悬索桥吊索钢丝绳结构稳定化工艺研究

钢丝绳残余结构伸长率一般控制在0.2%～0.3%,悬索桥吊索要求残余结构伸长率不大于0.015%。采用预张拉处理对钢丝绳进行结构稳定化。试验采用结构8×41SW+IWR,直径60 mm钢丝绳,张拉力确定为钢丝绳最小破断拉力的55%,持荷时间为1 h。在钢丝绳承受恒定载荷条件下,采用Leica DISTOTE激光测距仪(仪器精度±5/100 000)进行长度测量,并考虑温度影响,钢丝绳经过3次预张拉,其残余结构伸长率为0.011%。对应用于对西堠门大桥的8×41SW+IWR—60,8×41SW+IWR—80,8×55SW+IWR—88规格的吊索钢丝绳张拉情况进行统计,钢丝绳在进行第3次张拉后,残余结构伸长率均不大于0.015%,完全满足JT/T449—2001《公路悬索桥吊索》要求。     

高精度钢丝绳吊索制作工艺及质量控制

钢丝绳吊索是悬索桥最重要受力构件之一,钢丝绳吊索长度精度直接影响悬索桥的线型、受力和桥梁使用寿命。提高钢丝绳吊索的长度精度是悬索桥建设最重要的技术之一。通过改变钢丝绳吊索索体结构,提高钢丝绳吊索弹性模量及结构稳定性,采用预张拉的方式消除钢丝绳索体的非弹性变形,采用应力配长下料方式精确切割,采取严格的质量控制措施,成品吊索长度精度得到保证。经检验,静载及动载性能满足标准要求。     

钢丝绳吊索结构实际弹性模量测试和长度精度控制

钢丝绳吊索是悬索桥应用较多的一种吊索结构形式。计算钢丝绳吊索弹性模量需要采用国际标准规定的钢丝绳索体金属横截面积的计算方法;减少钢丝绳吊索长度偏差的适用方法是荷载测量长度下料和荷载长度复测调整长度;实用工程控制钢丝绳吊索长度精度需要通过预张拉消除钢丝绳结构伸长,设计施工应规定统一的方法测量和计算弹性模量。欧美和日本钢丝绳吊索主要使用专用钢丝绳,表观弹性模量比较大,并以钢丝累计面积来计算宏观弹性模量,实际结果分别为约135 GPa和大于140 GPa,国内吊索规范对钢丝绳吊索弹性模量提出了要求和测量方法,规定弹性模量大于110 GPa。     

汽车起重机伸缩臂用钢丝绳的设计和制造

汽车起重机普遍采用伸缩油缸加绳排的伸缩结构,伸缩结构的最末一、二节采用钢丝绳,要求该钢丝绳破断拉力高、结构伸长小,一般应经过预张拉处理。以8×K26WS-PWRC(K)—20为例,介绍汽车起重机伸缩臂用平行捻压实股钢丝绳的要求及设计和制造过程。设计钢丝绳公称抗拉强度2 160 MPa,钢丝绳捻距倍数为6.8倍,股捻距倍数为8.5倍,股的压缩率为12%～15%,钢丝绳整绳破断拉力为421 kN;盘条选择80或82A钢,S、P质量分数均应不大于0.020%;采用模拉的方法生产股绳;预变形器股的变形量一般控制在钢丝绳公称直径的0.80～0.85倍;捻股时采用喷淋的方式添加润滑油脂。根据设计和生产控制要求制造的成品钢丝绳实测破断拉力达428 kN。     

钢丝绳预张拉的有效应用

对8×9S+NF—16结构钢丝绳进行预张拉处理,对预张拉设备的力矩电机转速、动平衡、测长仪以及汽缸等进行自动控制。设备牵引轮直径1m,左右各有12道槽口,尾部大滑轮直径1.5m。样品钢丝绳实测直径16.38mm,经过加载40%抗拉强度的张拉力时,绳子实测直径缩减为16.04mm,和未经预张拉处理的样品钢丝绳相比,平整度更高,表面更光滑,钢丝绳更紧密。对35W×7—14结构多层股钢丝绳进行预松散型试制,在控制捻距的同时,降低对预变形的下压量,钢丝绳切口呈自然松散状态,达到预期效果。随后对试制钢丝绳施加60%抗拉强度的张拉力进行预张拉,不仅可消除结构伸长,接触应力也得到有效控制,寿命比原来的不松散钢丝绳延长1～2倍。     

对钢丝绳结构伸长及预张拉的认识

军用钢丝绳是重要用途钢丝绳中的极品,对钢丝绳性能有更高的要求,包括钢丝绳的结构伸长。结构伸长是钢丝绳的固有属性,受钢丝绳自身结构和捻制应力分布的影响。提出钢丝绳预张拉只能部分减少而不能最终全部消除钢丝绳结构伸长的观点,钢丝绳的结构伸长率一般在0.7%～1.0%,经过预张拉后结构伸长仍有0.1%～0.7%。钢丝绳预张拉尚待充分开发消除钢丝绳捻制残余应力、克服捻制不均、提高钢丝绳使用性能和疲劳寿命的功能。国内企业设计的钢丝绳索具拉脱试验机兼有整绳破断拉力试验功能及钢丝绳分段预张拉功能,是对设备有效功能最大限度的挖掘和利用。     

间歇式钢丝绳预张拉技术

阐述钢丝绳的结构伸长机理 ,对连续式预张拉和间歇式预张拉的优缺点进行对比 ,介绍了国产间歇式钢丝绳预张拉设备的性能特点 ,提出了需要进行预张拉的钢丝绳的生产控制要求 ,对钢丝绳结构伸长进行了实际测试 ,结果表明对 6× 1 9+FC - 37- 1 670MPa级钢丝绳实施 441kN预张拉 ,钢丝绳伸长率为 0 .858% ,预张拉后可消除结构伸长 ,能满足实际使用     

小规格钢丝绳预张拉和稳定化处理工艺研究

对小规格钢丝绳进行0.4%、0.9%、1.4%和1.9%不同比例结构伸长的预张拉,并对其结果从钢丝绳外观质量和实物性能方面进行比较,选择最佳的伸长比例1.4%对小规格钢丝绳预张拉,设计微细钢丝绳在线预张拉和稳定化处理,通过设计不同温度和不同保温时间的正交试验,优化工艺参数,得到最佳工艺参数为稳定化温度250℃,稳定化时间1.19 s。选择最佳的工艺参数进行验证,经过预张拉和稳定化处理的小规格钢丝绳,结构伸长大幅下降,破断拉力小幅上升,产品质量通条稳定,产品性能达到客户要求。     

提高航天用钢丝绳张力稳定性的方法研究

普通钢丝绳经过预张拉后结构伸长率为0.1%～0.7%,无法确保航天用钢丝绳结构伸长率小于0.01%的要求。针对初始张力大小、钢丝绳是否经过预张拉、高低温循环次数、温度高低、钢丝绳安装基座特性等影响张力稳定性的可能因素,设计7个试验工况进行测试。试验表明:采用预张拉与高低温循环相结合的方法,可以使钢丝绳结构伸长率从0.0421%下降到0.0059%,张力变化率从20%下降到2.9%,大幅度提高了钢丝绳的张力稳定性,可满足航天用钢丝绳产品的需求。     

国内外钢丝绳企业的预张拉设备及应用

介绍国外著名钢丝绳企业的预张拉设备及国内外相关企业或标准对预张拉使用的规定。钢丝绳预张拉有在线和离线2种方式。在线预张拉时,钢丝绳张拉与合绳同时进行,适用于小规格钢丝绳,使用规格范围小,张拉效果不均匀;离线预张拉可以根据工艺要求进行反复张拉,但占地面积大,生产效率低。国内现有的钢丝绳预张拉设备及其使用状况表明,国产设备已可以达到预张拉工艺要求。国内离线预张拉生产线存在的问题:预张拉机组大都为U型布置,一次可张拉的长度不足300 m。     

特高强度大规格钢丝绳吊索制作

介绍特高强度大规格钢丝绳吊索生产控制要点及工艺流程,分析影响索长和吊索强度的因素,通过钢丝绳预张拉处理、恒载索力定尺、二次测量法测量索长,并进行温度修正计算及长度调整等工序,确保索长精度达1/5 000;采用四氯乙烯作为清洗剂清除钢丝表面油污,锚杯预热温度控制在100～110℃,浇铸温度控制在(460±10)℃,浇铸熔融合金的化学成分控制:w(Zn)为(98±0.2)%,w(Cu)为(2±0.2)%,从而保证锚头合金浇灌填充率大于95%,被检测吊索强度不小于钢丝绳最小破断力。     

吊索用钢丝绳结构设计

吊索用钢丝绳在确保钢丝绳常规指标及特高破断拉力的情况下,必须通过JT/T449—2001《公路悬索桥吊索》对疲劳性能的要求,要求在疲劳试验脉冲次数为2×106的情况下,断丝率≤5%。原钢丝绳设计方案存在股间距偏小,内外层股绳的捻距、捻角未控制到最佳等问题,从而导致钢丝绳的断丝率超标。新方案在保持钢丝绳直径、外股结构不变的情况下,采取改变钢丝绳金属芯的结构,增加填充股;金属芯直径加大1.1%,钢丝绳股间距增加2.7%,以消除股间的压痕;增加填塑工艺;改进钢丝绳生产工艺等一系列措施,生产出满足耐疲劳、特高破断拉力要求的吊索用钢丝绳。     

金刚石串珠绳的研发与生产

介绍金刚石串珠绳锯的结构以及加工原理。以7×7—4.9钢丝绳为例,介绍金刚石串珠绳的结构设计,原料及表面镀层选择,生产过程控制。通过改善钢丝绳结构,选用线接触作为新一代金刚石串珠绳的生产结构,钢丝绳的理论破断拉力最高可以提升8%;选用SW87盘条作为做金刚石串珠绳的原料;半成品钢丝表面镀层采用电镀黄铜,可以提高金刚石串珠绳耐疲劳磨损性能;综合考虑制绳钢丝抗拉强度和扭转性能的匹配,选择总压缩率为85%~90%。捻制时,利用张力测试仪进行动态模拟测试,保证每根股的张力在49~58.8 kN,预张拉力为成品绳破断拉力的10%~15%。生产结果表明,新一代金刚石串珠钢丝绳达到了高破断拉力、低伸长率以及良好的耐疲劳磨损性能的技术要求。     

细小规格钢丝绳结构伸长研究

残余拉拔应力和捻制应力是钢丝绳在生产捻制过程产生结构伸长的主要原因。制绳钢丝的残余拉拔应力主要有残余拉应力、残余弯曲应力和残余扭转应力。钢丝绳股绳捻制过程中的捻制应力主要有扭转应力、弯曲应力和拉伸应力。以7×3—0.90结构细小钢丝绳为研究对象,将制绳钢丝的直径公差控制在±0.005 mm,中心股的3根钢丝适当加粗为0.16 mm,各股的股间间隙保证在0.01 mm,中心股丝径加粗,破断拉力上升,结构伸长下降。钢丝绳的股捻距一定,随着成品绳捻距的增大,钢丝绳破断拉力上升,结构伸长率下降。当钢丝绳成品捻距一定时,随着股捻距的增大,钢丝绳破断拉力上升,结构伸长率下降。