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钢丝绳基础知识
第一章钢丝绳基础知识
1、本章介绍钢丝绳的结构知识
2、介绍钢丝绳的标记
3、介绍钢丝绳的品种
4、介绍钢丝绳的基本特性
一、钢丝绳发展概况
1.1钢丝绳生产发展概况
*17世纪中叶,欧洲就出现了用铁丝制造简单钢丝绳的作坊。
*1834年欧洲人奥鲁勃特制造第一根钢丝绳,但还不是现代意义的钢丝绳,它由铁丝捻制而成,而且结构简单,承载能力低。
*1854年英国人詹姆斯.豪斯福尔发明了以铅作为淬火介质的“Patating”焙炖热处理工艺,使得高碳钢丝的生产成为可能、性能有了保障,大大促进了钢丝绳业的生产发展。
*矿山、石油、冶金、渔业、建筑、交通、远洋航运、机械、化工、林业、航空等行业对钢丝绳的需求量增加,对钢丝绳的品种、结构、规格需求越来越多样化,对钢丝绳的使用性能需求越来越严格,极大地促进了钢丝绳品种、结构、规格的扩大,制造工艺的进步和产品质量的提高;处理工艺、拉拔工艺、捻制工艺的不断进步。
*20世纪后半叶,西方国家经济高速发展,科技突飞猛进,冶金、机电工业的发展为钢丝绳的发展提供料有利条件:
钢的冶炼、轧制技术不断提高,拉丝制绳设备性能不断改善,高速拉丝机、捻股机及大型合绳机先后问世,极大地改善了钢丝绳的生产条件;
*目前大多数钢丝绳制造公司普遍采用大盘中周转、实现了连续化、高速化、自动化操作,大大提高了生产效率和制造钢丝绳的质量;捻股机逐步向高速化、自动化方向发展,筐篮式捻制设备向大型化发展,大型串联机和大工字轮成绳机先后投入使用。
1.2国内钢丝绳生产发展概况
*我国钢丝绳业始于20世纪30年代,但真正的起步是新中国成立后的50年代。
*50年代除对鞍山、天津的钢丝绳小厂进行了扩建外,还在上海、湖南、山东、湖北等地新建了12个钢丝绳厂,形成了以鞍钢钢绳厂、宁夏恒力、天津一绳、湘钢钢绳厂等为龙头的生产企业;
*70年代,我国钢丝绳行业加强了对线接触钢丝绳、不松散钢丝绳、不旋转钢丝绳、异型股钢丝绳、密封钢丝绳、扁钢丝绳及其他专用钢丝绳品种、结构和性能的研究开发;
*90年代后,我国钢丝绳制造行业主要有如下几个特点:
一是钢丝绳产品质量基本趋于稳定,这主要得益于线材质量的提高、生产工艺装备的改进、辅助装备和辅助材料质量改善、一些工艺技术难关的攻克;二是民营性质的企业高速增长但是大多数已生产中低档品种为主;三是大部分品种结构基本能够满足国内用户需求,需要进口的品种和数量逐年减少;四是产量已跃居世界前列,2004年约100万吨,成为钢丝绳生产大国,生产企业大大小小约200家;部分中低档的点接触钢丝绳出口国际市场;五是重点骨干企业钢丝绳新品种、新结构以及性能改进紧跟发达国家的步伐,近几年钢丝绳新品种、新结构不断涌现,产品质量和使用性能也不断提高。
二、钢丝绳的结构知识
2.1钢丝绳的基本概念
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。
按表面状态分光面钢丝及镀锌钢丝;按形状分圆形钢丝和异形钢丝(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*R0/1000
F——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*SN
FN——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*D2
M—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))
2.2、钢丝绳的基本结构
2.2.1钢丝绳的基本结构分三种
2.2.1.1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。
其钢丝直径可以是相同的,也可以是不相同的。
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+6)、1×19(1+6+12)、1×37(1+6+12+18)、1×61(1+6+12+18+24)、1×24(FC+9+15)、1×30(FC+12+18)、1×19S(1+9+9)等和煤矿工业中使用的代表性的密封钢丝绳。
1×31×71×191×37
全密封钢丝绳半密封钢丝绳全密封钢丝绳
2.2.1.2 钢丝绳:
用股绳(一层或几层)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:
圆形的有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、35W×7、异形股钢丝绳6V×21+Fc、6V×24+Fc、6V×19+Fc(IWR)、6V×30+Fc(IWR)、6V×34+Fc(IWR)、6V×37+Fc(IWR)、6V×37S+Fc(IWR)6V×43+Fc(IWR)等,图示2
圆股
6×6+Fc6×7+Fc6×15S+Fc6×19S+Fc6×36Fi+IWR6×41SW+Fc6×19W+Fc
6×25Fi+Fc6×26SW+Fc6×29Fi+Fc6×31SW+Fc6×36SW+Fc6×37+Fc
多股钢丝绳
17×7+Fc18×7+Fc34×7+Fc36×7+Fc35W×7
三角股
6V×34+Fc6V×34+IWR6V×37+Fc6V×37+IWR
6V×24+Fc6V×21+Fc6V×43+Fc6V×43+IWR
四股钢丝绳
4V×39S+5Fc4V×48S+5Fc
面接触钢丝绳
6T×19S+Fc
图示2
2.2.1.3 钢缆绳(三捻钢丝绳):
是由钢丝绳围绕绳芯螺旋地捻制而成。
结构有:
6×6×7、6×6×19S、6×6×49SWS图示3
6×6×7图示3
2.2.2、钢丝绳的标记
2.2.2.1钢丝绳的基本元件为制绳用钢丝,钢丝在股中以螺旋线排列时,在数目、形状、组合形式、排列规律、接触状态等的差异,就形成了多种多样的股的结构;同样道理,股在绳中与钢丝在股中一样,其数目、形状、排列规律、等方面的差异,就形成了多种的钢丝绳的结构。
钢丝绳的标记是代表钢丝绳的结构,同时也体现了钢丝绳的主要特性,标记是文字、字母、数字等符号的组成,每个符号表示特定的含义。
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1
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 S
W
Fi
V
Q
R
T
无代号
Q
V
R
Z
T
H
NAT
ZAA
ZAB
ZBB
Fi
Y
P
FC
NF
SF
IWR
IWS
S
Z
SS
SZ
ZZ
ZS
2.2.2.2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
4、 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
见表1
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
(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)+6△(21)
标明钢丝绳的股数、股结构和金属绳芯的结构。
如果用一股作绳芯,一般不单独标出,此外对于纤维芯也不标出。
例:
(1) 6×(1+6+12)
(2) 7×(1+6)
(3) 6T(1+6;6+12)+7×(1+6)
(4) 18×(1+6+12)
(5)6W(0+8+8/8)
(6)6△(/1×7+3/+12+15)
标明股的数目和每股的钢丝数目,中间用“×”或相应的代号隔开。
金属绳芯需要标出,纤维绳芯一般不予标出。
例:
(1)6×19
(2)7×7
(3)6T(25)+7×7
(4)18×19
(5)6W(24)
(6)6△(37) 见表1
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+NF1770ZS190121
ISO2408
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+1
(2) 15+9+NF
(3) 9+9+1
(4) 6/6+6+1
(5) 12+6F+6+1
(6) 14+7/7+7+1
(7) 15+12+/3×2+3/
(8) 21Z+20T+12+6+1
由钢丝绳的外部向中心标记,逐层标明股数及股的结构
例:
(1)12(6+1)+6(6+1)
(2)17(6+1)+11(6+1)+6(6+1)
(3)6Q(15+13+5)+6V(12+9+FC)
标明钢丝绳的股数、股的层数、股的结构、绳芯类型、金属股芯(用一股作为绳芯)和金属绳芯的作用。
例:
(1) 6(12+6+1)+NF
(2) 6(6+1)+IWS(6+1)
(3) 6(12+6F+6+1)+IWR[6(6+1)+IWS(6+1)]
(4) 12(12+6+1)+6(12+6+1)+SF
(5) 6(8/8+8+NF)+NF
(6) 6V(15+12+/1×7+3/)+NF
标明股数和每股的钢丝数,中间用“×”隔开。
在钢丝数和股的数目后面加上相应代号,此外还需标出金属绳芯类别。
例:
(1)6×19+NF
(2)6×7+IWS
(3)6×25Fi+IWR
(4)18×19+SF
(5)6×24W+7NF
(6)6V×37+NF
2.2.3钢丝绳的捻制特性
钢丝绳中按捻制特性,股的结构分以下几类;
2.2.3.1 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,如图。
点接触钢丝绳及股
特点:
点接触结构股中钢丝呈点状接触,接触应力大,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。
点接触钢丝绳结构有:
6×19(1+6+12)、6×37(1+6+12+18)、6×61(1+6+12+18+24)、6×12(FC+12)、6×15(FC+15)、6×24(FC+9+15)、6×30(FC+12+18)。
点接触钢丝绳结构捻制特性;
点接触钢丝绳是分层捻制,捻制时各层钢丝的捻角相等为条件。
点接触钢丝绳结构捻制设备:
由于点接触钢丝绳是分层捻制,可以根据捻制层数中的钢丝根数决定设备:
捻制设备有:
GG—6/200、GG—12/200、GG—18/200捻制丝径范围:
0.4~0.80mm
GG—6/300、GG—12/300、GG—18/300捻制丝径范围:
0.7~1.3mm
GG—6/400、GG—12/400、GG—18/400捻制丝径范围:
1.2~2.6mm
GG—6/500、GG—12/500、GG—18/500捻制丝径范围:
1.5~4.0mm
及GG—6/630和筐蓝式KG—6/630、KG—36/630、KG—24/630
2.2.3.2 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,如图。
线接触钢丝绳及股
线接触(平行捻)结构特点:
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。
线接触钢丝绳中所有钢丝的螺旋线都相互平行不会交错,各层钢丝的捻距相等,钢丝的捻角不相等,钢丝之间存在一定的比例关系。
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)。
A、 西鲁式(S):
钢丝的排列中,内层和外层的钢丝数目相等。
结构式为:
1+N+N;如:
17S(1+8+8)、19S(1+9+9)、21S(1+10+10)。
点线西鲁式(S):
1+6+N+N;如31S(1+6+12+12)、37S(1+6+15+15)。
B、 瓦林吞式(W):
钢丝的排列中,外层钢丝数目是内层的钢丝数目的两倍,外层钢丝一大一小交替排列。
结构式为:
1+N+N/N;如:
16W(1+5+5/5)、19W(1+6+6/6)、22W(1+7+7/7)、25W(1+8+8/8)。
C、 填充式(Fi):
钢丝的排列中,在内层和外层钢丝之间填充了比较细的、根数与内层相同的钢丝。
结构式为:
1+N;NFi+2N;如:
17Fi(1+4;4Fi+8)、21Fi(1+5;5Fi+10)、25Fi(1+6;6Fi+12)、29Fi(1+7;7Fi+14)
由以上这三种结构互相组合,可形成多种复合型线接触结构(写法以中心向外注明)。
结构式如:
瓦林吞—西鲁式(WS):
1+N+N/N+2N、
26WS(1+5+5/5+10)、31WS(1+6+6/6+12)、36WS(1+7+7/7+14)、41WS(1+8+8/8+16)、
填充—西鲁式(FiS):
1+N;NFi+2N+2N、
31FiS(1+5;5Fi+10+10)、37FiS(1+6;6Fi+12+12)、43FiS(1+7;7Fi+14+14)、
西鲁—瓦林吞—西鲁式(SWS):
1+N+N+N/N+2N
49SWS(1+8+8+8/8+16)、55SWS(1+9+9+9/9+18)。
线接触钢丝绳结构捻制设备:
由于线接触钢丝绳是一次捻制,保证各层钢丝的捻距相等,使股中钢丝之间处于线接触状态,而分层捻制很难保证各层捻距相同;因此可以根据捻制股中钢丝根数决定设备。
线接触钢丝绳捻制设备有:
GG—18/200、GG—24/200、GG—36/200捻制丝径范围:
0.4~0.80mm
GG—18/300、GG—24/300、GG—36/300捻制丝径范围:
0.7~1.3mm
GG—18/400、GG—24/400捻制丝径范围:
1.2~2.6mm
GG—18/500、GG—36/500捻制丝径范围:
1.5~4.0mm
及筐蓝式KG—24/630、KG—36/630、KG—48/500、新设计安装的KG—54/500、KG—42/500
2.2.3.3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。
面接触股
面接触钢丝绳结构特性;
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,因此面接触钢丝绳捻制设备有较大的牵引力。
面接触钢丝绳结构捻制设备:
GG—18/500、KG—6/630、KG—36/630、KG—24/630
2.2.3.4特殊结构的钢丝绳
三角股
2.2.3.4.1三角股结构钢丝绳:
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。
三角股结构钢丝绳的特性
1、 钢丝绳的支撑面壁缘故圆股钢丝绳增大3~4倍,而与滚筒或滑轮沟槽间的接触面积大,使用时单位面积上受的压力就显著减轻,磨损减少使用寿命提高。
2、 三角股钢丝绳股与股之间的接触点增多,因而抗压性耐疲劳性能好。
3、 三角股钢丝绳的密度系数大,金属有效截面积大,与同直径圆股钢丝绳相比,总拉断力提高。
4、 钢丝绳在制造时,采用了予变形工艺和强有力的矫直定径装置,有效地消除了钢丝绳的捻制应力。
三角股结构钢丝绳的种类:
A、 圆股压法生产三角股钢丝绳
结构:
6V×21+7FC(FC+9+12)、6V×24+7FC(FC+12+12)
此类钢丝绳不需要专门的生产设备,生产的结构只能是股中带有纤维芯的三角股钢丝绳。
生产方法:
1用捻股生产设备生产出股中带有纤维芯的股绳,不预先形成螺距;2带有纤维芯的股绳在成品机上捻绳,股绳经预变形装置压弯变形,圆股绳经三角形辊压缩变形,股绳由圆股变成三角形。
B、 有螺旋三角股成型法
结构:
6V×19+FC(IWR)(/1×7+3/+9)、6V×30+FC(IWR)(/1×6/+12+12)、6V×34+FC(IWR)(/1×7+3/+12+12)、6V×37+FC(IWR)(/1×7+3/+12+15)、6V×37S+FC(/1×7+3/+12+15)6V×43+FC(IWR)(/1×7+3/+15+18)。
此类钢丝绳需要专门的生产设备,异形股的某一个面,在钢丝绳的全长上,始终朝着钢丝绳的外表面。
生产方法:
1用捻股生产设备生产出股绳,预先形成螺距;2带有螺距的股绳在成品机上捻绳,股绳经预变形装置压弯变形捻制。
三角股钢丝绳结构捻制设备:
KG—6/400+18/400+18/500(5台)
三角股钢丝绳股芯结构:
1×3、V形钢丝、1×6、1×7+3、3×2+3
2.2.3.4.2 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。
如我公司的电铲钢丝绳。
2.2.3.4.3编织扁钢丝绳:
由几个不同捻向的子绳并通过纬绳固结编织而成。
编织扁钢丝绳常作为煤矿提升系统中尾绳(平衡绳)使用。
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
编织扁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。
编织扁钢丝绳的结构:
P6×4×7、P8×4×7、P8×4×9、P8×4×19。
2.2.3.4.4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。
密封钢丝绳的特性
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。
密封钢丝绳的结构:
一层异形钢丝密封钢丝绳、如(1+6+12)Φ3.7+21Z5
两层异形钢丝密封钢丝绳、如(1+6+12)Φ3.7+21Z5
三层异形钢丝密封钢丝绳、如(1+6+12)Φ3.7+21Z5
四层异形钢丝密封钢丝绳、如(1+6+12)Φ3.7+21Z5
2.2.4 钢丝绳的绳芯材料
2.2.4.1 纤维绳芯(FC)
天然纤维绳芯(NF);由棉纤维、黄麻、剑麻、蕉麻、大麻等类纤维为原料制成。
合成纤维绳芯(SF);人工合成化学纤维制成的绳芯。
2.2.4.2 金属绳芯(IWS、IWR):
用圆钢丝捻制的股(IWS)或绳芯(IWR)作绳芯。
2.2.5 钢丝绳的用油脂
2.2.5.1 表面脂:
供钢丝绳外表面涂油用的油脂。
2.2.5.2 麻芯脂:
供绳芯或有机物绳芯浸油用的油脂。
2.2.5.3