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引言 鋼絲繩的優(yōu)勢(shì)：耐腐蝕性好，能夠在各種有害介質(zhì)的惡劣環(huán)境中正常工作；柔軟性能好，能用于牽引、拉拽、捆扎等多方面用途；能傳遞長(zhǎng)距離的載荷，能夠承受多種載荷及變載荷
引言
鋼絲繩的優(yōu)勢(shì)：耐腐蝕性好，能夠在各種有害介質(zhì)的惡劣環(huán)境中正常工作；柔軟性能好，能用于牽引、拉拽、捆扎等多方面用途；能傳遞長(zhǎng)距離的載荷，能夠承受多種載荷及變載荷的作用；具有較高的抗拉強(qiáng)度，抗疲勞強(qiáng)度和抗沖擊韌性；承載能力安全系數(shù)較大，便于攜帶與運(yùn)輸，使用安全可靠，卷繞性好，載重能力大，自重輕；運(yùn)行平穩(wěn)且?guī)缀鯖](méi)有噪聲，在高速工作條件下耐磨，抗震，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好，適用于高速轉(zhuǎn)動(dòng)；彈性好、強(qiáng)度高、過(guò)載能力強(qiáng)，工作時(shí)幾乎不會(huì)發(fā)生突然斷裂，可靠性強(qiáng)。因此，鋼絲繩的應(yīng)用十分廣泛。
世界上最貴的鋼絲繩每根價(jià)值1000萬(wàn)元，003航母上就安裝了很多這樣的繩子作為航母阻攔索，飛機(jī)降落后需要一段跑道用來(lái)減速，這個(gè)條件在陸地上是很容易滿足的，但是在艦船上就很難辦到，航母阻攔索非常重要。下面重點(diǎn)對(duì)工程起重機(jī)所用鋼絲繩進(jìn)行討論分析。在工程起重機(jī)領(lǐng)域，鋼絲繩是其應(yīng)用最廣的傳動(dòng)撓性件。
1鋼絲繩的組成
1.1鋼絲
鋼絲繩在使用過(guò)程中經(jīng)常需要承載交變載荷的作用，鋼絲繩的使用性能主要是由鋼絲的表面狀態(tài)、力學(xué)性能、還有鋼絲繩的結(jié)構(gòu)決定。鋼絲的材質(zhì)包括碳素鋼、合金鋼，通過(guò)冷拉、冷軋而成，鋼絲橫截面有圓形、異形，異形橫截面鋼絲主要用于生產(chǎn)密封鋼絲繩，具有很強(qiáng)的韌性、抗拉強(qiáng)度，并對(duì)鋼絲表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚碛靡詽M足不同使用環(huán)境條件下的需求。
1.2繩芯
繩芯的主要作用是對(duì)鋼絲繩起到支撐作用，以達(dá)到穩(wěn)定的橫斷面結(jié)構(gòu)。繩芯包括鋼芯和纖維芯，纖維芯包括天然纖維芯和合成纖維芯，天然纖維芯如劍麻、黃麻、棉線等，合成纖維芯包括聚乙烯和聚丙烯長(zhǎng)絲等。天然纖維芯可以?xún)?chǔ)存較多的潤(rùn)滑脂，對(duì)鋼絲繩起到潤(rùn)滑作用，延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命。
1.3潤(rùn)滑脂
鋼絲繩捻制過(guò)程中噴涂潤(rùn)滑脂，其主要作用有兩個(gè)，其一，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑減緩對(duì)鋼絲表面的磨損，其二，潤(rùn)滑脂可以將鋼絲表面與空氣中的氧氣隔離，對(duì)鋼絲繩發(fā)生氧化銹蝕起到抑制作用。
2鋼絲繩的材料、制造
鋼絲繩是由許多滑輪直徑D=0.5~2mm的高強(qiáng)度鋼絲經(jīng)纏繞、編制而成。鋼絲繩的材料采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼較多，它的含P、S量≤0.03%，含C量為0.5%～0.8%，抗拉強(qiáng)度一般可以達(dá)到1450~2000N/mm2，特殊狀態(tài)下可達(dá)到2400N/mm2。鋼絲繩的鋼絲質(zhì)量根據(jù)內(nèi)彎次數(shù)的多少可分為Ⅱ級(jí)、I級(jí)、特級(jí)。載客電梯多采用特級(jí)，工程起重機(jī)多采用I級(jí)，Ⅱ級(jí)主要用于物的緊固綁扎等用途。
除鋼絲質(zhì)量外，使用目的不同，鋼絲繩的結(jié)構(gòu)及其繞編方式也各不相同，工程起重機(jī)通常采用雙繞繩。
3鋼絲繩的種類(lèi)
鋼絲繩根據(jù)結(jié)構(gòu)及編繞方式的不同可分為以下不同的種類(lèi)。
3.1鋼絲繩的捻繞次數(shù)
1）單繞繩是由若干層鋼絲繩依次圍繞一根鋼芯繞制而成。這種鋼絲繩的構(gòu)造最簡(jiǎn)單，其特點(diǎn)是剛性大，撓曲性差，不宜用作起重繩，可用作起重機(jī)的桅索、拉索和架空索道的承載索等。
2）雙繞繩是先由鋼絲擰成股，然后再將股擰成繩。這種鋼絲繩撓性好，是工程起重機(jī)常用繩。
3）三繞繩是把雙繞繩作為股，再由幾股擰成繩。這種鋼絲繩撓性特別好，但由于制造復(fù)雜，并且鋼絲較細(xì)，容易磨損折斷，起重機(jī)中一般不用。
3.2鋼絲繩的捻制方法
1）順繞繩，鋼絲繞成股與股繞成繩的方向相同。
這種鋼絲繩撓性好，表面光滑，使用壽命長(zhǎng)，但容易自行松散和扭轉(zhuǎn)。因此，它只能用于經(jīng)常保持張緊狀態(tài)的地方，如起重機(jī)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的牽引繩。
2）交繞繩，鋼絲繞股方向與股繞繩方向相反。這種鋼絲繩撓性、使用壽命都比順繞繩的差，但股與繩方向相反，不容易扭轉(zhuǎn)、松散，所以交饒繩在工程起重機(jī)中使用比較廣泛。
3）混繞繩，即一半順繞，一半交繞。因工藝復(fù)雜，極少應(yīng)用。
3.3股的形狀
1）圓股繩，鋼絲繩的股為圓形。制造方便，一般常用。
2）異形股繩，鋼絲繩中的股呈三角形、橢圓形及扁圓形等。這種鋼絲繩與滑輪槽和卷筒槽接觸良好，使用壽命長(zhǎng)，但制造復(fù)雜。
3）多股不扭轉(zhuǎn)繩，鋼絲繩中各相鄰層股的捻向相反。這種鋼絲繩在卷筒上接觸面積較大，抗擠壓強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)，而且受力時(shí)其自由端不會(huì)旋轉(zhuǎn)。特別適宜用作起升高度特大的自升式塔式起重機(jī)的起升鋼絲繩。
3.4鋼絲之間的接觸形式
3.4.1鋼絲點(diǎn)接觸繩
所有鋼絲的直徑相同，不同層鋼絲的節(jié)距不同，相互交叉會(huì)形成鋼絲與鋼絲點(diǎn)接觸。它的缺點(diǎn)是接觸應(yīng)力高，易斷裂，表面較粗糙，使用壽命較短。但因其制造工藝簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高，曾廣泛用于起重機(jī)中，現(xiàn)逐漸被鋼絲線接觸繩代替。
3.4.2鋼絲線接觸繩
由不同直徑的鋼絲纏繞編制，通過(guò)截面幾何尺寸的適當(dāng)配置，使每層鋼絲與鋼絲的節(jié)距相同，內(nèi)層鋼絲繩之間的溝槽內(nèi)包裹著外層鋼絲，內(nèi)外層的鋼絲在一條螺旋線上互相接觸，形成線接觸。線接觸鋼絲繩消除了點(diǎn)接觸鋼絲繩具有的二次彎曲應(yīng)力，可一定程度降低工作時(shí)總彎曲應(yīng)力，所以它的承載能力高，并且撓性較好，耐腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)，在工程起重機(jī)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
鋼絲線接觸繩根據(jù)鋼絲繩端面不同的結(jié)構(gòu)可分為以下3種形式：
1）外粗式X。這種鋼絲繩股中，內(nèi)層鋼絲繩細(xì)，外層鋼絲粗，同一層鋼絲的直徑相同，它的耐磨性好但撓性較差。
2）粗細(xì)式W。這種鋼絲繩股的外層由不同直徑的鋼絲組成，其中細(xì)鋼絲同時(shí)與3根相鄰鋼絲接觸，它的斷面填充系數(shù)高，承載能力大，撓性好，是工程起重機(jī)常用的形式。
3）填充型T。這種鋼絲繩股內(nèi)外層鋼絲形成的溝槽內(nèi)包裹著細(xì)鋼絲，斷面填充系數(shù)高，承載能力增加。
4）鋼絲點(diǎn)、線接觸繩，混合結(jié)構(gòu)，其外面為外粗式，里面是點(diǎn)接觸。
4鋼絲繩的選用
考慮鋼絲繩選用時(shí)，首先要根據(jù)鋼絲繩的使用條件（例如：潮濕、常溫、高溫、多層纏繞等），初步確定鋼絲繩的形式，一般優(yōu)先選擇鋼絲線接觸繩，腐蝕性大的環(huán)境選用鍍鋅鋼絲繩，最后通過(guò)所要求的受力情況來(lái)決定鋼絲繩的直徑。
鋼絲繩的受力情況復(fù)雜，除了受壓縮、彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力以外，也受外界沖擊載荷的影響，需精確計(jì)算幾乎不太現(xiàn)實(shí)。承受的力多為動(dòng)態(tài)形式，本文通過(guò)簡(jiǎn)化，采用靜態(tài)力算法，如下：
4.1通過(guò)計(jì)算鋼絲繩破斷拉力選用鋼絲繩內(nèi)部破斷拉力F，可以用鋼絲繩本身所承受的最大工作靜拉力Sa乘以它的安全系數(shù)，得出的鋼絲繩破斷拉力作為選繩的最低條件。計(jì)算公式為：
F，≥nS..
式中：n為安全系數(shù)。
4.2通過(guò)最大工作拉力計(jì)算鋼絲繩的直徑根據(jù)使用場(chǎng)景算出所需鋼絲繩的最大工作拉力，通過(guò)最大工作拉力計(jì)算鋼絲繩的直徑，以計(jì)算出的鋼絲繩直徑為最小直徑選用。計(jì)算公式為：
d=CV.
式中：C為選擇系數(shù)，mm/VN；s為鋼絲繩最大工作靜拉力，N；d為鋼絲繩的最小直徑，mm。
5鋼絲繩的報(bào)廢
工程起重用鋼絲繩的損壞主要是在長(zhǎng)期作用中逐漸形成的。當(dāng)鋼絲繩在卷筒與滑輪工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力、彎曲、擠壓、扭轉(zhuǎn)和接觸等應(yīng)力。在工程起重機(jī)的使用過(guò)程中，反復(fù)彎曲和反復(fù)擠壓引起的鋼絲繩金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。當(dāng)反復(fù)拉拽、擠壓、彎曲、摩擦扭轉(zhuǎn)達(dá)到一定次數(shù)時(shí)，外層鋼絲會(huì)首先斷裂，剩下沒(méi)有折斷的其余鋼絲自然會(huì)承受更大的拉力，加劇了疲勞和磨損程度，最終使鋼絲繩斷絲速度逐漸加快。鋼絲繩斷絲量一旦達(dá)到特定的數(shù)目時(shí)，該鋼絲繩便不允許繼續(xù)使用，應(yīng)報(bào)廢處置或做他用。
6起重機(jī)鋼絲繩使用注意事項(xiàng)1）在工程起重機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量減少可能造成鋼絲繩彎折的處境，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，盡量使用少的滑輪結(jié)構(gòu)，不僅如此，還要考慮避免鋼絲繩往相反方向彎折，這樣的彎折對(duì)鋼絲繩的損害是正常彎折的2倍，會(huì)使所用鋼絲繩加速疲勞損壞。
2）鋼絲繩的壽命跟卷筒、滑輪直徑D與鋼絲繩直徑d的比值有很大的關(guān)系。所設(shè)計(jì)的比值越大，鋼絲繩的壽命越長(zhǎng)，反之，越短。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮最小比值。
3）鋼絲繩的繩股較細(xì)，與鋼絲繩配合使用的卷筒、滑輪的材料不能太硬，否則也會(huì)影響鋼絲繩的壽命。在太原重工工程起重機(jī)制造及使用經(jīng)驗(yàn)表明，選用硬度較軟的鑄鐵滑輪比同等條件下的鑄鋼滑輪鋼絲繩的壽命可延長(zhǎng)15%左右，若選用尼龍滑輪，對(duì)鋼絲繩的壽命更加有利。
4）鋼絲繩出廠使用時(shí)已配置油脂，但在鋼絲繩的使用過(guò)程中也應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，注意看鋼絲繩的油脂是否充足，定期給予鋼絲繩潤(rùn)滑可避免腐蝕，從而減弱鋼絲繩自身的磨損，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。
7結(jié)語(yǔ)
起重機(jī)鋼絲繩作為起重機(jī)非常重要的專(zhuān)用零件，其制造、選用和使用都非?？季浚加袊?yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)要求，必須在鋼絲繩制造、選用、使用等每一個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，才能使起重機(jī)工作牢靠、安全。
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