭结是由于钢丝绳成环状在不可能绕其轴线转动的情况下被拉紧而造成的一种变形。其结果是出现捻距不均而引起格外的磨损,严重时钢丝绳将产生扭曲,以致只留下极小一部分钢丝绳强度。严重扭结的钢丝绳应立即报废。
绳径局部减小:钢丝绳直径的局部减小常常与绳芯的断裂有关。应特别仔细检验靠绳端部位有无此种变形。绳径局部严重减小的钢丝绳应报废。
部分被压扁:钢丝绳部分被压扁是由于机械事故造成的。严重时,则钢丝绳应报废。
弯折:弯折是钢丝绳在外界影响下引起的角度变形。这种变形的钢丝绳应立即报废。
由于热或电弧的作用而引起的损坏:钢丝绳经受了特殊热力的作用其外表出现可资识别的颜色时,该钢丝绳应予报废。
(一)钢丝绳的连接方法有小接法与大接法两种。小接法在接头范围内,是两根绳子的绳股合在一起,因此绳头变粗,它的接头长度较短。大接法将两个绳头的绳股各剁去一半,然后将两个绳头对在一起插接,它的接头长度较长,用这个方法接出的绳子,绳的粗细保持不变,表面上看不出接头的位置。钢丝绳用作吊索时,需要经过人工的插接后才能成为吊索,俗称小接法。钢丝绳的插接方法一般可分为5种:即一进一插接法、一进二插接法、一进三插接法、一进四和一进五插接法。最常用的是一进三插接法,一进五插接法多用于钢丝绳的小结
(二)钢丝绳采用编结固接时,编接长度不得小于钢线绳直径的20倍,并不短于0.3米,在编结部分应捆扎细钢丝。
(三)钢丝绳采用绳卡固接时,数量不得少于3个,最后一个卡子距绳头不得小于0.14米。绳卡夹板应在受力的一侧“U”形螺栓须在钢丝绳尾端,不得正反交叉。卡子应拧紧到使两绳直径高度压扁1/3左右。绳卡固定后,待钢丝绳受力后应再次紧固。绳卡匹配表:
钢丝绳直径mm1010~2021~2628~3636~40最少绳卡数(个)34567
绳卡间距mm80140160220240