信息摘要：
0引言 鋼芯鋼絲繩因具有傳動噪聲小、吸震性好、換向性好等優(yōu)點，在物料搬運機械中常作提升、牽引、拉緊和承載之用，因此其廣泛應用于煤炭、冶金、石油、港口、交通、電力、礦
0引言
鋼芯鋼絲繩因具有傳動噪聲小、吸震性好、換向性好等優(yōu)點，在物料搬運機械中常作提升、牽引、拉緊和承載之用，因此其廣泛應用于煤炭、冶金、石油、港口、交通、電力、礦山、建筑等領域。然而，鋼絲繩在使用中，出現(xiàn)的最大問題是鋼芯的早期斷絲，鋼絲繩往往在外股完好的情況下，內(nèi)部鋼芯出現(xiàn)斷絲或斷裂l。數(shù)據(jù)顯示鋼絲繩作業(yè)量到80~100萬t時就出現(xiàn)嚴重的鋼芯斷絲或斷裂現(xiàn)象（正常作業(yè)量200萬t），具體如圖1所示。從圖1可以看出鋼芯斷絲嚴重，清洗干凈后發(fā)現(xiàn)每根股上都有2-3根斷絲，一個捻距內(nèi)斷絲數(shù)量超過10根，鋼芯也完全不成型，如圖2所示。鋼芯的早期斷裂成為了鋼絲繩失效的主要原因。
關于鋼絲繩鋼芯斷絲問題的研究已經(jīng)持續(xù)了很多年，綜合分析認為導致鋼芯斷絲的主要因素有：鋼芯受到嚴重磨損、鋼芯尺寸設計不合理、鋼芯自身存在缺陷、鋼芯參數(shù)設計缺乏系統(tǒng)考慮、鋼芯使用潤滑油油脂質(zhì)量不高和鋼芯潤滑方式不合理等[]。針對于多層股鋼芯鋼絲繩，目前主要采用塑料、纖維等材料進行繩內(nèi)填充來解決鋼芯斷絲問題，效果也明顯改善。然而，對于普通的6股、8股鋼芯鋼絲繩，因其特殊結(jié)構(gòu)使鋼絲繩總具有旋轉(zhuǎn)的趨勢，且股數(shù)少，繩內(nèi)填充對整體性能影響微乎其微，故鋼芯斷絲問題依然非常突出。鑒于此，本文以普通6股鋼芯鋼絲繩為例，從鋼絲繩工藝參數(shù)入手，探討鋼芯斷絲的原因，制定相應改進措施，并進行產(chǎn)品驗證，為工程應用提供參考。
1鋼絲繩工藝參數(shù)分析
1.1鋼絲繩現(xiàn)場參數(shù)測量
對鋼絲繩鋼芯繩徑、捻距進行了測量，比照設計參數(shù)的目標直徑和目標捻距進行了比對，詳情見表1所示。通過比對發(fā)現(xiàn)：拆繩后鋼芯捻距均比目標捻距大，實測參數(shù)與設計參數(shù)不符。
1.2實測數(shù)據(jù)與設計參數(shù)的符合性分析鋼絲繩捻距一般設計為公稱直徑的6.5倍，鋼芯捻距為鋼芯公稱直徑的6.3倍，對設計參數(shù)進行實際驗證，經(jīng)實際測量，鋼絲繩捻距滿足設計要求，而鋼芯的捻距參數(shù)達到了6.5倍甚至更大。例如32mm鋼絲繩按照工藝要求設計捻距為208mm，所配鋼芯直徑為12.8mm，鋼芯捻距應為80.64mm，實際檢測結(jié)果為：
鋼絲繩捻距208-209mm，符合設計要求，鋼芯捻距83.2~83.5mm，超出工藝要求，捻距倍數(shù)超過6.5倍，實物測量數(shù)據(jù)與設計參數(shù)不符，與設計有一定的差異性。為了研究鋼芯捻距倍數(shù)增大所引發(fā)的問題，本文設計了鋼絲繩、鋼芯伸長率的測定實驗，探討鋼絲繩、鋼芯彈性模量與捻距的關系。
2鋼絲繩、鋼芯伸長率測定實驗
2.1實驗方案
以6×36WS-IWRC-D31.5mm鋼絲繩和其鋼芯為研究對象，進行鋼絲繩和鋼芯的伸長率和彈性模量實驗。首先，分別取鋼芯捻距倍數(shù)為6.0和6.3倍的兩種繩樣進行實驗；然后，測量30%破斷拉力下鋼芯和鋼絲繩的彈性模量，其中鋼芯的拉力按鋼芯截面積占鋼絲繩截面面積的比例進行計算得出，該比例為14.9%：最后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析鋼芯伸長率與鋼絲繩的匹配性。鋼絲繩試樣采用兩頭合金錐形澆筑，根據(jù)標準GB/T24191-
2009的要求，選用取樣總長度為3000mm鋼絲繩3根，引伸計標距為1000mm，采用500t臥式拉力試驗機，拉力數(shù)值誤差不大于5%，電子引伸計采集位移變形數(shù)據(jù)。
2.2實驗過程和數(shù)據(jù)處理
根據(jù)實驗方案，現(xiàn)場截取鋼絲繩捻距倍數(shù)為60和6.3倍的兩種6×36WS-IWRC-D31.5mm鋼絲繩樣2根，鋼芯捻距倍數(shù)為6.0和6.3倍與其結(jié)構(gòu)對應的6×7-WSC-12.41mm鋼芯2根，繩樣參數(shù)見表2。按照實驗方案要求在拉力試驗機上進行，采用800/30（標距/量程）應變片式引伸計進行測量。
2.3數(shù)據(jù)分析
按照上述實驗數(shù)據(jù)處理方法，將所有實驗數(shù)據(jù)進行處理，分別計算出4根繩樣每次實驗后的彈性模量（繩的破斷拉力為672kN，芯的破斷拉力為100kN），如圖4所示。由圖可見，在經(jīng)過第三次實驗后，鋼絲繩或從數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可得到以下結(jié)論：捻距從6.3倍變?yōu)?.0倍后，鋼芯的彈性模量明顯減小，趨近于鋼絲繩彈性模量，但對鋼絲繩的彈性模量影響較小，兩者可以趨近，但不可能達到一致的水平：鋼絲繩、鋼芯彈性模量越接近，兩者受力后的伸長率就越接近，這樣就可以降低鋼絲繩使用時鋼芯受到的拉應力，改善鋼芯斷絲現(xiàn)象：鋼絲繩、鋼芯捻距倍數(shù)6.3、6.0的匹配關系最佳，但具體效果還需要產(chǎn)品使用后驗證。
3改進措施和產(chǎn)品驗證
根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和鋼絲繩、鋼芯伸長率測定實驗分析的結(jié)果，認為導致鋼芯早期斷絲的主要原因是鋼絲繩的實際捻制參數(shù)與設計不符，特別是鋼芯的捻距變大后，鋼芯的伸長不能與鋼絲繩匹配。
3.1鋼芯捻距變化原因分析鋼絲繩捻制過程，其實就是將外股以螺旋狀纏繞于鋼芯上，而外股是沿著一定的角度（即鋼絲繩捻角）捻入，鋼芯在鋼絲繩中受到外股的擠壓，產(chǎn)生沿外股方向的摩擦力F。該力可分解為沿鋼芯運動方向的力F、和沿鋼芯徑向的力Fx，F(xiàn)、為鋼芯受到的軸向牽引力，F(xiàn)x使鋼芯產(chǎn)生沿徑向的轉(zhuǎn)動力矩，F(xiàn)x就是鋼芯轉(zhuǎn)動的動力來源。
鋼絲繩捻制過程中，鋼芯一端在放線架上，一端進入模子，相當于鋼芯兩端固定，在合攏口施加扭矩。由于捻制過程中鋼芯會受到轉(zhuǎn)動力矩的作用，當此力矩方向與鋼絲繩捻向一致時，鋼芯就會在模子口前（即鋼絲繩進入模子時）產(chǎn)生加捻，而出模子后（即鋼絲繩出模子事）產(chǎn)生松捻的現(xiàn)象，這是導致鋼芯捻距增大的主要原因之一。
3.2改進措施
3.2.1改進思路
由以上分析可知，鋼絲繩捻制時，鋼芯會發(fā)生轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動的方向和轉(zhuǎn)動量的大小是造成鋼芯捻距增大的主要原因。那么，要減小鋼芯捻距的增大量，可從減小鋼芯捻制轉(zhuǎn)動量的思路出發(fā)。一是減小扭矩M，可以通過適當減小鋼芯直徑的辦法來減少扭矩M：二是增大抗扭剛度Gl，此值與鋼芯材質(zhì)和結(jié)構(gòu)規(guī)格有關，可通過提高現(xiàn)有鋼芯結(jié)構(gòu)捻制質(zhì)量來實現(xiàn)。
3.2.2改進方法
根據(jù)本文分析結(jié)果并結(jié)合工藝參數(shù)設計要求，提出了三種改進方法：提高鋼芯捻制質(zhì)量、合繩時對鋼芯進行加捻方向翻身、調(diào)整鋼芯捻距進行補償。
根據(jù)這三種方法，對現(xiàn)場使用量較多的6股鋼絲繩的工藝參數(shù)進行了重新設計，將其鋼芯捻距倍數(shù)調(diào)整為
5.6倍，以滿足合繩后鋼芯捻距倍數(shù)6.0倍的設計要求，并依據(jù)新工藝參數(shù)加工產(chǎn)品。
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