钢丝绳技术

为什么选择
特种钢丝绳?

为什么选择
特种钢丝绳?

标准的钢丝绳通常不能满足许多用途的高要求。只有特种钢丝绳才能满足以下的较高要求,如钢丝绳的使用寿命、破断拉力、旋转稳定性、柔韧性、结构稳定性以及缠绕特性。正因如此,许多工程师、终端用户选择威路配的特种钢丝绳。

 

塑料填充层

威路配的许多产品在绳芯和外股间有一层塑料填充层。此中间填充层能够像弹性紧身衣一样稳定钢丝绳的结构并增加钢丝绳的使用寿命,尤其是在恶劣的工作环境下。中间的填充层能够防止水和灰尘的渗透,从而能够避免绳芯内部的锈蚀。这一保护层避免了钢丝与钢丝间的直接交叉接触,并防止由此引发的危害。(图29)

 

主要优势如下:

• 防止内部断丝
• 密封钢丝绳润滑油脂
• 阻止水,灰尘等的渗入
• 降低内部应力
• 改善钢丝绳的形态稳定性
• 吸收动态能量
• 降低噪音

破断拉力

威路配特种钢丝绳的设计旨在达到较高的破断拉力和更好的强度重量比。拉伸到公差范围内的高韧性绳钢丝经过捻股、合绳工艺,制造绳股间隙达到优化处理的钢丝绳。通过在钢丝绳结构中使用异形股和旋转锻造股,威路配的产品达到更高的填充系数。绳股的平行捻结构增加了金属横截面积。起重机设计者使用建议的D/d 比例,利用钢丝绳制造商提供的技术优势来降低卷筒和滑轮的尺寸。在起重机静态部件设计中,重量和材料成本的降低尤为明显。

➜ 破断拉力和应力释放器

目录中给出的最小破断拉力适用于两端固定的钢丝绳状态。使用应力释放器会导致非抗旋转特种钢丝绳的破断拉力明显降低。即使在正常负荷状态下钢丝绳不会马上断裂,但是钢丝绳中过载的钢丝会出现不同程度上的疲劳损伤。也会很快出现比如鸟笼现象等结构变化。因此,非抗旋转钢丝绳不应配合应力释放器使用。

弯曲疲劳以及钢丝绳寿命

威路配使用两台基于变革理念设计制造的全球最先进的弯曲疲劳试验机。安装钢丝绳样品到弯曲疲劳试验机,施加给定张力,钢丝绳在五个试验轮之间进行往复运动,直至钢丝绳中间部分出现断裂后停止。只有完成上述步骤后,方可对试验钢丝绳进行分析:在弯曲疲劳测试过程中,钢丝绳会在通过5 个滑轮的局部区域出现断裂;断裂处的左右两侧,则是只通过4 个滑轮而不是5 个滑轮的区域,不管弯曲疲劳断裂时的循环次数是多少,这部分区域的弯曲次数都是弯曲疲劳测试次数的80%。断裂处的左右两侧更远端的钢丝绳通过的滑轮数会递减3,2,1 和0。将这些区域的钢丝绳分段切割后进行分析,这部分区域的弯曲次数依次为钢丝绳弯曲疲劳寿命的60%,40%,20% 和0%。(图35)

每个分段区域状态的两个样品,其中之一用于判定钢丝绳外层断丝数量、直径与捻距的变化。然后,将这个样品拆开,从而也能判定外股下面的内层股、独立钢芯内外和单股里内层断丝的数量,以及独立钢芯、绳股的直径与捻距的变化。这样,这些不同区域的样品会显示在钢丝绳的整个使用寿命中,其外股断丝的出现与变化趋势,内部断丝的出现与变化趋势,在钢丝绳使用寿命的不同阶段,塑料填充层会如何变化?以及钢丝绳的哪一部分最先开始损坏?仅通过1次测试,就可获得这些测试结果来帮助威路配公司优化新钢丝绳的产品设计。在断裂钢丝绳另一侧进行80%,60%,40%,20%,0% 疲劳试验的样品会进行破断拉力试验。这样,威路配公司就能推断在这根钢丝绳使用过程中,出现断裂前其强度设计、弹性模量、伸长量变化。钢丝绳断丝数直至达到报废值都应该有与新绳一样或高于新绳的破断拉力。(图34)

图34 :样品钢丝绳断裂时的破断拉力(以% 表示)与新绳的最小破断拉力的百分比。钢丝绳断丝数直至达到报废值都应该有与新绳一样或高于新绳的破断拉力。

因为对不同操作部分有详细的分析,我们可以精确的评估在使用过程中出现外部断丝的情形。(图42)

图42 :可见断丝(实线)和不可见断丝(虚线)数量决定着钢丝绳的使用寿命。弯曲疲劳测试结束后,不同弯曲疲劳次数的钢丝绳部分显示出有着明显差异的断丝数量。

经拆股拆丝后,可根据断丝数量评估钢丝绳的使用寿命。(图43)Veropro 8 结构的可见断丝数量要多于内部断丝(不可见的)数量。

图43 :钢丝绳表面的可见断丝以及外部可见的内部断丝变化情况

图44 :钢丝绳在弯曲疲劳测试时直径的变化

图45 :钢丝绳芯在弯曲疲劳测试时的直径变化

通常,弯曲疲劳试验开始后直到钢丝绳或其中一股出现断裂时停止。可根据弯曲疲劳试验对应区段来精准评测钢丝绳的报废临界点。

这会出现所谓的“剩余使用寿命”(报废点出现后和断裂前的使用寿命)。(图46)

图46 :达到报废标准时和断裂时的弯曲周期数

图47 :达到报废标准时和断裂时的弯曲周期数(在相同负荷条件下的旋转钢丝绳)

图48 :达到报废标准时和断裂时的弯曲周期数(在相同负荷条件下的抗旋转钢丝绳)

➜ 使用钢制滑轮或塑料滑轮时钢丝绳的弯曲疲劳

钢丝绳的使用寿命很大程度上取决于滑轮的材质。与使用钢制滑轮相比,使用塑料滑轮时的弯曲疲劳寿命有明显的增加。但在达到报废标准但没有断裂时的钢丝绳,其剩余使用寿命相差不大,但在百分比上有很大程度的下降。为此,在使用塑料滑轮时,必须对钢丝绳进行特别仔细的检查。威路配建议,只有在钢丝绳上安装有磁感应无损检测设备或是多层缠绕时钢丝绳的主要损伤为外部损伤的情况下,才可以使用塑料滑轮。(图49)

➜ 镀锌和光面钢丝绳的弯曲疲劳

对比镀锌钢丝绳和光面钢丝绳的弯曲疲劳试验,直至达到ISO4309 标准规定的报废标准或直至钢丝绳断裂,镀锌钢丝绳通常会达到更多的弯曲循环次数。当钢丝绳不再使用润滑油时,镀锌层会体现更好的“应急操作功能”,并保护钢丝绳不受摩擦侵蚀的影响。(图50)

➜ 弯曲疲劳取决于绳槽的尺寸

根据ISO 4309 标准,滑轮的绳槽直径为大于钢丝绳公称直径的+5% ~ +10%。在使用期间,钢丝绳的直径会减小。随着直径缩小,钢丝绳会嵌入滑轮绳槽里,从而会减小绳槽的尺寸。因此,在安装钢丝绳的时候,应考虑到:滑轮的绳槽尺寸至少比实测钢丝绳直径大1%。如果绳槽的直径太大,那钢丝绳就不会再受到很好的支撑作用,同时钢丝绳的表面压力将会增大。因而,随着绳槽直径的增大,钢丝绳的使用寿命会逐渐缩短。如果绳槽的直径太小,钢丝绳将会受到挤压,其使用寿命也会大大缩短。

➜ 拉力对钢丝绳弯曲疲劳的影响

钢丝绳张力的大小对弯曲疲劳影响巨大。例如,某钢丝绳样品在2 吨的钢丝绳拉力下,其弯曲周期次数可以达到95 万次;然而在4 吨的钢丝绳拉力下,其弯曲周期次数却只有29 万次。(图52)

➜ 滑轮直径对钢丝绳弯曲疲劳的影响

滑轮直径和卷筒直径对钢丝绳的使用寿命有很大的影响。在之前示例中,钢丝绳穿过直径为800 毫米的滑轮时,其弯曲周期次数可达200万次以上。而当滑轮直径缩小一半至400 毫米时,其弯曲周期次数降至29 万次。(图53)

变形特性

在许多应用中,正确了解钢丝绳变形特征是至关重要的。威路配进行了许多强化测试,对产品的弹性模量(纵向和横向),弹性形变和塑性形变以及直径缩小等方面进行了调查研究。钢丝绳的诸多技术参数可以通过运用负载与伸长量关系图确定。(图54)威路配通过分步加载/ 卸载负荷,采集钢丝绳在加载时的伸长量及卸载后伸长量变化。负载与伸长量曲线上直线段的斜率为弹性模量。与此同时,还能测定不同负荷下直径的缩小程度。为了能够测量断裂时的破断拉力和伸长量,钢丝绳要持续加载直至断裂。

➜ 弹性模量

同一种结构的钢丝绳的弹性模量会有轻微差别,这与钢丝绳直径、捻向(同向捻或交互捻)和钢丝的抗拉强度有关。(图55)通常,钢丝绳的弹性模量会随着钢丝绳的使用时间而增加。

➜ 延伸率

对于活动绳,尤其是吊索,准确了解在负载状态下的延伸率和卸载状态下伸长余量是很重要的。威路配在长期长度测试中,对其所有产品的相关数值进行了精确的测量。这里,你会找到威路配钢丝绳典型结构的数据。此外,如若需要,我们乐意为你提供威路配其他钢丝绳结构的数据供你参考。

➜ 直径的减小

在负载状态下,钢丝绳会被拉长,变细。直径的缩小会显著影响钢丝绳在多层缠绕时的表现。威路配已经测量了所有产品的直径减小量。此外,如若需要,我们乐意为你提供测定的数值。

➜ 负载和空载时的径向稳定性

多层缠绕时,钢丝绳除了承受张力和弯曲载荷,还另外承受巨大的横(径)向负载。为了承受这些负荷和避免因缠绕引发问题,必须提高钢丝绳的径向稳定性。钢丝绳的径向稳定性也影响着卷筒的变形特性。

➜ 负载状态下的测量

在负载状态下的横向弹性模量确定的情况下,可以测定在不同的拉伸载荷和横向负载时的钢丝绳的变形性能。(图62)。威路配已经测定了其所有产品的横向弹性模量,如有需要,我们很乐意给设计者提供这些数据。

旋转特性

为了评估钢丝绳的旋转特性,就需要测量其扭矩和旋转角度。为了测量旋转角度,会在钢丝绳的尾部安装一个可自由旋转的应力释放器。在测试过程中,随着负载的不同,我们可以测定钢丝绳的旋转情况。通常情况下,旋转以每1000 x 钢丝绳直径的度数为单位来计算。为了测量钢丝绳的扭矩,钢丝绳的两端都要采取保护措施,防止扭转。给钢丝绳施加不同的载荷,使钢丝绳的端连接有扭转的趋势,此时在钢丝绳的一端,可以测定其相应地扭矩。

柔韧性

柔韧性是衡量钢丝绳按给定直径弯曲的难易程度。像其他诸多要素一样,钢丝绳的柔韧性受拉力大小的影响。可通过钢丝绳因自重而产生的下垂量来测定钢丝绳柔韧性。图67 显示出不同自由长度(以钢丝绳的倍数来表示)的钢丝绳的最大下垂量。负载时钢丝绳的柔韧性可由钢丝绳通过滑轮时的有效系数来测定。

有效系数

图68 表示在不同拉力下钢丝绳的有效系数典型变化曲线图。在许多特定标准中表明:使用滚柱轴承的钢丝绳缠绕系统应当采用有效系数为0.98 来计算,该值已在图68 中标识出来。
然而,钢丝绳缠绕系统的设计者需要用在高张力下钢丝绳的有效系数(图中B 区,其有效系数高于0.98)来计算所需的驱动力。为测定带吊钩滑轮(组)空载状态下的最小重量,设计者需要在相对较低的张力下的有效系数(图中A 区,其有效系数明显高于0.98)。为了让设计者能够更好地进行设计,威路配公司为其产品精准地测定了在低张力状态和高张力状态下的有效系数。(图69 & 70)

作为领先的特种钢丝绳制造商,威路配已经测定了其产品在使用寿命期间的有效系数。通常情况下,钢丝绳的有效系数会在使用寿命初期逐渐提高,然后逐渐下降直至在报废时降到初始值。图71 是一个典型示例。在重载时,直径比D/d>=20 的威路配特种钢丝绳的有效系数明确高于0.99。因此,安装了威路配特种钢丝绳的经GL 认证的起重机,其钢丝绳的有效系数为0.99。更多详细内容请联系我们。