【正文】 第一章 鋼絲繩基礎(chǔ)及生產(chǎn)一、概念 鋼絲繩：是由多根鋼絲按照一定的規(guī)則捻制而成的繩索。由制繩鋼絲、繩芯和繩用油脂組成。 鋼絲：由原料（盤(pán)條）經(jīng)冷拉（或軋制）形成具有一定尺寸（圓形或異形）線材。按表面狀態(tài)分光面及鍍鋅；按形狀分圓形和異形（Z形、T型）。 股（股繩或繩股）：是由鋼絲按照一定的規(guī)則捻制而成的螺旋狀結(jié)構(gòu)，是構(gòu)成鋼絲繩基本單元。 繩芯：構(gòu)成鋼絲繩中心部分，分金屬芯（鋼絲繩繩芯IWR、股繩芯IWS）和纖維芯FC（合成纖維SF、天然纖維NF）；作用主要是起支撐和減少股間壓力，另外纖維繩芯還起潤(rùn)滑、防腐和儲(chǔ)油的作用。 油脂：對(duì)鋼絲繩起防腐保護(hù)作用，有麻芯脂和表面脂（還有起增加摩擦的增摩油脂）。 鋼絲繩最小破斷拉力：由理論計(jì)算獲得的鋼絲繩的破斷拉力。 計(jì)算公式：F=k/*D2* R0/1000 F——鋼絲繩最小破斷拉力（kN） R0——鋼絲繩中鋼絲公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度（N/mm2） D——鋼絲繩公稱(chēng)直徑（mm） k/—鋼絲繩中最小破斷拉力系數(shù) 實(shí)測(cè)鋼絲繩破斷拉力：通過(guò)試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得鋼絲繩的破斷拉力。 鋼絲繩中最小鋼絲破斷拉力總和（鋼絲計(jì)算破斷拉力）：由理論計(jì)算獲得各鋼絲破斷拉力之和。計(jì)算公式：FN=R0*SN FN——鋼繩中鋼絲破斷拉力總和（kN） R0——鋼繩中鋼絲公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度（N/mm2） SN——鋼繩中鋼絲總橫截面積（mm2） 鋼絲繩中實(shí)測(cè)鋼絲破斷拉力總和（鋼絲實(shí)測(cè)破斷拉力）：通過(guò)試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得各鋼絲破斷拉力之和。鋼絲繩的重量：由鋼絲、纖維繩芯和油脂重量構(gòu)成。計(jì)算公式：M=k*D2 M—某一結(jié)構(gòu)鋼絲繩百米重量（kg/100m） D—鋼絲繩公稱(chēng)直徑（mm） k—某一結(jié)構(gòu)鋼絲繩重量系數(shù)（kg/（））二、鋼絲繩的基本結(jié)構(gòu) 鋼絲繩的基本結(jié)構(gòu) 單股繩：?jiǎn)喂射摻z繩由一層或多層圓形或異形鋼絲圍繞一根主芯或主鋼絲螺旋地捻制而成。當(dāng)鋼絲繩需要具有抗旋轉(zhuǎn)性能時(shí)，鋼絲的各層以相反方向捻制。單股鋼絲繩結(jié)構(gòu)有：1111316121119S等和煤礦工業(yè)中使用的代表性的密封鋼絲繩。圖1 13 17 119 137 全密封鋼絲繩 半密封鋼絲繩 全密封鋼絲繩圖示1 鋼絲繩：用幾股圍繞一個(gè)鋼繩芯（或纖維繩芯）螺旋地捻制而成。捻制鋼絲繩的股繩是多種多樣的，可以是圓形的、三角形或異形的，股的結(jié)構(gòu)取決于所要求的抗疲勞（或磨損性）。鋼絲繩結(jié)構(gòu)有：67+Fc（IWR、IWS）、619+Fc（IWR、IWS）、637+Fc（IWR、IWS）、619S+Fc（IWR、IWS）、625Fi+Fc（IWR、IWS）、636SW+Fc（IWR、IWS）、649SWS+Fc（IWR、IWS）、多股鋼絲繩187+Fc 、1819+Fc、347+Fc、 367+ Fc、6V21+Fc、6V19+Fc（IWR）、6V30+Fc（IWR）、6V36V37+Fc、6V37S+Fc（IWR）IWR）等，圖示2圓股 66+Fc 67+Fc 615S+Fc 619S+Fc 636Fi+IWR 641SW+Fc 619W+Fc 625Fi+Fc 626SW+Fc 629Fi+Fc 631SW+Fc 636SW+ Fc 637+ Fc多股鋼絲繩 177+Fc 187+Fc 347+Fc 367+Fc 三角股 6V34+Fc 6V34+IWR 6V37+Fc 6V37+IWR 6V24+Fc 6V21+Fc 6V43+Fc 6V43+IWR四股鋼絲繩 4V39S+5Fc 4V48S+5Fc圖示2 鋼纜繩（三捻鋼絲繩）：是由鋼絲繩圍繞繩芯螺旋地捻制而成， 代表結(jié)構(gòu)有：66 6619S、 6649SWS 圖示3 667 圖示3 鋼絲繩的捻制特性 鋼絲繩中股的基本結(jié)構(gòu) a 點(diǎn)接觸股 b 線接觸股 c面接觸股 圖3 點(diǎn)接觸：股中各層鋼絲為非平行捻制，層與層之間的鋼絲呈點(diǎn)狀接觸。除中心鋼絲外，所有鋼絲直徑一樣。圖3a。點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)股缺點(diǎn)是鋼絲繩承受負(fù)荷時(shí)，鋼絲之間的接觸應(yīng)力大必然影響鋼絲繩的使用壽命。 線接觸（平行捻）：鋼絲繩股中所有鋼絲具有相同的捻距（平行捻制），同一層及層與層之間的鋼絲緊密相貼，以線狀方式接觸。圖3b。平行捻鋼絲繩在使用中可避免變形、內(nèi)部磨損以及由于點(diǎn)接觸鋼絲繩中各鋼絲接觸點(diǎn)產(chǎn)生的二次彎曲應(yīng)力。線接觸鋼絲繩承受力時(shí)，鋼絲之間的接觸應(yīng)力相對(duì)于點(diǎn)接觸鋼絲繩要小得多，因此線接觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩使用壽命要長(zhǎng)，一般是點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的1~2倍。線接觸股的基本結(jié)構(gòu)有3種：西魯式（S）、瓦林吞式（W）、填充式（Fi）。由這三種結(jié)構(gòu)互相組合，可形成多種復(fù)合型線接觸結(jié)構(gòu)。如西魯—瓦林吞式（SW）、西魯—填充式（SFi）、西魯—瓦林吞—西魯式（SWS）等等。 面接觸（壓實(shí)股鋼絲繩）：鋼絲繩在捻股時(shí)，股繩經(jīng)過(guò)模具拉制，股的直徑變小，股表面變得平滑，鋼絲之間的接觸線變平。股中每一層鋼絲及層與層之間的鋼絲都以螺旋面互相接觸，它是以線接觸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的。與普通股鋼絲繩相比，由壓實(shí)股捻制而成的鋼絲繩有較高的破斷拉力，柔韌性更好；壓實(shí)股使鋼絲繩與滑輪能更好地接觸；而且，由于外層鋼絲很大的金屬面積，使得壓實(shí)股更耐磨和耐腐蝕。當(dāng)在多層卷取卷筒上使用鋼絲繩時(shí)，壓實(shí)股平滑的表面確保不會(huì)發(fā)生相鄰的股由于相互摩擦而造成鋼絲繩劃傷或損壞現(xiàn)象，這個(gè)特點(diǎn)使壓實(shí)股鋼絲繩更適合于多層卷取的應(yīng)用場(chǎng)合。面接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩在承受力時(shí)，由于鋼絲之間的接觸面積大，其應(yīng)力相對(duì)于線接觸鋼絲繩還要小得多，因此面接觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩使用壽命還要長(zhǎng)，一般是點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的2~3倍。圖3c。 特殊結(jié)構(gòu)的鋼絲繩 a 三角股 b 密封鋼絲繩 c 涂塑鋼絲繩 圖4 三角股結(jié)構(gòu)鋼絲繩：是由一層（或多層）鋼絲圍繞一個(gè)組成的三角形股芯結(jié)構(gòu)繞制而成的。圖4a。這種形狀的性質(zhì)要求各層鋼絲是點(diǎn)接觸的，由于鋼絲密集的排列，三角股鋼絲繩具有很高的抗壓斷性。與圓股繩相比，三角股鋼絲繩表面接觸面積增加，抗磨損性也大大提高。 密封鋼絲繩：繩芯外層用一層或幾層異形鋼絲（Z形、T形）螺旋地捻制而成。圖4b。密封鋼絲繩表面光滑，鋼絲之間以螺旋面互相扣合，接觸應(yīng)力很小。密封鋼絲繩彎曲剛度很大，需采用較大直徑的繩輪和卷筒，密封鋼絲繩多用于礦井中的鋼絲繩罐道及架空承重索道。 涂塑鋼絲繩：為改善鋼絲繩的使用性能，在鋼絲或者股繩、鋼絲繩繩芯或外面包上一層塑料層。以降低鋼絲之間和繩股之間的接觸應(yīng)力，提高鋼絲繩使用壽命。圖4c。 編織扁鋼絲繩編織扁鋼絲繩常作為煤礦提升系統(tǒng)中尾繩（平衡繩）使用。扁鋼絲繩由幾個(gè)不同捻向的子繩并排通過(guò)緯繩固結(jié)編織而成。圖5。從編織方式上分：(a) 單緯繩編織 單緯繩編織單緯繩編織是使用幾根緯繩從單側(cè)編織，從而保證了鋼絲繩的寬度最小。(b) 雙緯繩編織鋼絲繩雙緯繩編織圖5鋼絲繩兩側(cè)各有數(shù)條捻制緯繩（一般為17結(jié)構(gòu)）交錯(cuò)編織而成。 編織扁鋼絲繩通常的結(jié)構(gòu)是6條4股繩，每個(gè)股繩用7根鋼絲或8條4股繩，每個(gè)股繩用7根、9根或19根等數(shù)量的鋼絲捻制而成。三、鋼絲繩的捻法見(jiàn)圖6 鋼絲繩的捻法基本有四種：右交互捻、左交互捻、右同向捻、左同向捻四、 鋼絲繩的伸長(zhǎng)性質(zhì) 圖6當(dāng)鋼絲繩受到拉伸負(fù)載時(shí)，都會(huì)按不同階段伸長(zhǎng)，在鋼絲繩使用前，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行預(yù)張拉是十分必要的。 鋼絲繩的伸長(zhǎng)因素有許多因素會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩在使用中伸長(zhǎng)，有些因素導(dǎo)致的伸長(zhǎng)極小，通?？梢院雎圆挥?jì)。通常導(dǎo)致鋼絲繩伸長(zhǎng)的主要原因如下，其中前兩個(gè)是最重要的因素。(a) 由于每股中的鋼絲和鋼絲繩中各股的位置調(diào)整而導(dǎo)致的伸長(zhǎng)—通常稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)。(b) 由于負(fù)荷拉力而產(chǎn)生的彈性伸長(zhǎng)。(c) 由于溫度變化造成的伸長(zhǎng)或縮短。(d) 由于鋼絲繩一端可自由旋轉(zhuǎn)，造成捻距的增加而造成的伸長(zhǎng)。(e) 由于內(nèi)部鋼絲磨損導(dǎo)致鋼絲繩金屬面積減小而造成的進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)性伸長(zhǎng)。(f) 由于拉力負(fù)載超過(guò)材質(zhì)的屈服點(diǎn)而導(dǎo)致的永久性的、非彈性的伸長(zhǎng)。 鋼絲繩預(yù)張拉預(yù)拉伸作用于鋼絲繩或股時(shí)，可以徹底消除“初始結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)”，方法是以鋼絲繩最小破斷力的l 0％到5 0％負(fù)荷拉伸并在這個(gè)范圍內(nèi)反復(fù)拉伸直至鋼絲繩的初始伸長(zhǎng)消除。從反復(fù)拉伸取得的數(shù)據(jù)可以得到低負(fù)載和高負(fù)載之間的表觀楊氏彈性模量。注意的地方：鋼絲股和繩不具有楊氏彈性模量的性質(zhì)，但可以得到兩個(gè)固定負(fù)載之間的表觀彈性模量。當(dāng)對(duì)鋼絲繩施加的負(fù)載完全減掉，鋼絲繩卷好后會(huì)立即返回未預(yù)拉伸的狀態(tài)；因此，鋼絲繩如果在某一負(fù)載下記錄其準(zhǔn)確長(zhǎng)度(該負(fù)載必須在鋼絲繩彈性狀態(tài)的負(fù)載范圍內(nèi))，可以證明鋼絲繩被拉伸到記錄的長(zhǎng)度時(shí)，施加的負(fù)載會(huì)十分接近記錄的負(fù)載；反之，以記錄的負(fù)載施加到鋼絲繩上時(shí)，鋼絲繩會(huì)很明顯地伸長(zhǎng)至記錄長(zhǎng)度，％的負(fù)載下可以完全恢復(fù)其彈性性質(zhì)。因此在橋梁鋼纜、臂式、桅桿式起重場(chǎng)合及架空索道鋼絲繩等調(diào)整余地很小的使用場(chǎng)合中，預(yù)拉伸鋼絲繩的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。由于減少了初始使用時(shí)的永久結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)，對(duì)某些尾繩進(jìn)行預(yù)拉伸處理顯得十分必要。預(yù)拉伸適用于鋼絲股或鋼芯鋼絲繩。當(dāng)許多負(fù)載懸掛時(shí)，比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以通過(guò)假定負(fù)載均勻地加在鋼絲繩上，并增加鋼絲繩伸長(zhǎng)每米的負(fù)載重量而實(shí)現(xiàn)。 彈性模量彈性模量因繩子結(jié)構(gòu)而變化，但通常隨鋼絲總截面積的增加而增加，如需要精確的彈性模量數(shù)據(jù)，建議用實(shí)際樣品作彈性模量測(cè)試，可以獲得比較準(zhǔn)確的彈性模量。五、鋼絲繩按照不同的分類(lèi)方式可以得到多種用途的鋼絲繩品種鋼絲繩按使用方面分： 一般用途鋼絲繩： 電梯用鋼絲繩： 航空鋼絲繩： 石油用鋼絲繩： 架空索道及纜車(chē)用鋼絲繩： 起重用鋼絲繩： 漁業(yè)用鋼絲繩： 礦井提升用鋼絲繩： 膠帶用鋼絲繩：平衡用鋼絲繩：六、鋼絲繩的標(biāo)記 各種標(biāo)準(zhǔn)中鋼絲繩標(biāo)記符號(hào)對(duì)照區(qū)分見(jiàn)表1（ISO357GB/T891原有標(biāo)準(zhǔn)（GB11027GB8298GB352） 表1我國(guó)原有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所采用的鋼絲繩標(biāo)記符號(hào)及其含義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO3578）及GB/T8918的代號(hào)西魯式 X瓦林吞式 W填充式 T三角股 △橢圓股 ○扁平股、扇形股面接觸股 M圓形鋼絲 無(wú)代號(hào)橢圓形鋼絲三角形鋼絲扁鋼絲或矩形鋼絲Z形鋼絲 Z梯形鋼絲 T一根半封閉絲與一根圓絲搭配光面鋼絲A級(jí)鍍鋅鋼絲AB級(jí)鍍鋅鋼絲B級(jí)鍍鋅鋼絲填充鋼絲編織放扭鋼絲繩編織扁鋼絲繩纖維芯（天然的或合成的）天然纖維芯 有機(jī)物芯合成纖維芯 人造纖維芯，礦物繩芯金屬絲繩芯 金屬繩芯金屬絲股芯左向捻右向捻左同向捻左交互捻右同向捻右交互捻SWFiVQRT無(wú)代號(hào)QVRZTHNATZAAZABZBBFiYPFCNFSFIWRIWSSZSSSZZZZS 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)原有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩標(biāo)記寫(xiě)法對(duì)比見(jiàn)表2