钢丝绳使用培训教材

1第一章钢丝绳基础及生产一、概念1、钢丝绳：是由多根钢丝按照一定的规则捻制而成的绳索。由制绳钢丝、绳芯和绳用油脂组成。2、钢丝：由原料（盘条）经冷拉（或轧制）形成具有一定尺寸（圆形或异形）线材。按表面状态分光面及镀锌；按形状分圆形和异形（Z形、T型）。3、股（股绳或绳股）：是由钢丝按照一定的规则捻制而成的螺旋状结构，是构成钢丝绳基本单元。4、绳芯：构成钢丝绳中心部分，分金属芯（钢丝绳绳芯IWR、股绳芯IWS）和纤维芯FC（合成纤维SF、天然纤维NF）；作用主要是起支撑和减少股间压力，另外纤维绳芯还起润滑、防腐和储油的作用。5、油脂：对钢丝绳起防腐保护作用，有麻芯脂和表面脂（还有起增加摩擦的增摩油脂）。6、钢丝绳最小破断拉力：由理论计算获得的钢丝绳的破断拉力。计算公式：F=k/*D2*R0/1000F——钢丝绳最小破断拉力（kN）R0——钢丝绳中钢丝公称抗拉强度（N/mm2）D——钢丝绳公称直径（mm）k/—钢丝绳中最小破断拉力系数7、实测钢丝绳破断拉力：通过试验实际测得钢丝绳的破断拉力。8、钢丝绳中最小钢丝破断拉力总和（钢丝计算破断拉力）：由理论计算获得各钢丝破断拉力之和。计算公式：FN=R0*SNFN——钢绳中钢丝破断拉力总和（kN）R0——钢绳中钢丝公称抗拉强度（N/mm2）SN——钢绳中钢丝总横截面积（mm2）9、钢丝绳中实测钢丝破断拉力总和（钢丝实测破断拉力）：通过试验实际测得各钢丝破断拉力之和。10、钢丝绳的重量：由钢丝、纤维绳芯和油脂重量构成。计算公式：M=k*D2M—某一结构钢丝绳百米重量（kg/100m）D—钢丝绳公称直径（mm）k—某一结构钢丝绳重量系数（kg/（100m.mm2））二、钢丝绳的基本结构2.1钢丝绳的基本结构2.1.1单股绳：单股钢丝绳由一层或多层圆形或异形钢丝围绕一根主芯或主钢丝螺旋地捻制而成。当钢丝绳需要具有抗旋转性能时，钢丝的各层以相反方向捻制。单股钢丝绳结构有：1×7、1×19、1×37、1×61、1×24、1×30、1×19S等和煤矿工业中使用的代表性的密封钢丝绳。图121×31×71×191×37全密封钢丝绳半密封钢丝绳全密封钢丝绳图示12.1.2钢丝绳：用几股围绕一个钢绳芯（或纤维绳芯）螺旋地捻制而成。捻制钢丝绳的股绳是多种多样的，可以是圆形的、三角形或异形的，股的结构取决于所要求的抗疲劳（或磨损性）。钢丝绳结构有：6×7+Fc（IWR、IWS）、6×19+Fc（IWR、IWS）、6×37+Fc（IWR、IWS）、6×19S+Fc（IWR、IWS）、6×25Fi+Fc（IWR、IWS）、6×36SW+Fc（IWR、IWS）、6×49SWS+Fc（IWR、IWS）、多股钢丝绳18×7+Fc、18×19+Fc、34×7+Fc、36×7+Fc、6V×21+Fc、6V×19+Fc（IWR）、6V×30+Fc（IWR）、6V×34、6V×37+Fc、6V×37S+Fc（IWR）IWR）等，图示2圆股6×6+Fc6×7+Fc6×15S+Fc6×19S+Fc6×36Fi+IWR6×41SW+Fc6×19W+Fc6×25Fi+Fc6×26SW+Fc6×29Fi+Fc6×31SW+Fc6×36SW+Fc6×37+Fc多股钢丝绳17×7+Fc18×7+Fc34×7+Fc36×7+Fc3三角股6V×34+Fc6V×34+IWR6V×37+Fc6V×37+IWR6V×24+Fc6V×21+Fc6V×43+Fc6V×43+IWR四股钢丝绳4V×39S+5Fc4V×48S+5Fc图示22.1.3钢缆绳（三捻钢丝绳）：是由钢丝绳围绕绳芯螺旋地捻制而成，代表结构有：6×6×7、6×6×19S、6×6×49SWS图示36×6×7图示32.2钢丝绳的捻制特性2.2.1钢丝绳中股的基本结构a点接触股b线接触股c面接触股图32.2.1.1点接触：股中各层钢丝为非平行捻制，层与层之间的钢丝呈点状接触。除中心钢丝外，所有钢丝直径一样。图3a。4点接触结构股缺点是钢丝绳承受负荷时，钢丝之间的接触应力大必然影响钢丝绳的使用寿命。2.2.1.2线接触（平行捻）：钢丝绳股中所有钢丝具有相同的捻距（平行捻制），同一层及层与层之间的钢丝紧密相贴，以线状方式接触。图3b。平行捻钢丝绳在使用中可避免变形、内部磨损以及由于点接触钢丝绳中各钢丝接触点产生的二次弯曲应力。线接触钢丝绳承受力时，钢丝之间的接触应力相对于点接触钢丝绳要小得多，因此线接触钢丝绳比点接触钢丝绳使用寿命要长，一般是点接触结构钢丝绳的1~2倍。线接触股的基本结构有3种：西鲁式（S）、瓦林吞式（W）、填充式（Fi）。由这三种结构互相组合，可形成多种复合型线接触结构。如西鲁—瓦林吞式（SW）、西鲁—填充式（SFi）、西鲁—瓦林吞—西鲁式（SWS）等等。2.2.1.3面接触（压实股钢丝绳）：钢丝绳在捻股时，股绳经过模具拉制，股的直径变小，股表面变得平滑，钢丝之间的接触线变平。股中每一层钢丝及层与层之间的钢丝都以螺旋面互相接触，它是以线接触结构基础上形成的。与普通股钢丝绳相比，由压实股捻制而成的钢丝绳有较高的破断拉力，柔韧性更好；压实股使钢丝绳与滑轮能更好地接触；而且，由于外层钢丝很大的金属面积，使得压实股更耐磨和耐腐蚀。当在多层卷取卷筒上使用钢丝绳时，压实股平滑的表面确保不会发生相邻的股由于相互摩擦而造成钢丝绳划伤或损坏现象，这个特点使压实股钢丝绳更适合于多层卷取的应用场合。面接触结构钢丝绳在承受力时，由于钢丝之间的接触面积大，其应力相对于线接触钢丝绳还要小得多，因此面接触钢丝绳比点接触钢丝绳使用寿命还要长，一般是点接触结构钢丝绳的2~3倍。图3c。2.2.2特殊结构的钢丝绳a三角股b密封钢丝绳c涂塑钢丝绳图42.2.2.1三角股结构钢丝绳：是由一层（或多层）钢丝围绕一个组成的三角形股芯结构绕制而成的。图4a。这种形状的性质要求各层钢丝是点接触的，由于钢丝密集的排列，三角股钢丝绳具有很高的抗压断性。与圆股绳相比，三角股钢丝绳表面接触面积增加，抗磨损性也大大提高。2.2.2.2密封钢丝绳：绳芯外层用一层或几层异形钢丝（Z形、T形）螺旋地捻制而成。图4b。密封钢丝绳表面光滑，钢丝之间以螺旋面互相扣合，接触应力很小。密封钢丝绳弯曲刚度很大，需采用较大直径的绳轮和卷筒，密封钢丝绳多用于矿井中的钢丝绳罐道及架空承重索道。2.2.2.3涂塑钢丝绳：为改善钢丝绳的使用性能，在钢丝或者股绳、钢丝绳绳芯或外面包上一层塑料层。以降低钢丝之间和绳股之间的接触应力，提高钢丝绳使用寿命。图4c。2.3编织扁钢丝绳编织扁钢丝绳常作为煤矿提升系统中尾绳（平衡绳）使用。扁钢丝绳由几个5不同捻向的子绳并排通过纬绳固结编织而成。图5。从编织方式上分：(a)单纬绳编织单纬绳编织单纬绳编织是使用几根纬绳从单侧编织，从而保证了钢丝绳的宽度最小。(b)双纬绳编织钢丝绳双纬绳编织图5钢丝绳两侧各有数条捻制纬绳（一般为1×7结构）交错编织而成。编织扁钢丝绳通常的结构是6条4股绳，每个股绳用7根钢丝或8条4股绳，每个股绳用7根、9根或19根等数量的钢丝捻制而成。三、钢丝绳的捻法见图6钢丝绳的捻法基本有四种：右交互捻、左交互捻、右同向捻、左同向捻四、钢丝绳的伸长性质图6当钢丝绳受到拉伸负载时，都会按不同阶段伸长，在钢丝绳使用前，对钢丝绳进行预张拉是十分必要的。4.1钢丝绳的伸长因素有许多因素会导致钢丝绳在使用中伸长，有些因素导致的伸长极小，通常可以忽略不计。通常导致钢丝绳伸长的主要原因如下，其中前两个是最重要的因素。(a)由于每股中的钢丝和钢丝绳中各股的位置调整而导致的伸长—通常称之为结构伸长。(b)由于负荷拉力而产生的弹性伸长。6(c)由于温度变化造成的伸长或缩短。(d)由于钢丝绳一端可自由旋转，造成捻距的增加而造成的伸长。(e)由于内部钢丝磨损导致钢丝绳金属面积减小而造成的进一步的结构性伸长。(f)由于拉力负载超过材质的屈服点而导致的永久性的、非弹性的伸长。4.2钢丝绳预张拉预拉伸作用于钢丝绳或股时，可以彻底消除“初始结构伸长”，方法是以钢丝绳最小破断力的l0％到50％负荷拉伸并在这个范围内反复拉伸直至钢丝绳的初始伸长消除。从反复拉伸取得的数据可以得到低负载和高负载之间的表观杨氏弹性模量。注意的地方：钢丝股和绳不具有杨氏弹性模量的性质，但可以得到两个固定负载之间的表观弹性模量。当对钢丝绳施加的负载完全减掉，钢丝绳卷好后会立即返回未预拉伸的状态；因此，钢丝绳如果在某一负载下记录其准确长度(该负载必须在钢丝绳弹性状态的负载范围内)，可以证明钢丝绳被拉伸到记录的长度时，施加的负载会十分接近记录的负载；反之，以记录的负载施加到钢丝绳上时，钢丝绳会很明显地伸长至记录长度，试验及实际经验表明经预张拉的钢丝绳在最小破断力的l2.5％的负载下可以完全恢复其弹性性质。因此在桥梁钢缆、臂式、桅杆式起重场合及架空索道钢丝绳等调整余地很小的使用场合中，预拉伸钢丝绳的优点显而易见。由于减少了初始使用时的永久结构伸长，对某些尾绳进行预拉伸处理显得十分必要。预拉伸适用于钢丝股或钢芯钢丝绳。当许多负载悬挂时，比较准确的数据可以通过假定负载均匀地加在钢丝绳上，并增加钢丝绳伸长每米的负载重量而实现。4.3弹性模量弹性模量因绳子结构而变化，但通常随钢丝总截面积的增加而增加，如需要精确的弹性模量数据，建议用实际样品作弹性模量测试，可以获得比较准确的弹性模量。五、钢丝绳按照不同的分类方式可以得到多种用途的钢丝绳品种钢丝绳按使用方面分：1、一般用途钢丝绳：2、电梯用钢丝绳：3、航空钢丝绳：4、石油用钢丝绳：5、架空索道及缆车用钢丝绳：6、起重用钢丝绳：7、渔业用钢丝绳：8、矿井提升用钢丝绳：9、胶带用钢丝绳：10、平衡用钢丝绳：六、钢丝绳的标记6.1各种标准中钢丝绳标记符号对照区分见表1（ISO3578、GB/T8918、原有标准（GB1102-74、GB829-88、GB352）表17我国原有关标准所采用的钢丝绳标记符号及其含义国际标准（ISO3578）及GB/T8918的代号西鲁式X瓦林吞式W填充式T三角股△椭圆股○扁平股、扇形股面接触股M圆形钢丝无代号椭圆形钢丝三角形钢丝扁钢丝或矩形钢丝Z形钢丝Z梯形钢丝T一根半封闭丝与一根圆丝搭配光面钢丝A级镀锌钢丝AB级镀锌钢丝B级镀锌钢丝填充钢丝编织放扭钢丝绳编织扁钢丝绳纤维芯（天然的或合成的）天然纤维芯有机物芯合成纤维芯人造纤维芯，矿物绳芯金属丝绳芯金属绳芯金属丝股芯左向捻右向捻左同向捻左交互捻右同向捻右交互捻SWFiVQRT无代号QVRZTHNATZAAZABZBBFiYPFCNFSFIWRIWSSZSSSZZZZS6.2国际标准与我国原有关标准的钢丝绳标记写法对比见表2表2钢丝绳标记的对比项目我国有关标准的钢丝绳标记国际标准（ISO3578）及我国现行标准（GB/T8918—1996的钢丝绳标记1、标记符号2、标记项顺序3、股中钢丝的层数与数目，及股结构的标记见表2按照名称、结构、直径、抗拉强度级别、韧性号、钢丝的表面状态、捻法、标准号的顺序进行标记。例：钢丝绳6X（19）—17.5—170—特—光—右交GB1102—74由中心向最外层标记。各层用“+”号隔开，股中若有纤维芯，则用“0”表示。例：（1）1+6+12+18见表2按照尺寸、钢丝表面状态、结构、钢丝的抗拉强度、捻向、最小破断垃力、单位长度重量、标准号的顺序进行标记。例：18NAT6×19S+NF1770ZS190121ISO2408由最外层向中心逐层标记。各层用“+”号隔开，股中若有纤维芯，则用相应的代号表示。例：（1）18+12+6+184、钢丝绳中股的数目及层数标记5、钢丝绳的全称标记6、钢丝绳的简化标记（2）0+9+15（3）1+9+9（4）1+6+6/6（5）1+6；6+12（6）1+7+7/7+14（7）/3×2+3/+12+15（8）（1+6+12）ф+20T+21Z除异型股钢丝绳外，只标记钢丝绳中股的数目，而对层数不作标记，股的结构可标可不标例：（1）18×7或18×（1+6）（2）34×7或34×（1+6）（3）6○（33）