钢丝绳简易计算方法

李占春(中国水利水电第七工程局安装公司,四川彭山　612760):主要介绍6×19+1型及6×37+1型普通钢丝绳的拉力简单计算方法,以供起重专业人员在施工安装过程中参考。:钢丝绳;破断拉力;抗拉强度:TG113.25:B:1001-2184(2000)01-0089-021起重用钢丝绳,亦称钢索。在缆式起重机上的承重索又称缆索,它是一种挠性构件,使用优质高强度碳素钢钢丝机制而成。钢丝绳具有抗拉强度高、耐磨损、承载能力大、抗冲击性能好及工作可靠等优点。为此,在起重与运输工作中,广泛应用于起重、悬挂、捆绑、承载、牵引以及其他辅助作业上。我国生产钢丝绳已标准化,国产标准钢丝绳中,常用的规格一般直径为D6.2～83mm,所用的钢丝直径为d0.4～3.6mm;钢丝绳公称抗拉强度(又称极限强度)分为1373.4MPa、1520.6MPa、1667.7MPa、1814.9MPa、1962MPa5个等级。在起重机上或其他起重作业中,多数选用抗拉强度为1520.6～1814.9MPa的钢丝绳为宜。在水电建设起重安装施工过程中,使用最多的钢丝绳是6×19+1及6×37+1型钢丝绳。其他型号钢丝绳用得极少。上述两种钢丝绳规格型号的3组数字代表3种含义,即6代表有6股,第二组数字代表每股有19丝(如37丝,第二组就是37),第三组数字1代表一根油浸剑麻或棉纱绳芯。2钢丝绳的破断拉力与其截面积及钢丝的抗拉强度成正比。一般通过查手册直接求得,但在施工现场找不到手册的情况下可通过下式进行计算:Sb=(Pd2/4)nõRbU=nõFõRbõU(1)式中　Sb——钢丝绳的破断拉力(kg);d——钢丝绳中每一根钢丝的直径(mm);n——钢丝绳中钢丝的总根数;6×19+1型　n=114根6×37+1型　n=222根Rb——钢丝绳中的钢丝的抗拉强度(kg/mm2)1kg/mm2=9.8MPa);:1998-04-15F——钢丝绳中每一根钢丝的截面积(mm2);U——钢丝绳中所有钢丝破断拉力的总和,换算成钢丝绳的破断拉力时的换算系数(又称折减系数)。当钢丝绳为6×19+1时,U=0.85;当钢丝绳为6×37+1时,U=0.82。利用公式(1)举例计算钢丝绳破断拉力Sb。例1:试求6×19+1型钢丝绳,当直径D=20mm,抗拉强度Rb=140kg/mm2(1373.4MPa)时,破断拉力应是多少?解:查找钢丝绳主要性能表,当D=20mm时,钢丝的直径d=1.3mm。按破断拉力公式(1)求得:Sb=(Pd2õnõRbõU)/4=(3.14×1.32×114×140×0.85)/4=17997(kg)≈179.97(kN)例2:试求6×37+1型钢丝绳,当直径D=60.5mm,抗拉强度Rb=170kg/mm(1667.7MPa)时,破断拉力应该是多少?解:查钢丝绳主要性能表得:D=60.5mm时,钢丝直径d=2.8mm。按破断拉力计算公式(1)求得:Sb=(Pd2õnõRbõU)/4=(3.14×2.82×222×170×0.82)/4=190459(kg)=1904.59(kN)采用公式(1)计算钢丝绳的破断拉力比较麻烦。为了迅速计算出钢丝绳的破断拉力,便于选用钢丝绳,有利于安全生产。为此,在公式(1)的基础上推导出钢丝绳简单计算公式如下所述。33.1　对于6×19+1型钢丝绳的计算89第1卷第1期2000年3月四　川　水　力　发　电Sichuan　Water　PowerVol.19,No.1Mar.,2000从常用的钢丝绳主要性能表查知:6×19+1型钢丝绳的直径D与钢丝的直径d的比例关系,即D与d之比约为15.4÷1,即是D=15.4d或d=D/15.4。设　钢丝绳的公称抗拉强度为140kg/mm2(1373.4MPa),将d=D/15.4代入计算公式(1)得:Sb=(Pd2õnõRbõU)/4=(3.14×d2×114×140×0.85)/4=10649.31d2=10649.31(D/15.4)2=44.9D2=45D2(2)3.2　对于6×37+1型钢丝绳的计算查找钢丝绳性能表得知:6×37+1型钢丝绳的直径D与钢丝的直径d的比例关系,即D与d之比约为21.6÷1,即是D=21.6d,或写成d=D/21.6。设　钢丝绳的公称抗拉强度为170kg/mm2(1667.7MPa),将d=D/21.6代入计算公式(1)得:Sb=(Pd2õnõRbõU)/4=(3.14×d2×222×170×0.82)/4=24293.23d2=24293.23(D/21.6)2=52.06D2=52D2(3)采用公式(2)和(3)计算钢丝绳的破断拉力,仅适用于常用6×19+1及6×37+1型,其公称抗拉强度分别为140kg/mm2(1373.4MPa)和170kg/mm2(1667.7MPa)的钢丝绳。求其他公称抗拉强度的简易计算公式,可对公式(2)和(3)进行修正,使其随强度的变化而破断拉力有所增减。即:对于6×19+1型钢丝绳,用所要求的公称抗拉强度除以公称抗拉强度140kg/mm2(1373.4MPa),再乘公式(2),便是所求的钢丝绳破断拉力简易计算公式。对于6×37+1型钢丝绳也是如此,用所求的公称抗拉强度除以170kg/mm2(1667.7MPa),再乘公式(3),便是所求的钢丝绳破断拉力简易计算公式(见表1)。例3:采用简易计算公式,试求钢丝绳直径为D=60.5mm,抗拉强度为170kg/mm2(1667.7MPa)时,6×37+1型钢丝绳的破断拉力Sb?解:利用公式(3)求得:Sb=52D2=52×60.52=190333(kg)=1903.33(kN)由例2和例3所求的破断拉力相比较,两者仅差126kg(1236.1N),其误差不到0.1%。钢丝绳在使用时,根据载荷性质、重要性、工作类型及驱动方式而定的安全系数很大(3.5～14),且所选用的钢丝绳破断拉力为允许拉力的几倍,甚至十几倍。所以,采用钢丝绳的简易计算法,既或有一点误差,并不会影响使用的安全性。1钢丝绳型　号钢丝绳公称抗拉强度　Rb　　/kgõmm-2140155170185200钢丝绳破断拉力公式/kg6×19+145D2155140×45D2170140×45D2185140×45D2200140×45D26×37+1140170×52D2155170×52D252D2185170×52D2200170×52D2　注:¹D——钢丝绳直径(mm);º1kg/mm2=9.81MPa,1kg=9.81N。4经过计算表明,钢丝绳的简易计算方法相对于钢丝绳理论计算方法(可称精确计算方法)来说,乃是一种近似计算方法。通过大量的计算可以表明,采用钢丝绳简易计算公式计算的结果与理论计算公式相比,其误差微小,在3.5%之内,精确度已足够,不影响钢丝绳的正常使用,容易掌握。:李占春(1937年-),男,吉林农安人,中国水利水电第七工程局机电安装分局,高级工程师,从事水电工程机械安装工作.　　《四川水力发电》杂志继在1999年四川省第二次期刊质量考评中被评为自然科学期刊技术类质量一级期刊之后,又于当年12月份分别荣获三项证书。1、国家级火炬计划项目“中国科学引文数据库来源期刊”证书。发证单位为中国科学文献计量评价研究中心。由中国科学院文献情报中心、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社、中国社科院文献信息中心和北京大学图书馆等四个单位盖章会签。编号:(K)TV011。2、国家级火炬计划项目“中国学术期刊综合评价数据库来源期刊”证书。发证单位为中国学术期刊(光盘版)编辑委员会和中国科学文献计量评价研究中心。由中国学术期刊(光盘版)电子杂志社、北京大学图书馆、中国科学院文献情报中心和中国社会科学院文献信息中心等四个单位盖章会签。编号:(Z)TV011。3、国家级火炬计划项目,国家重点新产品《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)全文收录证书。编号为:(Q)TV011。发证单位:中国学术期刊(光盘版)编委会。90