第六章--钢丝绳

第六章钢丝绳钢丝绳又称钢索，是一种具有强度高、弹性好、自重轻、绕性好、耐潮、耐腐蚀、耐磨、耐冲击的重要起重与牵引用钢索具。由于其在使用中运行平稳、承载力大、传动平稳、工作可靠，且无噪音，所以被广泛应用于起重及运输等作业中。在正常条件下，钢丝绳一般不会发生整根突然断裂的现象。但随着钢丝绳的磨损、疲劳等破坏的加剧，将会逐渐积累起断绳事故的隐患。为此，作为一名施工升降机司机，不仅要求会操作，还必须了解和掌握施工升降机的重要牵引机构的易损件——钢丝绳的基本结构、性能、特点、安全使用检查及维护保养等方面的基本常识。第一节钢丝绳的结构钢丝绳一般是由钢丝捻成股，然后再由若干股围绕绳芯捻制成绳的。这类钢丝绳称为双绕绳，为起重升降机械大量采用。也有极少数的钢丝绳为单股绳，又称单绕绳。直接由钢丝分内外层按不同捻绕方向绕制而成。这种单绕绳具有封闭光滑的外表，耐磨，雨水不易浸入内部，适用于缆索起重机与架空索道的支承绳。由于绕性不好，不适合作缠绕绳。一、钢丝钢丝绳的钢丝通常有很高的强度与韧性，因此，一般采用含碳量为0.5％～0.8％的优质碳素钢制作，且对含硫、磷量有较严格的限制，一般不应大于0.035％。为此，在选择碳素钢时，应选用GB699—88《优质碳素结构钢技术条件》中的50号、60号和65号钢。二、绳芯绳芯是钢丝绳的重要组成部分之一，它有以下三个方面的作用：1、增加绕性与弹性。在钢丝绳中设置绳芯的主要目的是为了增强钢丝绳的绕性与弹性，通常情况下在钢丝绳的中心都有一根绳芯。若对钢丝绳有特殊要求，为了使钢丝绳的绕性与弹性更好，还需在钢丝绳的每一绳段中再增加一股绳芯，增加的绳芯需选用纤维绳芯。2、用于润滑。将绳芯浸入一定量的防腐、防锈润滑脂。钢丝绳工作时，润滑油将浸入各钢丝之间，起到润滑、耐磨及防腐蚀等作用。3、增加钢丝绳的强度。在钢丝绳中心设置一绳芯，有利于提高钢丝绳的横向受挤压的能力。绳芯的种类通常有以下三类：1、纤维芯：一般用剑麻、棉纱等纤维制成，并用防腐、防锈润滑油浸透。纤维芯能促使钢丝绳具有良好的绕性和弹性，润滑油能使钢丝得到润滑，并起到防锈、防腐、耐磨等作用。纤维芯钢丝绳主要用于常温下的缠绕绳和捆绑绳，不宜用于高温环境和承受横向压力的条件下。2、石棉纤维芯：用石棉纤维制成，并用防腐、防锈润滑油浸透。石棉纤维芯与纤维芯具有同样的绕性和弹性，以及润滑性，同时又兼具耐高温性，适用于高温烘烤环境中的起重机缠绕绳。3、金属芯：由软钢钢丝或软钢绳股制成。因金属芯强度大，抵抗横向挤压能力强，因而它适用于多层缠绕和起重设备，如卷扬机、汽车起重机的缠绕装置中；也适用于特重级高温环境下的冶金起重机。一般情况下，这种金属绳芯自身润滑性差。金属芯钢丝绳绕性及弹性均不及纤维芯钢丝绳，除用于多层缠绕、高温环境外，多用于起重设备的张紧绳或支持绳。三、钢丝绳的绕制双绕钢丝绳按其绕制方法不同可分为以下几种类型：1、交互捻钢丝绳：亦称交绕绳，其绳与股的捻向相反。如图6-1中（a）所示，捻向分左向螺旋和右向螺旋。如右捻绳即为由钢丝绳按左向螺旋捻制成股，再由股向右向螺旋捻制成绳。由于绳与股的扭转趋势相反，互相抵消而没有扭转打结、松散的趋势，使用尤为方便，为各类起重升降机械广泛采用。2、同向捻钢丝绳：亦称顺绕绳，其绳与股捻向相同，如图中（b）所示，其捻向也分为左、右捻，如右捻顺绕绳即为丝捻成股，股再捻成绳均为右向螺栓捻制而成。这种钢丝绳的丝与丝之间接触较好，具有绕性好、寿命长的特点，但有扭转打结、易松散的趋向，只能用于张紧绳或牵引绳，不宜用于起升缠绕绳。3、混合捻钢丝绳：半数股为左捻，半数股为右捻的钢丝绳，如图中（c）所示。这种钢丝绳为多层股不旋转钢丝绳，各相邻层股的捻向相反。它具有交互捻和同向捻的优点，但制造工艺复杂，因此，仅在起重量较小、起升高度较大的起重机械（如塔吊起重机）上使用。四、绳股形状与结构1、股的形状①圆股钢丝绳。因其制造比较方便，故被广泛采用。②异形股钢丝绳。有三角股、椭圆股及扁股等异形股绳如图6-2所示。图6-1钢丝绳的卷绕a）交互捻（交绕）b）同向捻（顺绕）c）混合捻图6-2异形股钢丝绳a）三角股钢丝绳b）椭圆股钢丝绳c）扁股钢丝绳以上三种异形股钢丝绳制造工艺比较复杂，但的确是起升缠绕性能良好的比较理想的钢丝绳。2、股的构造根据钢丝之间的接触状态不同，股的结构可分为点接触、线接触和面接触钢丝绳。见图6-3所示。（1）点接触钢丝绳：绳的股是由直径相同的钢丝捻制而成。该绳的特点是钢丝之间为点接触，比压较大，钢丝易磨损折断，使用寿命短。但该绳绕性好、制造简单、成本低，曾被一般起重机械广泛应用过。图6-3绳股构造a）点接触绳b）线接触绳c）面接触绳（2）线接触钢丝绳：绳的各股是由直径不相同的钢丝捻制而成，又称复合结构钢丝绳。该绳又分为外粗式绳、粗细式绳和填充式绳。见图6-4所示。复合型钢丝绳通过直径不同的钢丝适当配置使每层钢丝的捻距相同，钢丝间形成线接触。其优点是绳股断面排列紧密，相邻钢丝之间接触良好；尤其是钢丝绳绕过滑轮或卷筒时，在钢丝交叉的地方不致产生很大的局部应力，有抵抗潮湿侵蚀及防止有害物浸入钢丝绳内部的能力，它将会取代点接触的普通结构钢丝绳。（3）面接触钢丝绳：是由特制的异型钢丝绳绕制成股，然后用挤压的方法制成面接触型钢丝绳。3、股的数目常用的钢丝绳股的数目有6股、8股和18股绳等多种。外层股的数目越多，钢丝绳与滑轮槽或卷筒槽接触的情况越好，使用寿命也越长。6股绳是一般起重机构常用绳，8股绳多为电梯起升绳，18股绳为不旋转绳，多用于起重倍率为1/1的单绳起升机构中，为港口装卸起重机或建筑塔式起重机所图6-4线接触钢丝绳a）外粗式钢丝绳b）粗细式钢丝绳c）填充式钢丝绳常用。五、钢丝绳的选用1、按照用途选用钢丝绳，应遵循以下原则：（1）一般起升变幅缠绕绳：优先选用6股线接触交绕钢丝绳；（2）起重机用张紧绳、牵引绳：优先选用顺绕绳；（3）缆索起重机或架空索道用支承绳：优先选用单绕绳；（4）在有腐蚀性的环境中工作时，优先选用镀锌钢丝绳；（5）在有耐酸要求的环境工作时，优先选用镀铅钢丝绳；（6）在高温环境中工作的起重机，应选用具有特级韧性石棉芯钢丝绳或具有钢芯的钢丝绳；（7）电梯起升绳应选用8股、韧性为特级的钢丝绳；（8）起升倍率为1/1的港口起重机或塔式起重机应选用18股不旋转钢丝绳；（9）电动葫芦式起升绳优先选用点接触的、每股37丝的钢丝绳；（10）捆绑绳优先选用韧性较低的Ⅱ级绳。2、按照许用应力选择钢丝绳首先，要根据钢丝绳的破断拉力进行选择。钢丝绳的破断拉力，是当钢丝绳作拉伸试验时，被拉断的拉力。其计算公式为：式中：SP——钢丝绳的破断拉力，单位为牛顿（N）；S0——钢丝绳的钢丝破断拉力总和，单位为牛顿（N）；可从不同类型规格钢丝绳的性能表中查处，亦可应用近似计算公式S0≈500d2求得。（d为钢丝绳直径，单位为毫米：mm）φ——折减系数：6×19绳：φ＝0.85；6×37绳：φ＝0.82；6×61绳：φ＝0.80；其次，要根据钢丝绳的安全系数与许用应力进行选择。为确保使用安全，钢丝绳的许用拉力应有一定的储备能力，储备能力的大小即用安全系数来表示。钢丝绳的许用拉力按下式计算：式中：［S］——钢丝绳的许用拉力，单位为牛顿（N）n——钢丝绳的安全系数。常用钢丝绳的安全系数如表6-1所示：表6-1常用钢丝绳的安全系数n再次，要根据钢丝绳的静载拉力选择。起升钢丝绳的静载拉力按下式计算：式中：Sj——钢丝绳的静载拉力，单位为牛顿（N）；Q——额定起重量及吊具重力之和，单位为牛顿（N）；η——起升机构的总效率，取η＝0.8～0.9；a——起升机构的钢丝绳分支数。吊装钢丝绳的静载拉力按下式计算：式中：Sj——吊装绳的静载拉力，单位为牛顿（N）；G——吊载重力，单位为牛顿（N）;Z——吊装绳的分支数；用途安全系数n用途安全系数n作缆风绳3.5作吊索无弯曲时6～7用于手动起重设备4.5作捆绑吊索8～10用于机动起重设备5～6用于载人的升降机14α——吊装绳与铅垂线之间的夹角。详见下图所示：最后，为切实保障安全起见，所选择的钢丝绳许用拉力［S］应不小于钢丝绳的静载拉力Sj，按下式计算：［S］≥Sj3、标记方法例1：钢丝绳6×37—15—170—1—甲镀—右同—GB1102表示：结构形式为6×37，公称抗拉强度为1700N/mm2，Ⅰ号甲组镀锌钢丝制成的15mm直径绳，右同向捻点接触钢丝绳。例2：钢丝绳6W（19）—12—155—Ⅰ—光—右交—GB1102表示：公称抗拉强度为1550N/mm2，Ⅰ号光面钢丝制成的直径12mm，右向交互捻不松散瓦林吞型钢丝绳。标记详解：图6-5吊装绳受力图标记中“光”、“右”、“交”可以省略不标。六、绳端的固定方法在使用中，无论钢丝绳作何种用途：均需与其他承载构件联接以传递荷载。为确保钢丝绳的绳端联接处牢固可靠，一般采用以下绳端固接的方式：（详见图6-6）1、编结法：将钢丝绳绕在心形垫环上，尾端各股分别编插于承载各股之间，每股穿插4～5次，然后用细软钢丝扎紧，捆扎长度为钢丝绳直径的20～25倍，同时不应小于300mm。2、绳卡固定法：利用绳卡的卡紧力将钢丝绳端部进行固定的方法。根据绳径的不同，可用不同数量的绳卡进行固定。当绳径d≤16mm时，可用三个绳卡；当绳径大于16mm，小或钢丝绳×××——×——×——×——×——×——GB结构形式标记西尔式瓦林吞式填充式三角股椭圆股点接触XWT△○×股数结构形式股中钢丝数直径（mm）抗拉强度韧性号表面情况捻向标准代号韧性号标记特号特Ⅰ号ⅠⅡ号Ⅱ表面情况标记光面光严重腐蚀甲镀条件一般腐蚀乙镀条件捻向标记右交绕右交左交绕左交右同绕右同左同绕左同等于20mm时，可用四个绳卡；当绳径大于20mm，小或等于26mm时，可用五个绳卡；当绳径大于26mm时，可用六个绳卡。绳卡的方位应按图6-6（b）所示，以免圆钢卡圈将钢丝绳工作支压伤，各绳卡间距约为150mm。图6-6钢丝绳绳端的固定a）编结法b）绳卡固定法c）压套法d）斜楔固定法e）灌铅法3、压套法：将绳端与工作支套入一个长圆形铅合金套管中，用压力机压紧即可。当绳径d为10mm时，约需压力550kN；当绳径d为40mm时，约需压力为720kN。4、斜楔固定法：利用斜楔能自动夹紧的作用来固定绳端。这种方法的显著特点是装拆方便。5、灌铅法：将绳端钢丝拆散，并清洗干净，穿入锥形套筒中，把钢丝末端弯成钩状，然后灌满熔铅。此种方法操作较为复杂，适用于大直径钢丝绳，如缆索起重机的支承绳等。第二节安全使用与维护一、安全检查1、日常观察：每天都要对钢丝绳的所有可见部位进行观察，以便及时发现钢丝的损坏与变形，如有异常，应及时通报主管部门或有关人员，并作出及时妥善的处理。2、主管单位或部门的定期安全检查：对一般起升设备及吊装捆绑作业用的钢丝绳，每月至少进行一次安全检查。3、主管人员对建筑工地起升机械使用的钢丝绳，每周至少进行一次安全检查。4、对吊运熔化或赤热金属、酸溶液、爆炸物、易燃物及有毒物品的起重机械用钢丝绳，主管人员每周至少应进行两次安全检查。5、一般部位的检查（1）应注意检查钢丝绳运动和固定的始末端；（2）注意检查通过滑轮组或绕过滑轮组的绳段，特别是负载时绕过滑轮的钢丝绳的所有部位；（3）注意检查平衡滑轮的绳段；（4）注意检查与机械上的某些部位可能引起磨损的绳段。6、绳端部位检查（1）从固接端引出的这段钢丝绳应进行经常检查。因为这个部位发生疲劳断丝或腐蚀现象都是极其危险的；（2）对固定装置的本身变形或磨损也应进行检查；（3）对于采用压制或锻造绳箍的绳端固定装置，应检查是否有裂纹，以及绳箍与钢丝绳之间是否有产生滑动的可能；（4）检查绳端可拆卸的楔形接头、绳夹压板的装置内部和绳端内的断丝及腐蚀情况，以确保绳端固定的紧固可靠；（5）检查编制环状插口式绳头尾部是否有突出的钢丝伤手。如果绳端固定装置附近或绳端固定装置内有明显断丝或腐蚀，可将钢丝绳截短，再重新装到绳端固定装置内，且钢丝绳的长度应满足在卷筒上缠绕的最少圈数的要求。7、造成破坏的主要因素：（1）钢丝绳工作时承受了反