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钢丝绳(steel wirerope)

以若干根具有一定断面形状和直径的钢丝,按一定规则捻制而成的螺旋状钢丝束。钢丝绳属线材(即盘条)深加工的产品,在钢丝制品中占有较大比重。

起源、发展和现状在钢丝生产出现之前使用的是麻绳和铁链,后来被由有机纤维与金属链条搓成的抗拉强度低的绳索所代替。随着金属矿和煤炭开采及运输业中升降与卷扬机械的发展,上述绳索已不能满足要求,开始被金属丝捻搓的钢索所取代。1834年德国人奥尔勃特W.A.Albert)在矿山开采的提升设备上使用手工捻制的钢丝绳。从此,钢丝绳的生产及应用得到迅速发展。最初的钢丝绳为三股,每股仅有4根钢丝,形状和麻绳相似。在1870年以前制绳用的是抗拉强度较低的低碳钢丝。随着生产的发展,钢丝绳逐渐采用含碳量较高的钢丝制造。以后,钢丝生产中发明了索氏体化处理工艺,能获得弥散度很高的均匀索氏体组织,不仅能恢复拉拔后钢丝的塑性,且使制绳钢丝具有高的抗拉强度和韧性,使高强度钢丝绳出现。由于使用要求的不断提高,供起重、电铲、立井等重要用途的钢丝绳已采用抗拉强度较高(例如2000MPa)的钢丝制造。某些特殊工业部门所使用的钢丝绳甚至用抗拉强度达2900~3000MPa的钢丝捻制。在钢丝绳结构方面,逐渐由粗丝且丝数不多、绳股较少的钢绳结构发展为细丝、丝数较多、多股钢丝绳,如由点接触钢丝绳发展成线接触钢丝绳、面接触钢丝绳;由普通圆股钢丝绳发展成异形股钢丝绳、密封钢丝绳、多层股钢丝绳等等。随着钢丝绳结构的改进和发展,捻股和合绳生产技术相应获得发展,相继也出现了不旋转钢丝绳和不松散钢丝绳等等。

巨型和微型钢丝绳也有了发展,已能生产直径为305mm的钢丝绳,其连续长度折合重量达200t,破断拉力可达64kN。最细的微细钢丝绳中丝径可小至0.02mm,在特殊捻绳机上捻制,主要用在仪表、医疗器械、电子通讯设备、打印机、机器人和机械手的部件,如直径0.14mm、结构7%26times;7的钢丝绳,每米重量仅0.087g,破断拉力仅12N。将巨型钢丝绳与最细的微细钢丝绳比较,前者单重为后者单重的450万倍,而破断拉力约为530万倍。这是冶金产品中最独特的现象。

19世纪40年代第一批钢丝绳生产设备问世,至19世纪70年代基本结束了手工制造钢丝绳的历史。经研制改进和不断发展,钢丝绳捻制设备有筐篮式、雪茄式、跳绳式、双捻式、四捻式等捻股、合绳机。捻股机和合绳机的主要发展方向是高效化。目前值得注意的新技术及装备有:(1)捻制设备前后增设绳股预变形器和后变形器(见变形器);(2)采用自动打轴和装轴设施;(3)采用空气膜轴承;(4)采用无轴工字轮,气动拴针固定轴心;(5)采用液压联轴器等柔性节连接;(6)采用%26ldquo;跳绳式%26rdquo;捻股机(见捻股机),取消筒体,提高转速达2000~9000r/m;(7)采用体外穿线;(8)降低工字轮出线角度,降低钢丝引进时的阻力(9)设备上装有断线和工字轮内线走完后的自动停车装置;(10)采用无级调速;(11)从钢丝绳结构设计到捻股、合绳生产实现计算机离线模拟及在线管理和控制技术等。

中国在20世纪30年代建立起近代钢丝工业,但是,长期以来钢丝绳产量却很少。1949年前后只有少数几家钢丝绳厂。中华人民共和国建立后中国钢丝绳生产才有了很大的发展。到90年代,中国钢丝绳产品不仅从数量上基本做到自给,品种结构也从原来10多个发展到上百个品种,近干个规格。迄今已有不少品种在提升吨位或使用寿命方面具备国际同类产品的质量水平,有些产品已进入国际市场,且不断扩大。

结构钢丝绳是由钢丝围绕股芯呈螺旋状排列捻制成绳股(见捻股),再由绳股围绕绳芯呈螺旋状排列捻制而成的(见合绳)。钢丝绳的组成包括钢丝、股芯、绳股和绳芯(图1)。

(1)钢丝。根据钢丝绳的结构,选用符合要求的制绳专用钢丝。制绳用钢丝除圆形外还有异形钢丝(轨形、梯形、三角形、z形);制绳钢丝常按公称抗拉强度(一般在1.400~1900MPa之间)分成若干等级。

(2)绳股。用制绳钢丝捻制而成,由外层钢丝和中心股芯构成,是钢丝绳的基本元件。

(3)绳芯和股芯。位于钢丝绳或绳股中心,起支撑和缓冲作用。有纤维芯和金属芯。纤维芯由优质天然或合成纤维充当。金属芯由钢丝或专门捻制的钢丝绳充当。

分类钢丝绳按断面形状有圆形钢丝绳、方形钢丝绳(编织钢丝绳)和扁钢丝绳。应用最广泛的是圆形钢丝绳。

钢丝绳按基本结构分,有单捻,双捻和三捻钢丝绳(图2)。

单捻钢丝绳是只有一股的钢丝绳,也叫单股钢丝绳,有普通单股钢丝绳、半密封钢丝绳和密封钢丝绳。它们是以圆形钢丝为中心,周围螺旋状缠绕着一层或多层圆钢丝或外层由异形钢丝捻制而成的钢丝绳。双捻钢丝绳是由一层或多层股绕着一根绳芯呈螺旋状捻制而成的单层多股或多层股钢丝绳。以双捻钢丝绳为股再行捻制的钢丝绳称为三捻钢丝绳,也叫钢缆。

按绳股断面形状分有圆形股和异形股钢丝绳。各层制绳钢丝按同心圆捻制的、绳股断面为圆形的是圆股钢丝绳,它可用等径或不等径的圆形钢丝或异形钢丝制成。绳股断面不呈圆形的钢丝绳为异形股钢丝绳,常见有三角股、椭圆股、扁股和扇形股等。

钢丝绳按股内各层钢丝接触状态分,有点接触钢丝绳、线接触钢丝绳、面接触钢丝绳。线接触钢丝绳的性能优于点接触钢丝绳,而面接触钢丝绳性能又优于线接触钢丝绳。

钢丝绳按绳股数分,有单股、3股、4股、6股、8股、18股及34股等钢丝绳。其中3股、4股、6股、8股钢丝绳由一层绳股组成;后两种分别由二层或三层绳股捻成,称多(层)股钢丝绳。多股钢丝绳使用时具有较好的不旋转性能,属于不旋转钢丝绳,也叫微旋转钢丝绳。

钢丝绳按钢丝表面分,有光面钢丝绳和镀层钢丝绳。钢丝镀层在一般钢丝绳中最广泛应用的是镀锌(见镀锌钢丝绳)。根据不同用途还有镀铜、镀铝、涂塑(见涂塑钢丝绳)等。

钢丝绳按直径分,有细直径钢丝绳,指直径小于8.0mm的钢丝绳;粗直径钢丝绳,指直径大于60.0mm的钢丝绳;普通直径钢丝绳,指直径8.0~60.0mm的钢丝绳。

钢丝绳按用途分,有一般用途钢丝绳,即机械、建筑、林业、矿山、钻井用圆股钢丝绳,有特殊用途钢丝绳,其中包括电梯钢丝绳、航空钢丝绳、架空索道及缆车用钢丝绳、起重用钢丝绳、渔业用钢丝绳、预应力混凝土钢绞线(见钢绞线)、橡胶制品中轮胎钢丝帘线、胶带钢丝绳;海洋捕捞业中,将一般镀锌钢丝绳外面再包上白棕或合成纤维的包棕钢丝绳(亦称白棕夹钢丝、夹棕绳);深海探测用镀锌阶梯式钢丝绳;水下切割用空心道管钢丝绳;锯石用钢丝绳;以及性能特别柔软、操作方便,具有良好缓冲性能的系船用弹性钢丝绳;在精密仪器、仪表及医疗器材中牵引传动用不锈钢丝绳和微型仪表用钢丝绳等等。

钢丝绳按使用特性分,有支持、承载、牵引、系扎、提升用钢丝绳。

特点(1)抗拉强度高,能承受较大的、振动的载荷;(2)能在高速运动条件下工作,运转稳定;(3)自重较轻,便于使用及运输;(4)较柔软,可挠性好,能适应捆扎、卷扬、缠绕、拉曳等多方面工作;(5)耐磨性、耐蚀性能及安全性能较好。迄今为止没有其他更理想的机件可取代钢丝绳。

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