信息摘要：
很早以前，人們就開始使用金屬絲搓捻的繩索，最初用在礦山作提升索。第一根鋼絲繩，是在1834年由德國人奧魯勃特用手工搓捻的，由3股組成，每股僅4根鋼絲，鋼絲的強度極限為400
很早以前，人們就開始使用金屬絲搓捻的繩索，最初用在礦山作提升索。第一根鋼絲繩，是在1834年由德國人奧魯勃特用手工搓捻的，由3股組成，每股僅4根鋼絲，鋼絲的強度極限為400~500MPa。當時盡管結構最簡單，壽命短，但能滿足撓性傳動的需要。因此，在許多場合很快就取代了有機物繩索和金屬鏈條。后來由于礦山工業(yè)的發(fā)展，要求鋼絲繩有更高的強度和壽命，于是逐步采用含碳量較高的鋼材料來拉制鋼絲。隨后又出現(xiàn)了“鉛淬火”熱處理新工藝，使制繩鋼絲的質量不斷得到改善，在一定程度上滿足了礦山工業(yè)發(fā)展的需要。在鋼絲繩結構發(fā)展過程中，最早使用的是6股、每股7絲（6×7）鋼絲繩。因鋼絲較粗，耐磨損、耐銹蝕能力強，很適合用于牽引。后來由于新型起重機械的出現(xiàn)，要求有較高的繩速，較小的滑輪。為了滿足要求采用增加絲數(shù)、減小絲徑來提高鋼絲繩的韌性和強度，而出現(xiàn)了6×19和6×37。其結構形式是采用相同絲徑、不同捻距來捻制，構成點接觸股鋼絲繩，稱為非平行捻股鋼絲繩。在使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)點接觸股鋼絲繩易產生疲勞斷絲，使用壽命短。隨著礦山工業(yè)及起重運輸業(yè)的發(fā)展，對鋼絲繩提出了更高的要求，于是又出現(xiàn)了用不同絲徑、相同捻距來捻制構成的線接觸股，稱為平行捻股鋼絲繩。國外從20世紀50年代初開始生產單一的西魯式（S）、瓦林吞式（W）、填充式（F），我國是從60年代開始生產。與點接觸股比，具有耐彎曲疲勞性能好、結構緊密、破斷力大、壽命較長等優(yōu)點，得到了廣泛使用。經(jīng)過不斷完善和改進，后來又出現(xiàn)了以WS和下S為基本型的二元組合式。為某些重要用途的需要，又發(fā)展了F:WS三元組合式。線接觸股鋼絲繩的普遍使用，使得點接觸股鋼絲繩逐漸被取代。
采用平行捻加工方法，可以獲得結構緊密，破斷拉力提高等優(yōu)點。對于單層般鋼絲繩，也可以將繩式芯中的股與繩中的外層股之間，按S、W、F；及WS形式來配比和排列，構成全線接觸的滿充式鋼絲繩，又稱為平行捻鋼絲繩。由于結構緊密、破斷拉力大，廣泛使用于礦山電鏟。
為了綜合點接觸與線接觸的結構及捻制加工特點，點一線接觸股與點-線接觸鋼絲繩得到了應用。在點一線接觸股中，利用不同捻向、匹配不同的捻角、絲徑和絲數(shù)，來達到各鋼絲層的扭矩平衡，構成具有穩(wěn)定股的單層不扭轉鋼絲繩。在點一線接觸多層股鋼絲繩中，變換股層捻向、匹配捻角、股徑及股數(shù)，來達到各股層的扭矩平衡。
通過改變繩內鋼絲的接觸狀態(tài)獲得了好處，使人們想到再提高一步，于是出現(xiàn)了對線接觸股進行壓實加工使其成為面接觸股，稱為壓實股鋼絲繩。與線接觸股比，結構更加緊密，破斷拉力大，接觸應力減小，表面光滑，耐磨性能提高。壓實加工其方法有：模體拉拔、輥模拉拔、軋制和鍛打。采用鍛打法不僅能生產壓實股，還可以通過對整繩經(jīng)過連續(xù)鍛打，加工成壓實鋼絲繩。與壓實股鋼絲繩相比，金屬斷面系數(shù)、破斷拉力都有所提高，尤其繩表面光滑平整，很適合要求耐磨損耐擠壓的繩軌道。但由于鍛打后繩內變形不均，剛性加大，彎曲疲勞性能降低。
為提高鋼絲繩的結構性能和使用性能，滿足各種使用場合需要，將線接觸股與壓實股進行優(yōu)化組合，將壓實股排列在外層，優(yōu)勢互補，在國外得到了廣泛應用。
為了改善鋼絲繩與滑輪（或繩輪）繩槽的接觸條件，增加支撐表面，減小接觸應力，而導致異形股鋼絲繩的生產，有三角股和橢圓股。我國目前生產和使用較多的是三角股鋼絲繩，多為點接觸但也有線接觸。國外有向面接觸三角股發(fā)展的趨勢。
由上述可見，鋼絲繩股內鋼絲之間的接觸狀態(tài)是按點、線、面的順序發(fā)展而來的；股的形狀由圓形發(fā)展為異形，而鋼絲繩的最佳結構將是兩者之間的優(yōu)化組合。
為了擴大使用范圍，提高鋼絲繩使用壽命，涂（填）塑新結構、新工藝得到了迅速發(fā)展。通過對繩本身及各螺旋元（鋼絲、股、繩芯）表面涂塑包覆，或者是對各螺旋元之間的空隙進行填塑，以阻止有害介質的侵蝕，提高抗腐蝕能力。這些涂覆層或充填物，一方面，可以改善鋼絲層或股層之間的接觸狀態(tài)，減輕摩擦，提高耐磨性能；另一方面，在受到?jīng)_擊載荷時，可以起到緩沖作用。這類鋼絲繩我國還處于起步發(fā)展階段。
從材料力學中知道，在桿件受拉伸與扭轉時，力與變形之間的關系用兩個獨立靜力方程來表示。提升鋼絲繩承載受拉時伴隨有扭轉，因此，抗伸靜力方程與扭轉靜力方程共存。鋼絲繩乃是一個復雜的靜不定桿件系，M.）.格盧什科根據(jù)用于細長桿件的基爾赫哥夫方程，第一個運用建筑力學方法導出了拉伸與扭轉的聯(lián)合方程：
式中，A、B、C為鋼絲繩的綜合剛度系數(shù)；u，v為鋼絲繩的縱向位移和角位移T、M為鋼絲繩承受的軸向拉力和扭轉力矩；x為懸垂鋼絲繩軸線坐標。從聯(lián)合方程看出，拉伸與扭轉是互相影響的，承載時的拉伸引起扭轉，而扭轉反過來又影響縱向變形。松捻扭轉u增加（捻距加長），或者是緊捻扭轉.減?。砭嗫s短），影響程度的大小決定于系數(shù)C。這就是直線鋼絲繩的靜力學原理，從根本上改變了關于鋼絲繩內力狀態(tài)的看法。
系數(shù)C實際上也是剛度系數(shù)，它與各鋼絲層或股層之間的捻向及捻角有關，適當選取各層之間的不同捻向和捻角，可以使得C=0，這種鋼絲繩扭轉很小。
這就是不扭轉鋼絲繩構成的基本理論。
鋼絲繩在卷筒或繩輪上彎曲時的應力計算，最早是烈洛公式：
在直線段與彎曲段之間的過渡段，因鋼絲繩軸線的曲率是變化的（由零變化到1/R），每根鋼絲獲得不等的附加軸向位移，而由此帶來附加軸向拉力。根據(jù)研究分析，在纏人點（彎曲段與過渡段的分界點）位置，附加軸向拉力最大。隨著往直線段過渡逐漸減小，在某一位置由于摩擦力的作用，減至為零。要精確計算是很困難的，在C.T.謝爾益耶夫的著作中，提出了在確定鋼絲繩中任一鋼絲的最大附加軸向拉力時，可按簡化公式計算：
式中，P，為最小鋼絲破斷拉力總和；T為鋼絲繩承受的最大靜拉力；m為安全系數(shù)。靜力安全系數(shù)法完全沒有考慮鋼絲繩結構的復雜性，以及鋼絲繩中實際應力的分布狀態(tài)，是帶有假定性質的。一般來說，在同一個使用工況下，不同結構鋼絲繩具有不同的使用期限，對它們規(guī)定為同一個安全系數(shù)是不確切的。按假定的安全系數(shù)來選擇鋼絲繩沒有實際應用價值，早就希望在工程技術中，有較完善的提升鋼絲繩力學原理和強度理論，這種理論不僅用于提升鋼絲繩選擇計算，而且對于進一步完善鋼絲繩結構都是需要的。
提升鋼絲繩承載受拉時伴隨有扭轉，由于扭轉使得各股層或鋼絲層之間的內力重新分布，造成某些鋼絲過載提前破斷，從而縮短鋼絲繩服務期限。為了充分利用鋼絲繩的金屬斷面，發(fā)揮其承載能力，對各股層或鋼絲層根據(jù)內力分布大小，按等強度理念來匹配抗拉強度等級，使其安全系數(shù)接近于實際應力狀態(tài)。提升鋼絲繩強度計算應包括：（1）直線段，在拉伸與扭轉共同作用下，股層及鋼絲層之間的內力分布，以及股中單根鋼絲內力；（2）彎曲段，不同曲率鋼絲的彎曲應力；（3）過渡段，不同位置鋼絲附加軸向拉力；（4）鋼絲全應力及合成安全系數(shù)。
提升鋼絲繩耐久性計算在工程實踐中具有一定的價值，但目前還是建立在純榨經(jīng)驗數(shù)據(jù)上。在Ⅱ.Ⅱ.涅撕捷羅夫的著作中[]，對礦山提升鋼絲繩的耐力計算有詳細論述，所得出的影響系數(shù)都是經(jīng)實地考察調研獲得的。目前有關提升鋼絲繩的耐久性計算方法，在工程實踐中還沒有得到廣泛應用，其主要原因是沒有精確的試驗和統(tǒng)計資料。
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