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0引言 鋼芯鋼絲繩因具有傳動(dòng)噪聲小、吸震性好、換向性好等優(yōu)點(diǎn)，在物料搬運(yùn)機(jī)械中常作提升、牽引、拉緊和承載之用，因此其廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、石油、港口、交通、電力、礦
0引言
鋼芯鋼絲繩因具有傳動(dòng)噪聲小、吸震性好、換向性好等優(yōu)點(diǎn)，在物料搬運(yùn)機(jī)械中常作提升、牽引、拉緊和承載之用，因此其廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、石油、港口、交通、電力、礦山、建筑等領(lǐng)域。然而，鋼絲繩在使用中，出現(xiàn)的最大問(wèn)題是鋼芯的早期斷絲，鋼絲繩往往在外股完好的情況下，內(nèi)部鋼芯出現(xiàn)斷絲或斷裂l。數(shù)據(jù)顯示鋼絲繩作業(yè)量到80~100萬(wàn)t時(shí)就出現(xiàn)嚴(yán)重的鋼芯斷絲或斷裂現(xiàn)象（正常作業(yè)量200萬(wàn)t），具體如圖1所示。從圖1可以看出鋼芯斷絲嚴(yán)重，清洗干凈后發(fā)現(xiàn)每根股上都有2-3根斷絲，一個(gè)捻距內(nèi)斷絲數(shù)量超過(guò)10根，鋼芯也完全不成型，如圖2所示。鋼芯的早期斷裂成為了鋼絲繩失效的主要原因。
關(guān)于鋼絲繩鋼芯斷絲問(wèn)題的研究已經(jīng)持續(xù)了很多年，綜合分析認(rèn)為導(dǎo)致鋼芯斷絲的主要因素有：鋼芯受到嚴(yán)重磨損、鋼芯尺寸設(shè)計(jì)不合理、鋼芯自身存在缺陷、鋼芯參數(shù)設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)考慮、鋼芯使用潤(rùn)滑油油脂質(zhì)量不高和鋼芯潤(rùn)滑方式不合理等[]。針對(duì)于多層股鋼芯鋼絲繩，目前主要采用塑料、纖維等材料進(jìn)行繩內(nèi)填充來(lái)解決鋼芯斷絲問(wèn)題，效果也明顯改善。然而，對(duì)于普通的6股、8股鋼芯鋼絲繩，因其特殊結(jié)構(gòu)使鋼絲繩總具有旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，且股數(shù)少，繩內(nèi)填充對(duì)整體性能影響微乎其微，故鋼芯斷絲問(wèn)題依然非常突出。鑒于此，本文以普通6股鋼芯鋼絲繩為例，從鋼絲繩工藝參數(shù)入手，探討鋼芯斷絲的原因，制定相應(yīng)改進(jìn)措施，并進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證，為工程應(yīng)用提供參考。
1鋼絲繩工藝參數(shù)分析
1.1鋼絲繩現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)量
對(duì)鋼絲繩鋼芯繩徑、捻距進(jìn)行了測(cè)量，比照設(shè)計(jì)參數(shù)的目標(biāo)直徑和目標(biāo)捻距進(jìn)行了比對(duì)，詳情見(jiàn)表1所示。通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)：拆繩后鋼芯捻距均比目標(biāo)捻距大，實(shí)測(cè)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不符。
1.2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的符合性分析鋼絲繩捻距一般設(shè)計(jì)為公稱直徑的6.5倍，鋼芯捻距為鋼芯公稱直徑的6.3倍，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，鋼絲繩捻距滿足設(shè)計(jì)要求，而鋼芯的捻距參數(shù)達(dá)到了6.5倍甚至更大。例如32mm鋼絲繩按照工藝要求設(shè)計(jì)捻距為208mm，所配鋼芯直徑為12.8mm，鋼芯捻距應(yīng)為80.64mm，實(shí)際檢測(cè)結(jié)果為：
鋼絲繩捻距208-209mm，符合設(shè)計(jì)要求，鋼芯捻距83.2~83.5mm，超出工藝要求，捻距倍數(shù)超過(guò)6.5倍，實(shí)物測(cè)量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不符，與設(shè)計(jì)有一定的差異性。為了研究鋼芯捻距倍數(shù)增大所引發(fā)的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了鋼絲繩、鋼芯伸長(zhǎng)率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，探討鋼絲繩、鋼芯彈性模量與捻距的關(guān)系。
2鋼絲繩、鋼芯伸長(zhǎng)率測(cè)定實(shí)驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)方案
以6×36WS-IWRC-D31.5mm鋼絲繩和其鋼芯為研究對(duì)象，進(jìn)行鋼絲繩和鋼芯的伸長(zhǎng)率和彈性模量實(shí)驗(yàn)。首先，分別取鋼芯捻距倍數(shù)為6.0和6.3倍的兩種繩樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；然后，測(cè)量30%破斷拉力下鋼芯和鋼絲繩的彈性模量，其中鋼芯的拉力按鋼芯截面積占鋼絲繩截面面積的比例進(jìn)行計(jì)算得出，該比例為14.9%：最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析鋼芯伸長(zhǎng)率與鋼絲繩的匹配性。鋼絲繩試樣采用兩頭合金錐形澆筑，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T24191-
2009的要求，選用取樣總長(zhǎng)度為3000mm鋼絲繩3根，引伸計(jì)標(biāo)距為1000mm，采用500t臥式拉力試驗(yàn)機(jī)，拉力數(shù)值誤差不大于5%，電子引伸計(jì)采集位移變形數(shù)據(jù)。
2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理
根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，現(xiàn)場(chǎng)截取鋼絲繩捻距倍數(shù)為60和6.3倍的兩種6×36WS-IWRC-D31.5mm鋼絲繩樣2根，鋼芯捻距倍數(shù)為6.0和6.3倍與其結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的6×7-WSC-12.41mm鋼芯2根，繩樣參數(shù)見(jiàn)表2。按照實(shí)驗(yàn)方案要求在拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用800/30（標(biāo)距/量程）應(yīng)變片式引伸計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
2.3數(shù)據(jù)分析
按照上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，將所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別計(jì)算出4根繩樣每次實(shí)驗(yàn)后的彈性模量（繩的破斷拉力為672kN，芯的破斷拉力為100kN），如圖4所示。由圖可見(jiàn)，在經(jīng)過(guò)第三次實(shí)驗(yàn)后，鋼絲繩或從數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可得到以下結(jié)論：捻距從6.3倍變?yōu)?.0倍后，鋼芯的彈性模量明顯減小，趨近于鋼絲繩彈性模量，但對(duì)鋼絲繩的彈性模量影響較小，兩者可以趨近，但不可能達(dá)到一致的水平：鋼絲繩、鋼芯彈性模量越接近，兩者受力后的伸長(zhǎng)率就越接近，這樣就可以降低鋼絲繩使用時(shí)鋼芯受到的拉應(yīng)力，改善鋼芯斷絲現(xiàn)象：鋼絲繩、鋼芯捻距倍數(shù)6.3、6.0的匹配關(guān)系最佳，但具體效果還需要產(chǎn)品使用后驗(yàn)證。
3改進(jìn)措施和產(chǎn)品驗(yàn)證
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和鋼絲繩、鋼芯伸長(zhǎng)率測(cè)定實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果，認(rèn)為導(dǎo)致鋼芯早期斷絲的主要原因是鋼絲繩的實(shí)際捻制參數(shù)與設(shè)計(jì)不符，特別是鋼芯的捻距變大后，鋼芯的伸長(zhǎng)不能與鋼絲繩匹配。
3.1鋼芯捻距變化原因分析鋼絲繩捻制過(guò)程，其實(shí)就是將外股以螺旋狀纏繞于鋼芯上，而外股是沿著一定的角度（即鋼絲繩捻角）捻入，鋼芯在鋼絲繩中受到外股的擠壓，產(chǎn)生沿外股方向的摩擦力F。該力可分解為沿鋼芯運(yùn)動(dòng)方向的力F、和沿鋼芯徑向的力Fx，F(xiàn)、為鋼芯受到的軸向牽引力，F(xiàn)x使鋼芯產(chǎn)生沿徑向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，F(xiàn)x就是鋼芯轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源。
鋼絲繩捻制過(guò)程中，鋼芯一端在放線架上，一端進(jìn)入模子，相當(dāng)于鋼芯兩端固定，在合攏口施加扭矩。由于捻制過(guò)程中鋼芯會(huì)受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，當(dāng)此力矩方向與鋼絲繩捻向一致時(shí)，鋼芯就會(huì)在模子口前（即鋼絲繩進(jìn)入模子時(shí)）產(chǎn)生加捻，而出模子后（即鋼絲繩出模子事）產(chǎn)生松捻的現(xiàn)象，這是導(dǎo)致鋼芯捻距增大的主要原因之一。
3.2改進(jìn)措施
3.2.1改進(jìn)思路
由以上分析可知，鋼絲繩捻制時(shí)，鋼芯會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和轉(zhuǎn)動(dòng)量的大小是造成鋼芯捻距增大的主要原因。那么，要減小鋼芯捻距的增大量，可從減小鋼芯捻制轉(zhuǎn)動(dòng)量的思路出發(fā)。一是減小扭矩M，可以通過(guò)適當(dāng)減小鋼芯直徑的辦法來(lái)減少扭矩M：二是增大抗扭剛度Gl，此值與鋼芯材質(zhì)和結(jié)構(gòu)規(guī)格有關(guān)，可通過(guò)提高現(xiàn)有鋼芯結(jié)構(gòu)捻制質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.2.2改進(jìn)方法
根據(jù)本文分析結(jié)果并結(jié)合工藝參數(shù)設(shè)計(jì)要求，提出了三種改進(jìn)方法：提高鋼芯捻制質(zhì)量、合繩時(shí)對(duì)鋼芯進(jìn)行加捻方向翻身、調(diào)整鋼芯捻距進(jìn)行補(bǔ)償。
根據(jù)這三種方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用量較多的6股鋼絲繩的工藝參數(shù)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將其鋼芯捻距倍數(shù)調(diào)整為
5.6倍，以滿足合繩后鋼芯捻距倍數(shù)6.0倍的設(shè)計(jì)要求，并依據(jù)新工藝參數(shù)加工產(chǎn)品。
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