影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析

关键词： 钢丝绳 寿命 事故 危险源

影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析（通用4篇）

篇1：影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析

影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析

张钫 张平萍

（国家金属制品质量监督检验中心 郑州 450007）

摘要 本文通过对钢丝绳弯曲疲劳机的选择，弯曲滑轮，试样弯曲频率、包角，张力等影响钢丝绳弯曲疲劳试验结论的几个重要因素进行了分析，根据质检中心日常试验过程中对钢丝绳弯曲疲劳试验方式的总结，建议用户进行钢丝绳弯曲疲劳试验时应模拟钢丝绳使用现场的情况。

关键词 钢丝绳，弯曲疲劳试验机，GB/T12347-1996

The application of steel wire rope—Bending flatigue testing

Zhang Fang Zhang Pinping

(China National Steel Wire Products Quality Supervision & Testing Center zhengzhou 4

50007)

Abstract The paper analysis the selection of the bending flatigue machine,bending pulley, the frequency of sample bending , the angle of steel wire rope revolving around the bending pulley, the tension of steel wire rope ect.These factors are important for the result of the steel wire rope—bending flatigue testing.According to the test of steel wire rope—bending flatigue in our ordinary work,we pose the suggestion for user that the steel wire rope—bending flatigue testing should simulate the scene of the steel wire rope using.Keywords steel wire rope, the machine of steel wire rope –Bending flating testing, GB/T12347-1996

随着社会的发展和科技的进步，钢丝绳的使用场合越来越多。钢丝绳的弯曲疲劳寿命成为许多工程设计和使用人员关心的问题。我国现行的GB/T12347-1996规定了钢丝绳弯曲疲劳试验方法。它作为一种通用的钢丝绳弯曲疲劳试验方法的标准，并未完全包罗所有的钢丝绳弯曲疲劳类型，同一根钢丝绳的具体使用场合不同，使用的方式不相同，那么它的弯曲疲劳寿命也不相同。在实验室为了更加逼真的反映钢丝绳弯曲疲劳寿命，就要求我们的钢丝绳弯曲疲劳试验方法也不能完全按照GB/T12347-1996执行,应该在理解GB/T12347-1996的基础上加以应用。

钢丝绳广泛使用在煤矿，港口，航空，航天，汽车，摩托车等许多重要的场合。钢丝绳的疲劳试验如果完全按照现行的标准去实施，那么其试验结果将难以准确的反映应用情况。为此从以下几个方面进行讨论： 1 钢丝绳弯曲疲劳试验机的选择

国内通用的钢丝绳弯曲疲劳试验机有A，B，C，D，E等5种型号，原理图参照GB/T12347---1996。国外还有旋转疲劳试验机，行星式疲劳试验机，回转弯曲疲劳试验机等形式。国内还有模拟实际应用如起重机的钢丝绳疲劳试验机。

标准中推荐的疲劳试验机的选择主要是根据钢丝绳的直径，笔者认为在选择钢丝绳弯曲疲劳试验机除了标准推荐的方法，钢丝绳弯曲疲劳试验机还可以考虑模拟钢丝绳的实际现场应用情况，这样做就可以比较准确的测出钢丝绳的实际使用疲劳寿命。国内外都已经有这方面的经验，如美国奥梯斯（OTIS）公司模拟钢丝绳在电梯升降中使用的钢丝绳弯曲疲劳试验机，陕西咸阳钢管钢绳厂模拟钢丝绳在现场使用的钢丝绳弯曲疲劳试验机，以它们的科学性和准确度得到了客户的认可。

2试验过程中影响钢丝绳疲劳寿命的主要因素

2.1弯曲滑轮

弯曲滑轮是整个钢丝绳弯曲疲劳试验的关键部件，滑轮的材料，国内外标准大多建议采用工具钢，轮槽表面热处理表面硬度A、B、C型要求不低于HRC60，D、E要求不低于HRC40。在其他条件相同条件下，钢丝绳和滑轮的摩擦引起的钢丝绳磨损是影响钢丝绳弯曲疲劳寿命的主要外界因素，在实际的应用中，滑轮的材料多为普碳钢，硬铝，塑料，胶木等材质，这些材料制成的弯曲滑轮和试验采用工具钢材料制成的弯曲滑轮相比，两者同等条件下疲劳寿命是有差别的，笔者建议试验用弯曲滑轮的材料应尽可能的接近现场使用的滑轮的材料。弯曲滑轮的直径，外径，轮槽半径也是影响钢丝绳弯曲疲劳寿命的重要因素，要根据钢丝绳的具体尺寸确定，有很多钢丝绳为非标准直径，具体确定弯曲滑轮的直径，轮槽半径的方法参照GB/T12347-1996。

2.2 反复弯曲频率

标准中推荐A型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面双向反复弯曲60次，B型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面单向反复弯曲60次，C，D型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面单向反复弯曲45次，E型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面单向反复弯曲20次[1]。笔者认为在实际应用中钢丝绳的反复弯曲都不一定是固定的，有的要求频率高，有的要求频率低，有的甚至是一个循环周期内有快车---慢车---快车或者慢车---快车---慢车.我们按照客户的要求参照钢丝绳使用现场的情况确定钢丝绳的弯曲疲劳的频率，并且取得良好的效果

2.3疲劳次数

试样在有效长度内每分钟反复弯曲次数应当根据钢丝绳使用现场的反复弯曲次数乘上一定的安全系数即为弯曲疲劳试验的次数。

2.4 包角

标准中的钢丝绳绕过弯曲滑轮的包角基本上都是90度或者180度，实际应用中，由于使用的场合和方式，绕过弯曲滑轮的角度是多种多样的，包角的大小对钢丝绳弯曲疲劳寿命有直接的影响。在进行钢丝绳疲劳试验时试样绕过弯曲滑轮的包角尽量接近钢丝绳使用现场的包角，目前质检中心已经能够根据客户要求和钢丝绳使用现场做任何角度钢丝绳弯曲疲劳试验。2.5 张力

钢丝绳所受的张力根据使用的场合不同，种类也不相同，多数都是在卷取，弯曲，松开，伸直等交替状态下工作，钢丝绳不断受到拉力，压力，拉力等交变应力的循环作用，所以在试验过程中施加张力尽量模拟现场的受力。张力的大小也应当根据使用的场合的要求按照以下公式进行计算试样施加的张力植。

[1]

式中：F-------试样的最小破断载荷值，单位，kN；

F′----试样施加的载荷值，单位，kN；

K------安全系数，可参照相关的标准并根据钢丝绳使用的场合及方式自行设计。

2.6 环境温度 标准中推荐在一般情况下，试验应在10℃~35℃的室温下进行，如有特殊要求，试验温度应在23±5℃[1]。在钢丝绳的使用现场，温度是变化的，变化的情况也是多种多样，在试验过程中建议采用使用现场对钢丝绳弯曲疲劳试验影响最大的温度。结束语

上述几个方面是我们给客户进行钢丝绳的弯曲疲劳试验时，总结出的对试验结果有影响几个方面，质检中心已经接受很多单位的委托，根据客户钢丝绳使用现场的情况和要求做钢丝绳弯曲疲劳试验，试验结果用户比较满意，目前中心能够根据客户的要求做直径31mm以下各种类型的钢丝绳弯曲疲劳试验，中心装备有A，B，D，E型等型号钢丝绳弯曲疲劳试验机，钢丝绳弯曲疲劳试验机通过改造后能满足各种包角，各种弯曲频率的钢丝绳弯曲疲劳试验，还拥有奥梯斯（OTIS）疲劳试验机专门做奥梯斯（OTIS）电梯配套用钢丝绳的弯曲疲劳试验。

参考文献 GB/T12347-1996 钢丝绳弯曲疲劳试验方法

作者简介

张

钫

1980年生，国家金属制品质量监督检验中心助理工程师

张平萍

国家金属制品质量监督检验中心总工

篇2：影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析

钢丝绳是起重运输机械中最常用的挠性构件, 被广泛应用于起升机构、变幅机构和牵引机构中。依据不同的使用目的, 钢丝绳的构造和编绕方式也多种多样, 有单绕、双重绕、三重绕等, 其构造形式异常复杂, 因而其建模及受力分析计算都非常困难。钢丝绳的主要失效原因为腐蚀、磨损和疲劳。针对钢丝绳的使用情况, 国家已经制定了相应的行业安全规程及国家检测标准, 但行业标准大多规定钢丝绳使用规定的时间后应进行更换, 容易造成材料的浪费及安全性的降低, 因此有必要进一步研究钢丝绳的使用寿命。

钢丝绳的失效机理非常复杂, 其使用寿命与载荷状态级别、滑轮材料、缠绕方式、机械磨损、腐蚀和润滑程度等多因素相关。本文仅从钢丝绳的受力状态来研究其对疲劳寿命的影响。

1 钢丝绳的受力状态

钢丝绳在工作过程中受到拉应力、弯曲应力、挤压应力、扭转剪切应力等多种应力, 实际工作中, 这些应力共同作用形成复杂的应力状态, 钢丝绳的疲劳寿命与其受力状态有着密切的关系。

1.1 拉应力

起重机起吊载荷时, 垂直段钢丝绳主要为受拉状态, 受力状态如图1所示 (其中, D为滑轮直径) , 其拉应力σ拉 (N/mm2) 为:

其中:M为钢丝绳的起吊载荷, N;A为钢丝绳横截面积, 其值为构成此钢丝绳的所有钢丝的横截面面积之和, , di为钢丝的直径, mm。

1.2 弯曲应力

钢丝绳在滑轮或卷筒上卷绕时, 会由于弯曲而产生弯曲应力, 且钢丝绳横截面上不同位置处钢丝的弯曲应力是不同的。当钢丝绳结构和滑轮 (卷筒) 的直径确定时, 钢丝绳内钢丝的最大弯曲应力与其所处位置相关。内外股接触处的钢丝会产生较严重的内部磨损, 此类钢丝通过滑轮 (卷筒) 时产生的弯曲应力是影响钢丝绳寿命的主要因素。实验证明:增大滑轮 (卷筒) 直径可减小钢丝绳内危险钢丝的最大弯曲应力。因此在条件允许的情况下, 选择较大直径的滑轮 (卷筒) 能有效降低钢丝绳通过滑轮 (卷筒) 时产生的弯曲应力而提高其使用寿命。但值得注意的是, 当增大滑轮 (卷筒) 的直径时, 其转动惯量也会相应增大, 较大的转动惯量会对钢丝绳及其系统造成冲击, 反过来又会降低钢丝绳的使用寿命。因此, 当钢丝绳经过滑轮 (卷筒) 产生弯曲时, 应对钢丝绳和滑轮 (卷筒) 直径进行合理的配对, 配对原则是在钢丝绳的弯曲应力较小的情况下尽量减小滑轮 (卷筒) 直径。

1.3 扭转剪切应力

构成钢丝绳的钢丝呈螺旋状态, 当起吊载荷时, 钢丝绳上轴线方向的拉应力会使钢丝有拉直的趋势, 从而使钢丝受扭, 产生扭转剪切应力。

1.4 接触挤压应力

钢丝绳在使用过程中其外部与滑轮槽、卷筒壁等表面接触时, 钢丝绳上所受的拉伸载荷会使钢丝绳与滑轮 (卷筒) 间产生挤压应力 (见图2) , 挤压应力会引起钢丝绳的外部磨损, 这样会减小钢丝绳的直径从而使其横截面积变小, 钢丝绳的破断载荷也会随之降低。拉伸载荷还会引起钢丝之间的挤压应力而产生内部磨损, 内部磨损主要发生在内股和外股的接触钢丝上, 钢丝绳通过滑轮 (卷筒) 时会产生反复拉伸和弯曲, 在其磨损深凹处会产生应力集中, 导致其内部钢丝易被折断, 从而减少钢丝绳的疲劳寿命。

钢丝绳中丝与丝之间的接触状态有3种:点接触、线接触和面接触。从受力角度看, 面接触钢丝绳是用异型断面钢丝绕成的密封型结构, 其接触挤压应力最小, 使用寿命最长。线接触钢丝绳的使用寿命也高于点接触钢丝绳, 目前起重机上广泛使用的都是线接触钢丝绳和面接触钢丝绳。

不考虑钢丝绳的僵性阻力, 假设钢丝绳与绳槽之间配合良好, 则钢丝绳和绳槽之间的接触挤压应力p (MPa) 为:

其中:F为钢丝绳上所受拉力, N;d为钢丝绳直径, mm。

接触挤压应力p与滑轮 (卷筒) 的材料之间存在着一定的关系, 通过以下公式可计算出其最大挤压应力。点接触时:

线接触时:

其中:E1为钢丝绳所用材料的弹性模量;E2为滑轮或卷筒所用材料的弹性模量;f为摩擦系数, 点接触时f=0.460, 线接触时f=0.543。

具体计算时, 先计算出钢丝绳与绳槽之间的接触挤压应力, 然后根据钢丝绳的接触形式计算出最大挤压应力。

2 钢丝绳弯曲疲劳寿命的计算

钢丝绳的疲劳寿命与滑轮 (卷筒) 与钢丝绳的直径之比有很大的关系, 前人常用尼曼公式计算钢丝绳的弯曲疲劳寿命, 其形式如下:

其中:n为钢丝绳在一个螺距内断丝10%时的弯折次数;σB为钢丝绳破断应力;Sf为安全系数。

公式 (5) 只从钢丝绳卷绕时, 滑轮 (卷筒) 与钢丝绳的直径之比方面考虑钢丝绳的弯曲疲劳寿命, 然而不同起重机的起升载荷状态级别并不相同, 当起重机起吊不同重量的重物时, 钢丝绳弯曲时的弯曲应力、接触挤压应力、扭转剪切应力等都会有很大的不同, 其疲劳寿命也会有很大不同, 所以在计算钢丝绳的弯曲疲劳寿命时, 应将起重机的起升载荷状态级别考虑进去。

起重机的起升载荷状态级别是指在该起重机的设计预期寿命期限内, 其各个有代表性的起升载荷值及各对应的起吊次数与额定起升载荷值及总起吊次数的比值情况。起重机载荷状态可能有许多, 为方便使用, 将载荷状态人为按等比级数划分为4级, 即Q1~Q4。

如果已知起重机各起升载荷值及相应的起吊次数数据, 则可按下式计算出该起重机的载荷谱系数Kp:

其中:Ci为有代表性的工作循环数, 对应起重机的单次起升载荷, Ci=C1, C2, C3, …, Cn;CT为起重机全寿命期内的总工作循环数, ;PQi为起重机在全寿命期内所起吊的典型起升载荷, PQi=PQ1, PQ2, PQ3, …, PQn;PQmax为起重机的额定起升载荷;约定取指数m=3。

展开后, 式 (6) 变为:

计算出起重机载荷谱系数值后, 即可按表1确定该起重机相应的载荷状态级别。表1中列出了起重机载荷谱系数Kp的范围, 其意义为起重机相对应的载荷状态级别。

将起重机的载荷谱系数Kp引入公式 (5) , 得出钢丝绳在一个螺距内断丝10%的弯折次数为:

其中:。将不合理数据进行调整后得出Km的取值, 见表2。

根据载荷谱系数, 中间值可用插值法计算得到。

3 提高钢丝绳寿命的措施

钢丝绳失效的主要原因是弯曲疲劳, 因此提高钢丝绳的疲劳强度可有效地提高钢丝绳的使用寿命, 其具体措施如下: (1) 选择合理的滑轮 (卷筒) 直径及材料, 优化钢丝绳的结构, 降低钢丝绳内部丝与丝之间的摩擦力, 降低内部磨损; (2) 在对起升机构钢丝绳卷绕方式设计时, 应尽量减少钢丝绳的弯折次数, 尤其是反向弯折次数, 反向弯折所引起的疲劳是同向弯折的两倍; (3) 加强钢丝绳的维护保养, 定期润滑保养防止锈蚀。

4 结语

由于钢丝绳的结构异常复杂, 对其受力分析计算非常困难, 本文仅从弯曲疲劳方面对钢丝绳的寿命进行了探讨, 对于钢丝绳内部复杂的摩擦磨损机理, 还应做深入研究。

参考文献

[1]徐格宁.机械装备金属结构设计[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[2]张锋锋.提高岸边集装箱起重机钢丝绳使用寿命的分析[J].起重运输机械, 2011, 32 (4) :73-75.

[3]浦汉军.起重机用不旋转钢丝绳理论研究及其寿命估算[D].广州:华南理工大学, 2012:108-111.

[4]李婷, 苗运江.基于Workbench的钢丝绳疲劳寿命分析[J].煤矿机械, 2011, 32 (5) :53-55.

篇3：钢丝绳弯曲疲劳试验机探析

关键词:钢丝绳;弯曲;疲劳;试验机

中图分类号:TD532 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0156-01

自Berkeley大学的David Mar与Steven Tipping申请层间弯曲疲劳试验专利以来,在国内尚未见到弯曲疲劳试验技术的权威性著作及设计规范,国内当前只有少数学者对其进行研究,在理论和应用方面都存在一系列有待解决的问题:弯曲疲劳试验的工作机理和动力特性;竖向荷载作用下的内力分布特点;弯曲疲劳试验可靠性的研究;弯曲疲劳试验钢丝绳的设计方法。相信弯曲疲劳试验技术的研究定会进一步促进钢丝绳在工程中的广泛的应用。

一、试验机的研制

试样为直径16mm,长360mm的6×19S+FC(西鲁式纤维芯结构)钢丝绳,其两端各有一长110mm的圆柱形套筒用于试验机夹持,套筒表面里端刨出平台用于安装AE换能器。在结构自振周期超过1.0s后,结构加速度值随自振周期的延长而减少,而位移随自振周期的延长而增大,且在2.0-4.0s范围内,位移的增大比较缓慢,因此,在Ⅱ类场地上,将弯曲疲劳试验结构的自振周期控制在2.0-4.0s范围内,可取得较好的弯曲试验效果。结构自振周期为2.0-3.0s时,结构加速度有一个峰值,但位移峰值在3.5s左右,因此,在Ⅳ类场地上,钢丝绳结构的自振周期宜控制在2s或>4s,否则弯曲疲劳试验效果并不好。此外,《规程》还规定:弯曲疲劳试验房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%,原因是钢丝绳所在场地在任何方向的设计反应谱通常是相同的,若钢丝绳在两个方向的基本周期相差过大,将导致两个方向的弯曲疲劳试验效果也差别很大,所以应对两个方向的弯曲疲劳试验周期的差别有所限制。循环加载试验是在具有±250kN能力的Schenck电液伺服试验机上进行。试验参数设置为:循环频率5Hz;循环载荷最大值S分别为破断拉力Smax的35%、38%、4l%、44X,47%和50少;应力比尺=0,l。共对两组钢丝绳进行了AE测试。一组8根用于断丝检测及断口分析,根据经验及判废规则将这组钢丝绳的疲劳寿命定义为第6根断丝时刻,故这组实验只进行到6-8根断丝为止。另一组4根钢丝绳进行到完全失效,目的是检验其疲劳过程的AE表征情况。

疲劳试验次数采用计数器直接数字显示,可通过设置计数器的限值次数,当试验次数达到设定值时,计数器停止计数,同时给控制系统发出信号,控制系统切断电动机的运转。另外,为防止试验过程中样品断裂、损坏而导致试验台出现卡阻等情况,试验台设置了限位开关,在试验张紧装置超过正常的运动行程后,切断控制系统和电动机的供电;同时在变频器中设置最大允许电流,当试验台因为各种情况出现卡阻输出电流增大时,自动切断控制。

二、钢丝绳的弯曲疲劳试验

(一)钢丝绳的弯曲疲劳试验过程

在初步确定了各钢丝绳支座的型号及参数后,还应确定出钢丝绳的水平刚度和阻尼比等参数,然后将这些参数及上部结构参数代入计算模型,进行钢丝绳结构的动力分析计算。当上部结构的水平疲劳试验作用可降低至与假设的情况大致相同,且各钢丝绳支座的位移都小于水平位移限值,钢丝绳支座的布置才可确定。

一般而言,弯曲疲劳试验装置应具备如下的性能才能有效达到作用的目的:第一,弯曲疲劳试验装置不仅要能承担上部建筑物的重量,而且在竖向荷载作用下变形较小,这是对其竖向承载力和竖向刚度的基本要求;第二,水平向须具有充分的柔度即较小的水平刚度,以延长结构的自振周期,减少上部结构的加速度反应和下部结构的层间剪力;第三,为了限制结构位移,使振动衰减,还必须有适当的阻尼。第四,建筑物的设计使用年限一般为50年,支座的耐久年限应不少于此。在偶然事件下(例如:火灾),支座应仍有一段时间在发挥作用。所以,作为工程设计人员,对弯曲疲劳试验装置的性能掌握的充分性与否,直接影响到弯曲疲劳试验建筑设计的优劣程度。

(二)试验机特点

新研发的液压式矿用钢丝绳弯曲疲劳试验机有如下特点:

(1)通用性较强。“安装前应对工程中所用的各种类和规格的原型部件进行抽样检测,每一规格和每种类的数量不应少于3个,抽样合格率应为100%”。但是,多数情况下是设计人员依据弯曲疲劳试验装置生产厂家的产品目录进行选用(我国尚未有统一的橡胶弯曲疲劳试验支座工业规格)。所以,设计人员不但要熟悉弯曲疲劳试验支座的各项性能,而且还应掌握对其进行试验的方法,以确保弯曲疲劳试验装置的耐久性和力学性能。

(2)与实际工况基本一致。采用1:1的钢丝绳卷绕试验轮,与实际工况基本一致。

(3)频率范围宽。可在(20-120)次/min频率范围内进行试验。

(4)自动化程度较高。设有光电在线计数装置,液压系统和液压马达使用专用控制箱,采用千斤顶加载和压力传感器测量并显示负荷,并利用USB接口与电脑进行数据交换和储存。

(5)结构简单。试验机共用一个油箱,采用不同规格的液压泵给液压马达和加载油缸供油,占用空间小。

参考文献:

[1]全国钢标准化技术委员会.GB/T12347-1996钢丝绳弯曲疲劳试验方法[S].北京:中国标准出版社,2006

[2]全国钢标准化技术委员会.GB8918-2006重要用途钢丝绳[S].北京:中国标准出版社,2006

[3]傅泉臻.液压式矿用钢丝绳弯曲疲劳试验机的研究[J].金属制品,2011,10

篇4：影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析

1 电梯钢丝绳疲劳寿命

疲劳寿命也被称为耐疲劳性。在一定交变应力的工作条件下, 钢丝绳在断丝前会出现一定的反复弯曲疲劳次数。在疲劳试验机上施加一定的载荷, 达到规定断丝根数的弯曲疲劳次数。疲劳次数取决于钢丝绳所受交变载荷的大小和钢丝受到各种弯曲应力的情况。钢丝绳弯曲疲劳次数一般在104以上, 点接触疲劳次数最少, 线接触次之, 所以, 使用压实股钢丝绳和压实钢丝绳较好。例如同直径、同类型的钢丝绳, 其外层钢丝较细时, 耐疲劳性能较好。

2 电梯钢丝绳疲劳机理及应对措施

电梯钢丝绳应用的工作环境不同, 其损伤机理也有一定的区别: (1) 钢丝绳的耐疲劳性与其材料特性有很大的关系。在钢丝绳的使用过程中, 摩擦会导致其表面出现脆性马氏体薄层, 这是引起电梯钢丝绳断丝的主要原因。采用耐磨材料能有效应对钢丝绳断丝。 (2) 热处理工艺和钢丝绳疲劳也有关系。采用正确的热处理工艺能够得到强度、韧性和塑性等多方面的合理配置组织, 从而得到较为理想的耐疲劳性能。

3 影响耐疲劳性能的因素

3.1 钢丝绳材质

不同材质的钢丝绳拉拔力度不同, 比较优质的是碳素钢丝, 其力学性能较好。需要注意的是, 钢丝绳冶炼时产生的非金属夹杂物易成为疲劳源, 非金属夹杂物粒度和含量越高, 钢丝绳耐疲劳性能越低。以优质碳素钢丝绳为例, 其金相组织是索氏体, 一旦钢丝绳中夹杂非金属物, 就会导致金相组织中网状铁素体疲劳裂纹扩展, 降低钢丝绳的耐疲劳性能。

3.2 钢丝绳结构及规格

从钢丝绳的耐疲劳性来说, 钢丝绳分为点接触钢丝绳、线接触钢丝绳和面接触钢丝绳, 钢丝绳耐疲劳性依次增大。电梯钢丝绳受限于狭窄的空间, 通常不宜选用大直径曳引轮, 面接触钢丝绳虽然刚度较大, 但挠性较差, 因此, 实际应用并不广泛。目前, 较为常见的是线接触钢丝绳。由实际经验得出, 在钢丝绳股内同层钢丝之间、各股之间留出适当的缝隙可以提高钢丝绳的耐疲劳性, 但要保证留出的缝隙是均匀的。现在人们见到的普通电梯钢丝绳多为8*19S, 6*19S, 8*19W, 6*19W, 而高速电梯则采用8*19W+8*7+IWR, 8*19S+8*7+IWR和9*17S+9*7+ (FC) /IWR等平行捻钢丝绳。

3.3 钢丝绳油脂

钢丝绳油脂与其耐疲劳性有很大的关系, 因此, 在实际应用过程中, 要根据钢丝绳的使用环境、用途、油脂等各项技术指标选用合适的油脂。一般来说, 电梯多在室内使用, 电梯井在无温度、湿度调控的情况下, 电梯井所处的环境与当地整体环境有很大的关系。南方沿海地区高温潮湿、东北地区低温干燥等有地域性的环境特点要求电梯生产时要考虑钢丝绳油脂的选取。为了确保钢丝绳尽可能长时间地保持其润滑性, 油脂应具备耐高低温性能, 高温不淌, 低温不脆裂。

另外, 在制造钢丝绳的过程中, 厂家已经涂油, 但钢丝绳涂油也是有一定方式、方法的, 一般是小股涂油, 整绳保持无油状态。涂油工序依次是钢丝、股和绳, 而涂油方式则分为喷淋式和浸入式。电梯的运行是靠电梯钢丝绳与滑轮之间的摩擦力驱动的, 油脂温度过高会使油脂变形, 而过多的油脂会减小钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力, 引发安全问题;油量过少会增大摩擦力, 使电梯钢丝绳耐疲劳性下降等。

3.4 绳芯直径

为了维持钢丝绳的形态, 绳芯发挥着非常重要的作用, 此外, 其在很大程度上还影响着电梯钢丝绳的耐疲劳性。绳芯会影响钢丝绳的直径, 从而影响钢丝绳各股之间的间隙。如果绳芯较粗, 钢丝绳股会突起, 使得钢丝绳和绳轮接触的时候会加快磨损, 导致断丝断股。从这个角度上讲, 控制绳芯捻制直径意义重大。另外, 高弹力绳芯会影响钢丝绳承受弯曲应力时的接触应力, 能有效延长电梯钢丝绳的使用寿命。

3.5 钢丝绳的捻制

捻距是钢丝绳技术指标中极其重要的参数之一, 它对钢丝绳的综合性能有很大的影响。捻距的大小与钢丝强度捻制损失, 合绳生产率, 钢丝绳整绳破断拉力, 钢丝绳松散性、可挠性、耐压性和耐疲劳性等有一定的关系。捻距要适当, 不能太大也不能太小, 要综合考虑多方面因素, 共同确定钢丝绳捻距。

3.6 钢丝绳承受力

钢丝绳预张拉是为了消除电梯钢丝绳在使用过程中的结构伸长, 提高钢丝绳的承受力。预张拉能在一定程度上消除钢丝绳的捻制缺陷, 改善钢丝绳的股承载张力分布情况, 确保股绳位置稳定, 最终提升电梯钢丝绳的耐疲劳性。预张拉机分为以下几种:台式预张拉机, 非在线张拉, 可调速度;直线式预张拉机, 在线张拉;间歇式折返预张拉机, 保压和张拉时间均可调整, 且占地面积小, 张拉强度大;间歇式直线预张拉机, 保压和张拉时间可调。在预张拉钢丝绳时, 一些钢丝会发生一定程度的变形, 最终张拉效果可由张拉保压时间、张拉力大小和张拉方式决定。钢丝绳采用间歇折返式预张拉机能逐渐增加其张拉力, 提高其承受能力, 这对提高电梯钢丝绳的耐疲劳性能来说效果极佳。

3.7 钢丝绳表面意外损伤

在钢丝绳的生产过程中, 表面意外损伤会对钢丝绳的耐疲劳性能造成很大的影响, 尽管如此, 很多电梯生产企业却忽视了这一点。常见的引起钢丝绳表面损伤的原因有以下几种:水箱塔轮磨损出槽、拉丝模开裂、排线杠磨损出槽、捻绳机穿线孔磨损出槽等。在多种原因造成钢丝绳表面意外损伤严重的情况下, 其表面会留下金属屑残留物, 使钢丝绳直径变小, 最终降低钢丝绳的耐疲劳性。钢丝意外损伤致使使用电梯的过程中应力集中, 最终引发故障, 因此, 在钢丝绳生产、运输、储存的过程中, 一定要重视对钢丝绳表面的保护。有能力的企业可以使用筐篮架运输或储存工字轮结构的钢丝绳, 这样不仅能够避免工字轮撞击, 同时, 还有助于检验和吊装等。另外, 在工字轮结构设计的钢丝绳运输过程中, 可使用吊车或叉车等快速、安全地吊装电梯钢丝绳, 避免在这个过程中损坏电梯钢丝绳。

4 结束语

在电梯钢丝绳的生产过程中, 影响其耐疲劳性能的因素有很多, 而本文提出的因素在电梯钢丝绳生产过程中要尤为重视。针对文中分析的各种因素设计出科学、合理的钢丝绳结构, 从而提高电梯钢丝绳的耐疲劳性。另外, 对电梯钢丝绳运输、安装和维护的过程也要给予一定的重视, 争取全面排除影响电梯钢丝绳耐疲劳性的因素, 有效提升电梯钢丝绳的耐疲劳性能。

摘要：钢丝绳内部和外部的断丝现象绝大部分是因为受到弯曲、拉伸、扭转等纯力学作用而产生的。从电梯钢丝绳自身的特点入手, 分析电梯钢丝耐疲劳性能的影响因素, 以期为日后电梯钢丝绳的生产起到一定的指导作用。

关键词：断丝现象,钢丝绳,耐疲劳,磨损

参考文献

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[2]张洪生.影响小规格制绳钢丝扭转性能的热处理因素[G]//2006年线材制品国际技术研讨会会议文集.北京:中国金属学会, 2006.