【正文】 適于高速傳動彈性好強度高過載能力強工作時一般不會發(fā)生突然斷裂比較可靠因而獲得廣泛應(yīng)用 a 鋼絲繩的材料及制造 鋼絲繩是由許多直徑為 05～ 2mm 高強鋼絲繞編而成鋼絲的材料通常采用 優(yōu)質(zhì)碳素鋼其含碳量約為 015～ 018 含硫磷量不大于 003 拉伸強度極限通常為1400～ 2021N 特殊情況下可達(dá) 2400N 拉力機中使用 1600～ 1800N 的較適宜 根據(jù)不同的使用目的其結(jié)構(gòu)和繞編方式各不相同絞盤采用雙重繞鋼絲繩 b 鋼絲繩的種類 鋼絲繩根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和編繞方式而有不同種類 1 鋼絲繩的捻繞次數(shù) 1單繞繩 圖 31所示單繞繩是由若干層鋼絲繩依次圍繞一根鋼芯繞制而成這種鋼絲繩的構(gòu)造最簡單其特點是剛性大撓曲性差不宜用作拉力繩可用作拉力機的桅索拉索和架空索道的承載索等 2 3 三繞繩 圖 33 所示三繞繩是把雙繞繩作為股再由幾股擰成繩這種鋼絲繩撓性特別好但由于制造復(fù)雜且鋼絲較細(xì)容易磨損折斷一般不用 圖 10 點接觸股 圖 11 雙繞繩 圖 12 三繞繩 2 鋼絲繩的捻制方法 1 順繞繩 圖 34a 所示鋼絲繩繞成股與股繞成繩的方向相同這種鋼絲繩撓性好表面光滑使用壽命長但容易自行松散和扭轉(zhuǎn)因此它只能用于經(jīng)常保持張緊狀態(tài)的地方如小車運行機構(gòu)的牽引繩 2 交繞繩 圖 34b 所示鋼絲繩繞成股與股繞成繩的方向相反其撓性與使用壽命都較順繞繩差但由于股與繩的扭 轉(zhuǎn)趨勢相反克服了扭轉(zhuǎn)和易松散的缺陷故在拉力機中使用較廣 3 混繞繩 圖 34c 所示即一半順繞一半交繞因工藝復(fù)雜應(yīng)用少 圖 13 鋼絲繩的繞向 a．順繞繩 b 交繞繩 c 混繞繩 3 股的形狀 1 圓股繩 圖 33 所示鋼絲繩中的股為圓形制造方便一般常用 2異形股繩 圖 35所示鋼絲繩中的股呈三角形橢圓形及扁圓形等這種鋼絲繩與滑輪槽和卷筒槽接觸良好使用壽命長但制造復(fù)雜 圖 14 異型股鋼絲繩 a．三角股鋼絲繩 b 橢圓股鋼絲繩 c 扁股鋼絲繩 3多股不扭轉(zhuǎn)繩 圖 36所示鋼絲繩中各相鄰層股的捻向相反這種鋼絲 繩在卷筒上接觸表面較大抗擠壓強度高壽命長而且受力時其自由端不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)特別適宜于用作起升高度特大的自升式塔式拉力機的起升鋼絲繩 圖 15 不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩的構(gòu)造與抗扭機理 a4 種多層不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩構(gòu)造示意圖 b 不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩內(nèi)外層繩股的捻向及其抗扭特性形成的機理示意圖 4 鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài) 1 點接觸鋼絲繩 繩股中各層鋼絲直徑均相同而內(nèi)外各層鋼絲的節(jié)距不同因而相互交叉形成點接觸缺點是接觸應(yīng)力高表面粗糙易破斷使用壽命低但因其制造工藝簡單價格低廉但現(xiàn)逐漸被線接觸鋼絲繩索代替 2 線接觸鋼絲繩 繩股由不同直徑的鋼絲繞制而成通過斷面幾個尺寸的適當(dāng)配置使每一層鋼絲的節(jié)距均相等并使外層鋼絲位于內(nèi)層鋼絲繩之間的溝槽內(nèi)內(nèi)外層鋼絲互相接觸在一條螺旋線上形成線接觸這種鋼絲繩消除了點接觸鋼絲繩所具有的二次彎曲應(yīng)力可降低工作時總的彎曲應(yīng)力承載能力高而且撓性好耐腐蝕使用壽命長在拉力機得到了日益廣泛的應(yīng)用 線接觸鋼絲繩根據(jù)繩股斷面的結(jié)構(gòu)又可分為三種形式 ①西爾型 圖 17a所示又稱外粗式代號為 X這種鋼絲繩股中外層鋼絲粗內(nèi)層鋼絲細(xì)同一層鋼絲的直徑相同其特點是耐磨性好但撓性較差 ②瓦林吞型 圖 17b所示又稱粗細(xì)式代號 為 W這種鋼絲繩股的外層由不同直徑的鋼絲組成配置的細(xì)鋼絲同時保持與三根相鄰鋼絲接觸其斷面填充系數(shù)高撓性好承載能力大是拉力機常用的形式 ③填充型 圖 17c所示代號為 T在股中內(nèi)外層鋼絲形成的溝槽中填充細(xì)鋼絲斷面填充系數(shù)高增加了承載能力 3 點線接觸鋼絲繩 圖 18 所示這是一種混合結(jié)構(gòu)的鋼絲繩如圖所示其外面為西爾型里面是是點接觸 圖 17 線接觸股 圖 18 點線接觸繩 c 鋼絲繩的選用 鋼絲繩的選擇包括鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式的選擇和鋼絲繩直徑的確定 1 鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式的選擇 繞經(jīng)滑輪組和卷筒的 機構(gòu)工作鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩在腐蝕性環(huán)境中應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩鋼絲繩的性能和強度應(yīng)滿足機構(gòu)安全工作的要求 一般情況下單根的鋼絲繩右捻和左捻在使用上并無區(qū)別但由于穿繞雙聯(lián)滑輪組時要求使用右捻以使之正確的卷繞于同一卷筒上順向捻的鋼絲繩表面較平整也較柔軟具有良好的抗彎曲疲勞性能因此比較耐用其缺點是繩股容易松開繩頭必須扎緊懸吊重物時容易旋轉(zhuǎn)極易卷曲扭結(jié)故在吊裝中不宜采用交互捻鋼絲繩與順向捻鋼絲繩相反雖耐用程度較差但是使用方便一般采用 W 型耐磨性能較高 由于鋼絲繩捻繞方向的不同其特點和采用范圍也有所不同為了使用上的 方便避免使用過程中鋼絲繩扭轉(zhuǎn)糾纏故在拉力機滑輪組等起吊裝置中多采用交互捻的鋼絲繩為合適 2 鋼絲繩直徑的確定 根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)則 ISO4308I1986和我國拉力機設(shè)計規(guī)范 GB381183的規(guī)定拉力機用鋼絲繩可以按下述兩種方法確定鋼絲繩的直徑 1 按選擇系數(shù) C 確定鋼絲繩直徑 d mm d C 式中 C 選擇系數(shù) m m／ S 鋼絲繩最大工作靜拉力 N 選擇系數(shù) C 的取值與機構(gòu)工作級別有關(guān)見表 31 表 31 C 值和 N 值選擇表 機構(gòu)工 作級別 選擇系數(shù) C 值 安全 系數(shù) n 鋼絲公稱抗拉強度 N 1550 1700 1850 M1～ M3 0093 0089 0085 4 M4 0099 0095 0091 45 M5 0104 0100 0096 5 M6 0114 0109 0106 6 M7 0123 0118 0113 7 M8 0140 0134 0128 9 2按安全系數(shù) n 選擇鋼絲繩直徑 ≥ n 式中 所選鋼絲繩的整繩破斷拉力 N 鋼絲繩最大工作靜拉力 N n 安全系數(shù)．按表 31 選取 根據(jù)《拉力吊裝常用數(shù)據(jù)手冊》表 18 初選定鋼絲繩型式 6 37 其中 6 371 用于滑車組中即繩子承受彎曲時采用作為穿繞滑車組拉力繩等 6 191 用作纜繩拉索即用于鋼繩不受彎曲或可能槽受磨損的地方 3 鋼絲繩校核 根椐《吊裝工藝計算近似公式及應(yīng)用》可知鋼絲繩的容許拉力由下式有 nN 其中鋼絲繩破斷拉力如 P 采用破斷拉力總和則須乘以折減系數(shù) n 鋼絲繩的安全系數(shù) 鋼絲繩的安全系數(shù)主要由使用的工作性質(zhì)而定并考慮了材質(zhì)的不均勻性局部彎折以及受沖擊等因素由《拉力施工規(guī)范》 HGJ20183 和《拉力機械安全規(guī)程》GB606785 等有關(guān)資料中已有規(guī)定 當(dāng)用于張拉即拖拉繩時 n≥ 35 當(dāng)作為滑車組串繞繩或稱跑繩走繩即卷揚機絞車牽引繩時手動 n≥ 45電動 n≥ 5 當(dāng)作為捆綁吊索時 n 6～ 8 在有護繩輪圓形吊耳或曲率半徑較大時可采用低限同時還要考慮吊索分支數(shù)的多少吊索根數(shù)多受力后每一個分支不易串動均勻則應(yīng)取上限 由整條鋼絲繩破斷拉力與鋼絲繩全部鋼絲繩破斷接力總和的關(guān)系知 式中 整條鋼絲繩的破斷拉力 鋼絲繩全部鋼絲的破斷拉力總和 鋼絲繩捻制折減系數(shù)對于 6 371 的鋼絲繩 082 全部鋼絲的破斷拉力總和為認(rèn)為鋼絲的材質(zhì)是均勻的 式中 鋼絲的抗拉強度 N 鋼絲繩的凈截面面積 由《機械安全 手冊》公式 512 可知凈截面面積占毛截面面積的 47 則 047 式中 047 折減系數(shù) 鋼絲繩毛截面面積為 0785 式中 d 鋼絲繩公稱直徑 mm 由上述幾式可得整條鋼絲繩的破斷拉力為 0470785 0369 對于 6 371 的鋼絲繩 03025 如上一章所述滑輪組采用省力滑輪組中的單聯(lián)滑輪組即繞入卷筒的繩索分支數(shù)為 1 根 1 那么該滑輪組的傳動倍率其中為滑輪組中承載繩索的分支數(shù)由于該滑輪組的重量相對于提升重物的重量較輕所以在計算中忽略不計 在傳動過程中定滑輪由軸承與支撐相連考慮到傳動過程中軸承的效率和卷筒與鋼絲繩之間的摩擦取滑輪組的傳動效率為則鋼絲繩所承受的最大靜拉力為 式中 G 所提升物體的重力 Q 鋼絲繩吊斗的重力 查拉力機械設(shè)計手冊知該拉力機為中級工作類型取安全系數(shù) n 70 由 n 有 210526 7 14736842N 代入上式可得 d 因抗拉強度未有明確要求故可選擇為 1550 N 的鋼絲繩則有 d 1773mm 圓整為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格取定 d 20mm 公稱抗拉強度為 1550MPa 滿足要求故鋼絲繩的標(biāo)記為 鋼絲繩 6 3720155Ⅰ 光 右交 GB110274 352 卷筒 a 卷筒的構(gòu)造 卷筒是卷繞和容納鋼絲繩的部件通過對鋼絲繩的收放可把原動機的驅(qū)動力傳遞給鋼絲繩并將原動機的回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動卷筒一般由三部分組成即筒殼支輪及支環(huán)筒殼是卷筒的直接承載部件支輪是支撐筒殼和傳力的部件支環(huán)是為了增加筒殼的穩(wěn)定性 1．卷筒的形式 卷筒的形狀一般為圓柱形特殊要求的卷筒也有制成圓錐形或曲線形的在拉力機械中主要是采 用圓柱形的鋼絲繩卷筒 按鋼絲繩在卷筒上卷繞層數(shù)可分為單層卷繞卷筒和多層卷繞卷筒 單層卷繞卷筒表面通常切有螺旋形繩槽鋼絲繩依次排列其內(nèi)繩槽節(jié)距比鋼絲繩直徑稍大繩槽半徑也比鋼絲繩半徑稍大這樣既增加了鋼絲繩與卷筒的接觸面積又可防止在卷繞過程中相鄰鋼絲繩間的相互摩擦從而延長鋼絲繩的使用壽命卷筒繩槽尺寸已有標(biāo)準(zhǔn)可查閱相關(guān)手冊 多層卷繞卷筒容繩量大主要用于起升高度很大卷筒長度又受到限制的絞盤構(gòu)采用尺寸較小的多層卷繞卷筒對于減小機構(gòu)尺寸十分有利多層卷繞的卷筒多采用不帶螺旋槽的光面卷筒卷筒的兩端必須帶有側(cè)板以防鋼絲繩側(cè)向滑 移側(cè)板的高度應(yīng)比最外層鋼絲繩高出 1～ 25d 但多層卷繞卷筒的鋼絲繩所受的擠壓力大相互間摩擦力大鋼絲繩壽命降低也容易產(chǎn)生亂繩現(xiàn)象此外當(dāng)卷繞層數(shù)較多時在繩索張力不變的情況下卷筒的載荷力矩將隨卷筒上鋼絲繩層數(shù)的多少而變化從而使機構(gòu)載荷力矩不穩(wěn)定 圖 20 鋼絲繩卷筒 圖 21 焊接卷筒 a 螺旋槽卷筒 b 光面卷筒 按制作方式可分為鑄造卷筒圖 20 和焊接卷筒圖 21 2．卷筒的材料和制造 鑄造卷筒一般采用不低于 HT200 的灰鑄鐵鑄造重要的卷筒可用不低于QT45010 的球墨鑄 鐵鑄造采用鑄鋼時應(yīng)不低于 ZG230450 鑄鋼卷筒并不能使壁厚減少很多且工藝復(fù)雜成本高因而較少采用 焊接卷筒主要用于大直徑的卷筒多用 Q235 鋼板彎成筒形焊接而成小直徑的卷筒也可采用無縫鋼管制造焊接卷筒與鑄造卷筒相比自重可以大大減輕也適用于單件生產(chǎn) b 卷筒的失效形式及其原因 卷筒筒殼的損壞是礦井絞盤普遍存在的問題卷筒的失效形式主要有 卷筒筒殼的損壞是指筒殼在工作過程中產(chǎn)生較大的變形并在局部地方開裂以致不能正常工作卷筒筒殼的開裂形式有 見圖 22 沿筒殼圓周方向局部開裂