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對特殊結(jié)構(gòu)平行捻密實(shí)鋼絲繩特性的認(rèn)識

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2022-06-11 15:43

信息摘要：

1問題提出 GB/T 8706-2006/ISO17893：2004]給出平行捻密實(shí)鋼絲繩定義為至少由兩層平行捻股圍繞一個(gè)芯螺旋捻制而成的多股鋼絲繩，這種解釋值得商榷，筆者認(rèn)為正確的說法應(yīng)是至少由兩層股

1問題提出

GB/T 8706-2006/ISO17893：2004]給出平行捻密實(shí)鋼絲繩定義為“至少由兩層平行捻股圍繞一個(gè)芯螺旋捻制而成的多股鋼絲繩”，這種解釋值得商榷，筆者認(rèn)為正確的說法應(yīng)是至少由兩層股圍繞一個(gè)螺旋芯平行捻制而成的多股鋼絲繩，并不是至少有兩層平行捻股，因?yàn)槿舭葱g(shù)語規(guī)定，則8×7-

PWRC類鋼絲繩、9×7-PWRC類鋼絲繩就不能出現(xiàn)在其給出的表7中，因?yàn)檫@2類鋼絲繩外層股是單層鋼絲股，而單層鋼絲股不屬平行捻股。平行捻密實(shí)鋼絲繩最為顯著的特點(diǎn)是破斷拉力高、結(jié)構(gòu)伸長小，如果把鋼絲繩看成股，把股看成鋼絲，則其基本形式有兩魯式、填充式和瓦林吞式，如意大利瑞得利（REDEALLI）圖1、圖2鋼絲繩，德國佩松（PYTHON）圖3鋼絲繩，凱撒（CASAR）圖4、圖5、圖6鋼絲繩，迪帕（DIEPA）圖7、圖8、圖9、圖10鋼絲繩，英國波萊頓（BRIDON）圖11鋼絲繩和美國聯(lián)合鋼絲繩（UNIONROPE）圖12鋼絲繩都是平行捻密實(shí)鋼絲繩，其中圖3、圖10、圖11、圖12為壓實(shí)平行捻密實(shí)鋼絲繩，且圖3、圖10鋼絲繩由壓實(shí)股組成，即所謂的雙壓實(shí)工藝鋼絲繩。目前還沒有見到由3種基本形式中的2種或3種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組合捻結(jié)構(gòu)。注意，圖3鋼絲繩雖然由3層股組成，但外層與次外層、次外層與內(nèi)層構(gòu)成結(jié)構(gòu)均為西魯式。筆者注意到瑞得利在展示其生產(chǎn)高科技起重機(jī)鋼絲繩（Multistrand Hi-Tech Crane Ropes）相關(guān)資料中，出現(xiàn)了圖13、圖14結(jié)構(gòu)不規(guī)范的平行捻密實(shí)鋼絲繩，其有何特點(diǎn)？在此進(jìn)行探討。

2問題研究

2.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.1屬非標(biāo)結(jié)構(gòu)

在圖1~圖14鋼絲繩中，圖6、圖9、圖11、圖12鋼絲繩，由于其外層由2種結(jié)構(gòu)、2種直徑股組成，無法按文獻(xiàn)[1]進(jìn)行歸類，也就無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)標(biāo)記，但其股在繩中的排列完全符合瓦林吞結(jié)構(gòu)特征，而對圖13、圖l4股在繩中具有相同捻距的鋼絲繩，不僅存在無法規(guī)范標(biāo)記問題，同時(shí)股在繩中排列既不是西魯式、填充式，也不是瓦林吞式，暫時(shí)將其看成是與瓦林吞相近結(jié)構(gòu)。如果將圖13、圖14鋼絲繩看成股，將股看成鋼絲，從不同層鋼絲在股中具有相同捻距的角度看，該結(jié)構(gòu)屬平行捻股無疑，但這種由2層鋼絲組成的平行捻股又不符合標(biāo)準(zhǔn)形式的平行捻股。盡管看似瓦林吞，但與瓦林吞式股明顯不同，因?yàn)橥吡滞坦赏鈱愉摻z雖也由2種規(guī)格鋼絲組成，但每種規(guī)格鋼絲數(shù)目相等，而圖13、圖14鋼絲繩盡管外層股也有2種規(guī)格，但股數(shù)比為1：2，這種像瓦林吞結(jié)構(gòu)的鋼絲繩應(yīng)屬非標(biāo)結(jié)構(gòu)的平行捻密實(shí)鋼絲繩。

2.1.2適合小規(guī)格鋼絲繩生產(chǎn)在我國標(biāo)準(zhǔn)2-1中，有一種在國外標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)資料很少看到，且生產(chǎn)及應(yīng)用也不多的股為3-3+3結(jié)構(gòu)的6股鋼絲繩，雖然文獻(xiàn)[2-5]將其歸屬6×7類結(jié)構(gòu)，按照文獻(xiàn)[1]規(guī)定，這種歸類的正確性值得商椎，因?yàn)楹笳咭?guī)定鋼絲繩股是單層鋼絲股，即股只包含1層鋼絲，但3-3+3股包含2層鋼絲。對這種并不多見的結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[6]還對其參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。3-3+3股，從股中鋼絲排列規(guī)律看，應(yīng)屬瓦林吞結(jié)構(gòu)，但對其無法按照文獻(xiàn)[1]進(jìn)行歸類，其根本原因是組股鋼絲根數(shù)少，如果內(nèi)層鋼絲數(shù)≥4根，則不存在無法歸類問題，如1-4-4+4，1-5-5+5均可歸為“19絲平行捻股”，而1-6-6+6，1-7-7+7又是常見瓦林吞結(jié)構(gòu)。在3-3+3股中，內(nèi)層有3根鋼絲，中心鋼絲直徑過小，其有無對股結(jié)構(gòu)及其性能影響已無關(guān)緊要，故將其省略，也就是說該股其實(shí)與1-3-3+3股并不存在明顯的差別。文獻(xiàn)[1]之2.6.2.1“注：由三個(gè)或四個(gè)股組成的多股鋼絲繩可能有也可能沒有繩芯”，也正是基于當(dāng)鋼絲繩由3根或4根股組成時(shí)，繩芯尺寸因?yàn)樾∫灾劣诳梢允÷裕?dāng)然使用繩芯也并非標(biāo)準(zhǔn)不許可。考慮到圖13、圖14鋼絲繩內(nèi)層只有3根股，為方便說明問題，在此將鋼絲繩視為股，暫且將其標(biāo)記為3-3+3×2。假設(shè)股外層鋼絲直徑取1.0000

mm（同層由不同直徑鋼絲組成時(shí)取其最大規(guī)格）和股直徑取10.0000mm，通過SolidWorks繪圖求得鋼絲處于非捻制狀態(tài)時(shí)圖15、圖16、圖17、圖18不同股及其不同位置鋼絲直徑，相應(yīng)數(shù)據(jù)見表1、表2。

從表1、表2數(shù)據(jù)看出，對西魯式、填充式和瓦林吞式3種股，只要內(nèi)層鋼絲為3根（注：同層鋼絲為3根也應(yīng)是組股同層鋼絲最少根數(shù)），那么，組股鋼絲直徑差很大，如對3-3，3-3+3，3-3F-6不同股，組股鋼絲直徑最大比值依次約為9.90，1.98，

3.45。注意，在填充式結(jié)構(gòu)中，填充鋼絲直徑雖小，但因?yàn)殛P(guān)乎股結(jié)構(gòu)完整性而絕對不可缺少。很顯然，采用這樣結(jié)構(gòu)會帶來以下問題：（1）組股個(gè)別規(guī)格直徑過小或過大而增加鋼絲生產(chǎn)難度；（2）鋼絲直徑過小會降低其耐磨性；（3）組股鋼絲直徑差異過大導(dǎo)致鋼絲疲勞性能的一致性較差；（4）鋼絲直徑差異大，因捻股鋼絲張力均勻性調(diào)整困難會影響捻制質(zhì)量。也正因?yàn)槿绱?，基本不采?-3，

3-3F-6股，即使尺寸均勻性相對較好的3-3+3結(jié)構(gòu)也很少使用，這種結(jié)論同樣適合于對平行捻密實(shí)鋼絲繩的結(jié)構(gòu)分析。

根據(jù)上述分析，當(dāng)平行捻密實(shí)鋼絲繩采用內(nèi)層3根股的西魯式、填充式和瓦林吞式時(shí)，在鋼絲繩直徑較小時(shí)不僅生產(chǎn)難度大，而且結(jié)構(gòu)也不盡合理。

而在3-3+3×2結(jié)構(gòu)中，組股鋼絲直徑最大比值約為1.44，該值顯示了組股鋼絲尺寸均勻性在4種結(jié)構(gòu)中最好，所以，圖13、圖14這種看似瓦林吞結(jié)構(gòu)可又不符合標(biāo)準(zhǔn)瓦林吞結(jié)構(gòu)的平行捻密實(shí)鋼絲繩，組繩股直徑既不會過大，也不會過小，有利于組織生產(chǎn)和鋼絲繩疲勞性能的提高，該結(jié)構(gòu)可以看成是對標(biāo)準(zhǔn)瓦林吞結(jié)構(gòu)的繼承和發(fā)展，仍然保持著平行捻密實(shí)鋼絲繩破斷拉力高的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

圖11、圖12平行捻密實(shí)鋼絲繩組繩股數(shù)少、組股尺寸均勻性也較差，從目前資料看，其用途也比較特殊，很少看到應(yīng)用實(shí)例，

2.2性能特點(diǎn)

2.2.1與企業(yè)自產(chǎn)的平行捻密實(shí)鋼絲繩性能對比瑞得利產(chǎn)品樣本中正常平行捻密實(shí)鋼絲繩為外層繩股數(shù)為9根的西魯式，且采用2層股組繩，佩松也有采用外層繩股數(shù)為9根的西魯式結(jié)構(gòu)，但組繩股數(shù)為3層。瑞得利給出圖1、圖2、圖13、圖14結(jié)構(gòu)部分規(guī)格鋼絲繩最小破斷拉力與近似線質(zhì)量，見表3。

從表3得出：圖13與圖1鋼絲繩相比，前者最小破斷拉力、近似質(zhì)量與后者比值依次為1.024-

1.028，0.943~0.950，而圖14與圖2鋼絲繩相比，相應(yīng)數(shù)值依次為1.053-1.060，0.976-1.000。相同直徑2160MPa級鋼絲繩與Extra級（即EIP）鋼絲繩最小破斷拉力比較接近，單位長度近似質(zhì)量相差不大。也就是說，圖13、圖14雖為非標(biāo)結(jié)構(gòu)的平行捻密實(shí)鋼絲繩，但與外層由9根股組成的平行捻密實(shí)鋼絲繩一樣，仍然具有高的破斷拉力，數(shù)據(jù)的一致性顯示其作為平行捻密實(shí)鋼絲繩是可行的，非標(biāo)結(jié)構(gòu)特征沒有影響平行捻密實(shí)鋼絲繩的固有特性。

當(dāng)然在表3中，由于鋼絲繩級別有的采用鋼級的概念，有的采用抗拉強(qiáng)度數(shù)值的概念，而鋼級與抗拉強(qiáng)度數(shù)值又不存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，所以這里認(rèn)為圖13鋼絲繩與圖1鋼絲繩、圖14鋼絲繩與圖2鋼絲繩具有共同的性能，主要是基于對鋼絲繩最小破斷拉力的比較。值得說明的是.圖13、圖l4鋼絲繩破斷拉力稍高可能與級別較高有一定關(guān)系，因?yàn)锳NSI/API9A-20041之表1“2160MPa級鋼絲繩鋼絲抗拉強(qiáng)度級為1960-2160MPa（或級別4-級別5），而EIP級鋼絲繩鋼絲抗拉強(qiáng)度級為1770～

2160MPa（或級別3~級別5）”，據(jù)組股鋼絲抗拉強(qiáng)度級別高低推斷，2160MPa強(qiáng)度級應(yīng)稍高于Exta級，不過這種差異不影響對問題分析的結(jié)果。

2.2.2與其他企業(yè)平行捻密實(shí)結(jié)構(gòu)鋼絲繩性能相比凱撒給出圖4、圖5鋼絲繩，迪帕給出圖7、圖8鋼絲繩最小破斷拉力與近似質(zhì)量，將其與圖13、圖14鋼絲繩相應(yīng)參數(shù)一并列入表4、表5（注：圖6、圖9鋼絲繩規(guī)格不在圖13、圖14鋼絲繩規(guī)格之列，且前者直徑大于后者）。

根據(jù)表3、表4與表5數(shù)據(jù)計(jì)算得出：圖13與圖4鋼絲繩、圖14與圖5鋼絲繩、圖13與圖7鋼絲繩、圖14與圖8鋼絲繩相比，前者最小破斷拉力（近似質(zhì)量）與后者比值依次為1.021~1.081（0.986~

1.042），1.058~1.066（1.027~l.046），1.059~

1.105（0.916~0.957），1.038~1.064（0.960~

1.014）。計(jì)算結(jié)果也顯示了與2.2.1相似的結(jié)論；圖13、圖14鋼絲繩結(jié)構(gòu)的非標(biāo)特征沒有影響平行捻密實(shí)鋼絲繩的關(guān)鍵指標(biāo)——最小破斷拉力，其最小破斷拉力與常見外股為8根的填充式平行捻密實(shí)鋼絲繩基本一致。

至于平行捻密實(shí)鋼絲繩，有企業(yè)推薦西魯式，有企業(yè)推薦填充式，有企業(yè)推薦瓦林吞式，除了與鋼絲繩結(jié)構(gòu)本身存在差異和適應(yīng)使用條件有關(guān)外，可能也與企業(yè)對鋼絲繩結(jié)構(gòu)特性認(rèn)識及生產(chǎn)習(xí)慣有關(guān)。如港口集裝箱起重機(jī)、卸船機(jī)，雖然普遍使用6股鋼絲繩，8股鋼絲繩也被許多生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)勢企業(yè)推薦，但美國鋼繩公司（WRCA）推薦的卻是很少看到的7股鋼絲繩，并且這種鋼絲繩同樣被列入ASTM Al023/Al023M-07，而瑞得利在不同場合更是推薦不多見的9股鋼絲繩（注：該企業(yè)祖直徑鋼絲繩也習(xí)慣選擇9股結(jié)構(gòu)，如已投入使用Spin9鋼絲繩，不僅公稱直徑達(dá)到了119mm，而且單根長度也達(dá)到了2700m）。當(dāng)然，由于各企業(yè)鋼絲生產(chǎn)實(shí)際水平、鋼絲繩結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)水平和對鋼絲繩直徑實(shí)際控制水平存在一定的差異，因此對相同結(jié)構(gòu)類別、公稱直徑、級別鋼絲繩，其給出鋼絲繩近似質(zhì)量與最小破斷拉力不可能完全一致，但十分接近。圖13、圖14鋼絲繩與外層股數(shù)為9根的西魯式平行捻密實(shí)鋼絲繩、外層繩股數(shù)為8根的填充式平行捻密實(shí)鋼絲繩一樣具有相近似的最小破斷拉力，顯示了其作為平行捻密實(shí)鋼絲繩存在的價(jià)值。

3結(jié)語

我國鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)將由3-3+3股組成的6股鋼絲繩劃歸6×7類結(jié)構(gòu)，但因?yàn)榻M股有2層鋼絲，這種劃歸其實(shí)是不正確的。平行捻密實(shí)鋼絲繩基本形式有西魯式、填充式和瓦林吞式，筆者尚未見由其2種或3種基本形式的復(fù)合結(jié)構(gòu)，瑞得利Met W，Met WK鋼絲繩由于組繩股在鋼絲繩中具有相同捻距，也應(yīng)視為平行捻密實(shí)結(jié)構(gòu)，可看成是在標(biāo)準(zhǔn)瓦林吞式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，由于組繩股直徑均勻性相對內(nèi)層繩股為3根西魯式、填充式和瓦林吞結(jié)構(gòu)要好，所以，更加適合小規(guī)格平行捻密實(shí)鋼絲繩生產(chǎn)，并能提高其疲勞性能，從鋼絲繩最小破斷拉力與近似線質(zhì)量看，其與外層為9根股的西魯式平行捻密實(shí)鋼絲繩、外層為8根股的填充式平行捻密實(shí)鋼絲繩相當(dāng)。對外層股直徑、結(jié)構(gòu)相同的西魯式、填充式密實(shí)鋼絲繩，包括對其進(jìn)行壓實(shí)，按照目前標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)標(biāo)記，如將圖3、圖5鋼絲繩依次標(biāo)記為K19×K19S-PWRC[9x

7-PWRC（9×7-1×7）]，8xK26WS-PWRC（4×17S+F4×K7-1×7），而對外層由不同直徑、不同結(jié)構(gòu)股或相同結(jié)構(gòu)股組成的平行捻密實(shí)鋼絲繩，標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)范其結(jié)構(gòu)標(biāo)記方法，而圖6、圖14鋼絲繩是否依次可標(biāo)記為5xK31WS+5xK26WS-

5×K26WS-1×17S，3×K19S+3×2×K7-3x K19S，需要進(jìn)一步研究，畢竟其也是具有使用價(jià)值的平行捻密實(shí)鋼絲繩。

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