特殊点-线复合结构股参数设计探讨

对于单纯点(线)接触结构股,其参数通常按照相邻层钢丝具有相等捻角(距)原则进行设计。对在线接触结构外再捻制1层西鲁式结构而形成的特殊点-线复合结构股钢丝绳进行分析,提出在尽可能实现组股钢丝受力均匀一致和使组股钢丝捻制紧密前提下,参数设计应基于保持内层股最外层钢丝捻角与外层西鲁式结构内(外)层钢丝捻角相等的原则。计算出钢丝层中不同钢丝根数时捻距倍数与捻角的关系,给出不同钢丝根数的西鲁式结构内层和外层丝的捻角和捻距倍数的计算结果。     

做好钢丝绳必须用心做好绳芯

应从直径、密度、加油工艺等方面控制纤维芯绳芯质量;将层股钢丝接触应力尽可能控制到最小以及重视绳芯钢丝质量作为金属绳芯质量控制的共同点;单层股钢丝绳金属绳芯结构与参数设计应与外层绳联动;多层股抗旋转钢丝绳绳芯选择交互捻相对合适,当采用压实股组绳或外层绳与绳芯被聚合物隔离时,绳芯也可选择同向捻;对合绳次数等于组绳股层数抗旋转钢丝绳,绳芯不同层股应与外层绳股在绳中保持相等捻角,绳芯不同层股在绳芯中应具有相同捻向;对合绳次数少于组绳股层数抗旋转钢丝绳,绳芯外层直径相对较大层股应与外层绳股在绳中保持相等捻角;平行捻钢丝绳绳芯中相邻层股对应层绳捻法不同。     

1-6/15-15股结构属性探讨

1-6/15-15股的出现是因为没有外层钢丝数为15根的平行捻股(西鲁式除外)。1-6/15-15股与并不使用或者极少使用且中心钢丝直径过大的31S(1-15-15)股相比,具有同等耐磨损性能的同时还具有相对良好的柔软性。根据GB/T 8706—2006/ISO 17893:2004、API规范9A—1995、RR-W-410E—2002、JISG 3525—2006等,分析组股钢丝直径均匀性和点、线接触结构钢丝面积占组股钢丝总面积比例,认为1-6/15-15股既不是西鲁式平行捻股,也不是多工序交叉捻结构,而是在1-6单层钢丝股外再1道工序捻制由2层钢丝构成西鲁式结构之特殊2道工序复合捻股。1-6/15-15股标记应该是37SN而不是我国钢丝绳标准一直沿用的37S。根据目前资料显示复合捻股之先捻结构均为平行捻,1-6/15-15股应单独成类。     

同向捻捻法特点及对钢丝绳性能影响分析

分析同向捻钢丝绳所述特点背后原因,拓展同向捻捻法对钢丝绳其他性能影响研究,并就钢丝绳报废标准因捻法不同而允许最多断丝数存在显著差异进行研究。同向捻钢丝绳耐磨损基于股中可视钢丝与匹配滑轮(卷筒)有较大的接触面积。柔软性好基于股中钢丝与绳芯接触面积小,以及组绳同层股与股间钢丝接触面积小。疲劳性能优基于:(1)钢丝捻制变形过程性能损失小;(2)耐磨损延缓了承载钢丝截面减小速度、钢丝表面裂纹产生速度及裂纹后续扩展速度;(3)柔软性好使绳内钢丝弯曲应力小;(4)改善外层股数相对较少的2层股钢丝绳抗旋转性。结构不稳定基于钢丝绳受垂直钢丝绳轴线挤压载荷时分开趋势更强。具有较大反拨力基于丝在股中、股在绳中具有相同松捻趋势和股具有较大的加捻应力。捻法对抗旋转性影响基于:(1)单层股钢丝绳只有交互捻才具有抗旋转性;(2)层绳捻法影响各自股所在层绳旋转力矩。同向捻和混合捻钢丝绳折返后因为钢丝绳间钢丝严重交叉而不适合加工套管固接折返式索具。标准规定同向捻钢丝绳报废最多可见断丝数少于交互捻因为股间钢丝可视长度大,最多可见断丝数仅是交互捻时之半乃基于1个捻距内单根钢丝出现可视部位频数仅为交互捻时之半。     

6×29Fi钢丝绳股用钢丝直径比的计算

对6×29Fi钢丝绳股进行几何分析,利用余弦定理、正弦定理、同心层钢丝螺旋捻角公式、同心层钢丝螺旋半径公式计算出该股不同层钢丝的捻角与螺旋半径,并根据钢丝椭圆任意半径公式计算出捻制状态下钢丝椭圆截面切点处相应曲率半径,最终得出:未捻制状态下,由内向外各层钢丝直径比为1.435 4∶1.099 9∶0.434 4∶1;捻制状态下,由内向外各层钢丝直径比为1.538 9∶1.150 3∶0.453 4∶1;给出精确计算后股捻距倍数为7.0,7.5,8.0,8.5,9.0,9.5时各层钢丝直径比,用于钢丝绳配丝计算及生产。     

6×80WSNS+FC钢丝绳股用钢丝直径比的计算

对6×80WSNS+FC钢丝绳股进行几何分析,利用余弦定理、同心层钢丝螺旋捻角公式、同心层钢丝螺旋半径公式计算出该钢丝绳股不同层钢丝的捻角与螺旋半径,并根据钢丝椭圆任意半径公式求出钢丝椭圆截面切点处相应曲率半径,最终得出:未捻制状态下,由内向外各层钢丝直径比为0.858∶0.657 5∶0.511 3∶0.656 68∶0.856∶0.780 218∶1;捻制状态下,各层钢丝直径比为0.964∶0.727∶0.546∶0.706∶0.873∶0.803∶1。给出精确计算后股捻距倍数为7.0,7.5,8.5,9.0,9.5时各层钢丝直径比,用于指导钢丝绳配丝计算及生产。     

钢丝绳钢芯结构与参数设计问题探讨

对国内外钢丝绳使用现状和生产标准进行研究和分析,得出:单层股并非钢芯结构唯一选项,2层股2次合绳结构与2层股1次合绳结构也可能是提高钢丝绳使用寿命合理的钢芯。提出:钢芯结构与参数设计应和主绳结构与参数设计联动;钢芯直径应稍大于外层股内切圆直径,其结构与参数设计应考虑使钢芯钢丝受到外层绳股挤压应力最小以及钢芯与钢芯股应能正常捻制等因素;钢芯中心股捻向应与钢芯捻向相反,其外层钢丝捻角宜稍大于钢芯外股在绳中捻角,且应将中心股捻距倍数控制在合理范围。     

等直径钢丝组股中心钢丝加大量的研究

用等直径钢丝组股时,为保证在捻股时不出现跳丝,中心钢丝的加大量应根据所捻制股结构的不同而不同;组股钢丝层数越多,中心钢丝加大量应再适当增加;仅根据外层钢丝大小对中心钢丝进行加大是不合适的。     

平行捻钢丝绳分类与结构标记问题探讨

GB/T 8706—2017/ISO17893:2004限定其给出平行捻钢丝绳为2层股结构并不合理。平行捻钢丝绳是将平行捻股中钢丝用股置换所得。平行捻钢丝绳结构简式不能准确反映钢丝绳结构类型。从组绳股数看,平行捻钢丝绳分为"19根股类平行捻钢丝绳"、"36根股类平行捻钢丝绳"和"61根股类平行捻钢丝绳"比较合适。平行捻钢丝绳结构式应体现出组绳股数、组绳股在绳中的排列形式、组绳外层股数与组绳外层股结构以及对钢丝绳是否存在压实等内容。建议平行捻钢丝绳分为PWRC19×7类、PWRC19×19类、PWRC19×36类、PWRC36×7类、PWRC36×19类、PWRC36×36类。     

提高钢丝绳紧密捻制性因素分析

捻制紧密是标准对钢丝绳捻制质量的技术要求之一。提高钢丝绳捻制紧密性可考虑:同向捻钢丝绳股应保持适当的加捻应力状态,交互捻钢丝绳股应保持适当的松捻应力状态,大规格同向捻钢丝绳股应优先考虑使用筐篮机捻制;股、绳捻制压线模长度与直径应考虑所捻制股、绳捻距和直径,并尽可能减小压线模间隙;应量化控制钢丝绳中股的螺旋高度与螺旋长度;在合绳工序慎用后矫直器,捻制多层股钢丝绳则更不宜使用;选择相对较大合绳机对提高钢丝绳捻制紧密性总是有益的。     

压实钢丝绳与三角股钢丝绳之异同

从组绳股截面形状特征看,压实钢丝绳与三角股钢丝绳均属异型股钢丝绳,但又有明显不同:前者能捻成同向捻、交互捻,甚至是混合捻,后者只能捻成同向捻;前者组绳股可以是单层钢丝股、平行捻股、组合平行捻股、压实股、股中心为纤维芯多工序捻股,后者只能是交互捻股,且股中心不能为纤维芯;前者股捻制参数是股径、捻距,且对股、绳捻制机组无特殊要求,但要配置专用压实设备,后者股捻制参数是螺距、股高、股宽和捻距,需要专门设备;前者股形状参数不像后者可以相对准确描述;前者外股外层钢丝截面不像后者能够保持圆形特征;前者可以生产成密实结构,后者十分困难;前者不像后者有正式的技术标准。     

钢丝绳制造技术发展特点分析

现代钢丝绳制造技术具有如下特点 :股绳之间及股中钢丝之间保持一定间隙 ;股绳中不同规格钢丝的优化搭配 ;在设计阶段预先设置股捻制工艺参数目标值及波动范围 ;注重研究股、绳捻距之间匹配关系 ;增大捻距部分减小三角股钢丝绳使用初始伸长 ;相邻层股绳排列呈点、线复合形式 ;绳股加工工艺方法呈多样性 ;注 (填 )塑等特殊生产工艺使用日趋广泛     

4V×48S+5FC—36阻旋转钢丝绳生产工艺改进

对4V×48S+5FC—36异型股钢丝绳的捻股、合绳工艺参数和制造方式进行改进。合绳成型方式由用专门辊压装置对圆股钢丝绳进行挤压成型改为在线锻打成型,股绳的捻距倍数由7.3改为7.8,钢丝绳捻距倍数由7.8改为8.3。按照绳和股的捻距倍数计算各层钢丝的直径,纤维绳芯公称直径与钢丝绳公称直径比为0.305~0.325。结果表明,合绳成型方式由辊压改为锻打后,钢丝绳的抗旋转性能、直径的通条性均得到很大改善,缩小了绳径变化范围,各股的成型率更加均匀,满足了客户使用要求。     

对压实(股)钢丝绳特性与生产技术难度的认识

压实股钢丝绳具有与匹配滑轮(卷筒)沟槽有较大接触面积、不同层钢丝间接触应力小、更加适应多层缠绕和较高破断拉力等优点,缺点在于钢丝截面存在应力集中、钢丝间相互滑动受阻、塑性变形热对钢丝性能有不利影响和股绳捻距倍数匹配不合理会加大摩擦副的磨损;生产技术难度在于对钢丝质量、润滑油脂质量、压实工装模具质量要求高及结构参数设计难度大,另外,要求捻股机有足够动力。压实钢丝绳具有与匹配滑轮(卷筒)沟槽接触面积大、钢丝绳破断拉力高、更加适合多层缠绕和使钢丝绳抗旋转性能得到改善等优点,缺点在于同层股滑动能力降低、组股相邻层钢丝接触紧密性受影响而降低其疲劳性能;生产技术难度在于对钢丝质量、纤维芯质量要求较高和对组绳股合理间隙控制要求比较严格。     

对压实单层股抗旋转钢丝绳相关问题的再认识

简述压实单层股抗旋转钢丝绳演变过程;介绍其结构品种,给出单层钢丝股、纤维芯多工序交叉捻股、纤维芯复合捻股、纤维芯平行捻股、纤维芯组合平行捻股、全钢丝平行捻股、全钢丝组合平行捻股、压实组合平行捻股等压实单层股抗旋转钢丝绳的结构示意图;叙述其在国内生产、使用情况及与国外在结构品种上的差距;研究其用于频繁冲击载荷时股间断丝、表面断丝、次外层断丝以及断股、断绳几率相对较高的主要原因;提出产品质量改进与应用推广建议。     

6×31WS-PWRC—14微旋转钢丝绳试制

介绍6×31WS-PWRC—14钢丝绳设计、生产过程。钢丝绳主要工艺设计参数:钢丝绳捻距倍数为7,外层1×31WS股捻距倍数为7.5,内层1×7股捻距倍数为7.5;钢丝绳捻制系数为3.07,外层股捻制系数为5.07,内层股捻制系数为3.05。根椐股捻距倍数,确定股中各钢丝直径比,最终计算出各股钢丝直径。给出钢丝绳生产工艺:外层股捻距为33.7～35.1 mm,内层股捻距14.7～15.3 mm,中心股捻距16.9～17.6 mm,钢丝绳捻距为96.6～100.8 mm;预变形器的辊间距一般为钢丝绳捻距的86%～92%,压弯量为钢丝绳直径的1.4～1.6倍。通过改变生产工艺,生产的6×31WS-PWRC—14钢丝绳破断拉力比普通方法捻制的钢丝绳高9.3%,并达到微旋转的要求。     

同向捻金属芯钢丝绳捻制质量控制

介绍同向捻金属芯钢丝绳的特点,运用应力平衡原理,从卷线、捻股、合绳及绳芯质量控制等方面用特殊方式实施应力控制措施,并以调整股的应力为控制钢丝绳捻制质量的关键。当股偏转方向调整为正方向一圈以内,钢丝绳生产后应力检查为钢丝绳偏转一圈以内,可有效地解决同向捻金属芯钢丝绳散股问题,并提高其捻制实物质量。按照相应工艺对6×19S-IWRC—28,1 770 MPa级、B类镀锌、ZZ捻向钢丝绳进行研制生产,成品钢丝绳拆股检查变形率85%～95%,钢丝绳偏转负180°,直径实测为28.72 mm,钢丝绳不松散、不起壳、不裂缝,股和股丝紧密,钢丝绳切头后不旋转。