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對特殊結(jié)構(gòu)平行捻密實鋼絲繩特性的認識

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2022-06-11 15:43

信息摘要：

1問題提出 GB/T 8706-2006/ISO17893：2004]給出平行捻密實鋼絲繩定義為至少由兩層平行捻股圍繞一個芯螺旋捻制而成的多股鋼絲繩，這種解釋值得商榷，筆者認為正確的說法應是至少由兩層股

1問題提出

GB/T 8706-2006/ISO17893：2004]給出平行捻密實鋼絲繩定義為“至少由兩層平行捻股圍繞一個芯螺旋捻制而成的多股鋼絲繩”，這種解釋值得商榷，筆者認為正確的說法應是至少由兩層股圍繞一個螺旋芯平行捻制而成的多股鋼絲繩，并不是至少有兩層平行捻股，因為若按術語規(guī)定，則8×7-

PWRC類鋼絲繩、9×7-PWRC類鋼絲繩就不能出現(xiàn)在其給出的表7中，因為這2類鋼絲繩外層股是單層鋼絲股，而單層鋼絲股不屬平行捻股。平行捻密實鋼絲繩最為顯著的特點是破斷拉力高、結(jié)構(gòu)伸長小，如果把鋼絲繩看成股，把股看成鋼絲，則其基本形式有兩魯式、填充式和瓦林吞式，如意大利瑞得利（REDEALLI）圖1、圖2鋼絲繩，德國佩松（PYTHON）圖3鋼絲繩，凱撒（CASAR）圖4、圖5、圖6鋼絲繩，迪帕（DIEPA）圖7、圖8、圖9、圖10鋼絲繩，英國波萊頓（BRIDON）圖11鋼絲繩和美國聯(lián)合鋼絲繩（UNIONROPE）圖12鋼絲繩都是平行捻密實鋼絲繩，其中圖3、圖10、圖11、圖12為壓實平行捻密實鋼絲繩，且圖3、圖10鋼絲繩由壓實股組成，即所謂的雙壓實工藝鋼絲繩。目前還沒有見到由3種基本形式中的2種或3種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組合捻結(jié)構(gòu)。注意，圖3鋼絲繩雖然由3層股組成，但外層與次外層、次外層與內(nèi)層構(gòu)成結(jié)構(gòu)均為西魯式。筆者注意到瑞得利在展示其生產(chǎn)高科技起重機鋼絲繩（Multistrand Hi-Tech Crane Ropes）相關資料中，出現(xiàn)了圖13、圖14結(jié)構(gòu)不規(guī)范的平行捻密實鋼絲繩，其有何特點？在此進行探討。

2問題研究

2.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)特點2.1.1屬非標結(jié)構(gòu)

在圖1~圖14鋼絲繩中，圖6、圖9、圖11、圖12鋼絲繩，由于其外層由2種結(jié)構(gòu)、2種直徑股組成，無法按文獻[1]進行歸類，也就無法進行結(jié)構(gòu)標記，但其股在繩中的排列完全符合瓦林吞結(jié)構(gòu)特征，而對圖13、圖l4股在繩中具有相同捻距的鋼絲繩，不僅存在無法規(guī)范標記問題，同時股在繩中排列既不是西魯式、填充式，也不是瓦林吞式，暫時將其看成是與瓦林吞相近結(jié)構(gòu)。如果將圖13、圖14鋼絲繩看成股，將股看成鋼絲，從不同層鋼絲在股中具有相同捻距的角度看，該結(jié)構(gòu)屬平行捻股無疑，但這種由2層鋼絲組成的平行捻股又不符合標準形式的平行捻股。盡管看似瓦林吞，但與瓦林吞式股明顯不同，因為瓦林吞股外層鋼絲雖也由2種規(guī)格鋼絲組成，但每種規(guī)格鋼絲數(shù)目相等，而圖13、圖14鋼絲繩盡管外層股也有2種規(guī)格，但股數(shù)比為1：2，這種像瓦林吞結(jié)構(gòu)的鋼絲繩應屬非標結(jié)構(gòu)的平行捻密實鋼絲繩。

2.1.2適合小規(guī)格鋼絲繩生產(chǎn)在我國標準2-1中，有一種在國外標準、企業(yè)資料很少看到，且生產(chǎn)及應用也不多的股為3-3+3結(jié)構(gòu)的6股鋼絲繩，雖然文獻[2-5]將其歸屬6×7類結(jié)構(gòu)，按照文獻[1]規(guī)定，這種歸類的正確性值得商椎，因為后者規(guī)定鋼絲繩股是單層鋼絲股，即股只包含1層鋼絲，但3-3+3股包含2層鋼絲。對這種并不多見的結(jié)構(gòu)，文獻[6]還對其參數(shù)設計進行了研究。3-3+3股，從股中鋼絲排列規(guī)律看，應屬瓦林吞結(jié)構(gòu)，但對其無法按照文獻[1]進行歸類，其根本原因是組股鋼絲根數(shù)少，如果內(nèi)層鋼絲數(shù)≥4根，則不存在無法歸類問題，如1-4-4+4，1-5-5+5均可歸為“19絲平行捻股”，而1-6-6+6，1-7-7+7又是常見瓦林吞結(jié)構(gòu)。在3-3+3股中，內(nèi)層有3根鋼絲，中心鋼絲直徑過小，其有無對股結(jié)構(gòu)及其性能影響已無關緊要，故將其省略，也就是說該股其實與1-3-3+3股并不存在明顯的差別。文獻[1]之2.6.2.1“注：由三個或四個股組成的多股鋼絲繩可能有也可能沒有繩芯”，也正是基于當鋼絲繩由3根或4根股組成時，繩芯尺寸因為小以至于可以省略，當然使用繩芯也并非標準不許可。考慮到圖13、圖14鋼絲繩內(nèi)層只有3根股，為方便說明問題，在此將鋼絲繩視為股，暫且將其標記為3-3+3×2。假設股外層鋼絲直徑取1.0000

mm（同層由不同直徑鋼絲組成時取其最大規(guī)格）和股直徑取10.0000mm，通過SolidWorks繪圖求得鋼絲處于非捻制狀態(tài)時圖15、圖16、圖17、圖18不同股及其不同位置鋼絲直徑，相應數(shù)據(jù)見表1、表2。

從表1、表2數(shù)據(jù)看出，對西魯式、填充式和瓦林吞式3種股，只要內(nèi)層鋼絲為3根（注：同層鋼絲為3根也應是組股同層鋼絲最少根數(shù)），那么，組股鋼絲直徑差很大，如對3-3，3-3+3，3-3F-6不同股，組股鋼絲直徑最大比值依次約為9.90，1.98，

3.45。注意，在填充式結(jié)構(gòu)中，填充鋼絲直徑雖小，但因為關乎股結(jié)構(gòu)完整性而絕對不可缺少。很顯然，采用這樣結(jié)構(gòu)會帶來以下問題：（1）組股個別規(guī)格直徑過小或過大而增加鋼絲生產(chǎn)難度；（2）鋼絲直徑過小會降低其耐磨性；（3）組股鋼絲直徑差異過大導致鋼絲疲勞性能的一致性較差；（4）鋼絲直徑差異大，因捻股鋼絲張力均勻性調(diào)整困難會影響捻制質(zhì)量。也正因為如此，基本不采用3-3，

3-3F-6股，即使尺寸均勻性相對較好的3-3+3結(jié)構(gòu)也很少使用，這種結(jié)論同樣適合于對平行捻密實鋼絲繩的結(jié)構(gòu)分析。

根據(jù)上述分析，當平行捻密實鋼絲繩采用內(nèi)層3根股的西魯式、填充式和瓦林吞式時，在鋼絲繩直徑較小時不僅生產(chǎn)難度大，而且結(jié)構(gòu)也不盡合理。

而在3-3+3×2結(jié)構(gòu)中，組股鋼絲直徑最大比值約為1.44，該值顯示了組股鋼絲尺寸均勻性在4種結(jié)構(gòu)中最好，所以，圖13、圖14這種看似瓦林吞結(jié)構(gòu)可又不符合標準瓦林吞結(jié)構(gòu)的平行捻密實鋼絲繩，組繩股直徑既不會過大，也不會過小，有利于組織生產(chǎn)和鋼絲繩疲勞性能的提高，該結(jié)構(gòu)可以看成是對標準瓦林吞結(jié)構(gòu)的繼承和發(fā)展，仍然保持著平行捻密實鋼絲繩破斷拉力高的結(jié)構(gòu)特點。

圖11、圖12平行捻密實鋼絲繩組繩股數(shù)少、組股尺寸均勻性也較差，從目前資料看，其用途也比較特殊，很少看到應用實例，

2.2性能特點

2.2.1與企業(yè)自產(chǎn)的平行捻密實鋼絲繩性能對比瑞得利產(chǎn)品樣本中正常平行捻密實鋼絲繩為外層繩股數(shù)為9根的西魯式，且采用2層股組繩，佩松也有采用外層繩股數(shù)為9根的西魯式結(jié)構(gòu)，但組繩股數(shù)為3層。瑞得利給出圖1、圖2、圖13、圖14結(jié)構(gòu)部分規(guī)格鋼絲繩最小破斷拉力與近似線質(zhì)量，見表3。

從表3得出：圖13與圖1鋼絲繩相比，前者最小破斷拉力、近似質(zhì)量與后者比值依次為1.024-

1.028，0.943~0.950，而圖14與圖2鋼絲繩相比，相應數(shù)值依次為1.053-1.060，0.976-1.000。相同直徑2160MPa級鋼絲繩與Extra級（即EIP）鋼絲繩最小破斷拉力比較接近，單位長度近似質(zhì)量相差不大。也就是說，圖13、圖14雖為非標結(jié)構(gòu)的平行捻密實鋼絲繩，但與外層由9根股組成的平行捻密實鋼絲繩一樣，仍然具有高的破斷拉力，數(shù)據(jù)的一致性顯示其作為平行捻密實鋼絲繩是可行的，非標結(jié)構(gòu)特征沒有影響平行捻密實鋼絲繩的固有特性。

當然在表3中，由于鋼絲繩級別有的采用鋼級的概念，有的采用抗拉強度數(shù)值的概念，而鋼級與抗拉強度數(shù)值又不存在嚴格的對應關系，所以這里認為圖13鋼絲繩與圖1鋼絲繩、圖14鋼絲繩與圖2鋼絲繩具有共同的性能，主要是基于對鋼絲繩最小破斷拉力的比較。值得說明的是.圖13、圖l4鋼絲繩破斷拉力稍高可能與級別較高有一定關系，因為ANSI/API9A-20041之表1“2160MPa級鋼絲繩鋼絲抗拉強度級為1960-2160MPa（或級別4-級別5），而EIP級鋼絲繩鋼絲抗拉強度級為1770～

2160MPa（或級別3~級別5）”，據(jù)組股鋼絲抗拉強度級別高低推斷，2160MPa強度級應稍高于Exta級，不過這種差異不影響對問題分析的結(jié)果。

2.2.2與其他企業(yè)平行捻密實結(jié)構(gòu)鋼絲繩性能相比凱撒給出圖4、圖5鋼絲繩，迪帕給出圖7、圖8鋼絲繩最小破斷拉力與近似質(zhì)量，將其與圖13、圖14鋼絲繩相應參數(shù)一并列入表4、表5（注：圖6、圖9鋼絲繩規(guī)格不在圖13、圖14鋼絲繩規(guī)格之列，且前者直徑大于后者）。

根據(jù)表3、表4與表5數(shù)據(jù)計算得出：圖13與圖4鋼絲繩、圖14與圖5鋼絲繩、圖13與圖7鋼絲繩、圖14與圖8鋼絲繩相比，前者最小破斷拉力（近似質(zhì)量）與后者比值依次為1.021~1.081（0.986~

1.042），1.058~1.066（1.027~l.046），1.059~

1.105（0.916~0.957），1.038~1.064（0.960~

1.014）。計算結(jié)果也顯示了與2.2.1相似的結(jié)論；圖13、圖14鋼絲繩結(jié)構(gòu)的非標特征沒有影響平行捻密實鋼絲繩的關鍵指標——最小破斷拉力，其最小破斷拉力與常見外股為8根的填充式平行捻密實鋼絲繩基本一致。

至于平行捻密實鋼絲繩，有企業(yè)推薦西魯式，有企業(yè)推薦填充式，有企業(yè)推薦瓦林吞式，除了與鋼絲繩結(jié)構(gòu)本身存在差異和適應使用條件有關外，可能也與企業(yè)對鋼絲繩結(jié)構(gòu)特性認識及生產(chǎn)習慣有關。如港口集裝箱起重機、卸船機，雖然普遍使用6股鋼絲繩，8股鋼絲繩也被許多生產(chǎn)技術強勢企業(yè)推薦，但美國鋼繩公司（WRCA）推薦的卻是很少看到的7股鋼絲繩，并且這種鋼絲繩同樣被列入ASTM Al023/Al023M-07，而瑞得利在不同場合更是推薦不多見的9股鋼絲繩（注：該企業(yè)祖直徑鋼絲繩也習慣選擇9股結(jié)構(gòu)，如已投入使用Spin9鋼絲繩，不僅公稱直徑達到了119mm，而且單根長度也達到了2700m）。當然，由于各企業(yè)鋼絲生產(chǎn)實際水平、鋼絲繩結(jié)構(gòu)參數(shù)設計水平和對鋼絲繩直徑實際控制水平存在一定的差異，因此對相同結(jié)構(gòu)類別、公稱直徑、級別鋼絲繩，其給出鋼絲繩近似質(zhì)量與最小破斷拉力不可能完全一致，但十分接近。圖13、圖14鋼絲繩與外層股數(shù)為9根的西魯式平行捻密實鋼絲繩、外層繩股數(shù)為8根的填充式平行捻密實鋼絲繩一樣具有相近似的最小破斷拉力，顯示了其作為平行捻密實鋼絲繩存在的價值。

3結(jié)語

我國鋼絲繩標準將由3-3+3股組成的6股鋼絲繩劃歸6×7類結(jié)構(gòu)，但因為組股有2層鋼絲，這種劃歸其實是不正確的。平行捻密實鋼絲繩基本形式有西魯式、填充式和瓦林吞式，筆者尚未見由其2種或3種基本形式的復合結(jié)構(gòu)，瑞得利Met W，Met WK鋼絲繩由于組繩股在鋼絲繩中具有相同捻距，也應視為平行捻密實結(jié)構(gòu)，可看成是在標準瓦林吞式結(jié)構(gòu)基礎上的創(chuàng)新，由于組繩股直徑均勻性相對內(nèi)層繩股為3根西魯式、填充式和瓦林吞結(jié)構(gòu)要好，所以，更加適合小規(guī)格平行捻密實鋼絲繩生產(chǎn)，并能提高其疲勞性能，從鋼絲繩最小破斷拉力與近似線質(zhì)量看，其與外層為9根股的西魯式平行捻密實鋼絲繩、外層為8根股的填充式平行捻密實鋼絲繩相當。對外層股直徑、結(jié)構(gòu)相同的西魯式、填充式密實鋼絲繩，包括對其進行壓實，按照目前標準可以進行結(jié)構(gòu)標記，如將圖3、圖5鋼絲繩依次標記為K19×K19S-PWRC[9x

7-PWRC（9×7-1×7）]，8xK26WS-PWRC（4×17S+F4×K7-1×7），而對外層由不同直徑、不同結(jié)構(gòu)股或相同結(jié)構(gòu)股組成的平行捻密實鋼絲繩，標準沒有規(guī)范其結(jié)構(gòu)標記方法，而圖6、圖14鋼絲繩是否依次可標記為5xK31WS+5xK26WS-

5×K26WS-1×17S，3×K19S+3×2×K7-3x K19S，需要進一步研究，畢竟其也是具有使用價值的平行捻密實鋼絲繩。

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