钢丝绳选用指南.docx

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钢丝绳选用指南
强度
为特定用途选择钢丝绳时，应考虑以下特性指标：
·强度
·不旋转性能
·抗疲乏性能
·耐磨性能
·抗变形性能
·耐腐蚀性能
·钢丝绳伸长
确定在特定场合所使用钢丝绳的最低强度是设施、装置、提升设备制造商的职责， 设施、装置、提升设备制造商需了解指导钢丝绳设计系数的现行地方法规、标准和标准和可能影响滑轮、卷筒设计的其他因素，凹槽的外形和对应的半径、卷筒倾斜度和偏移角都对钢丝绳性能有影响。
钢丝绳的强度〔称作最小破断拉力或最小破断载荷〕确定后，接下来需确定选用何种类型的钢丝绳。因此，对设计者来说，充分了解现有很多不同种类钢丝绳的性能、特点和局限性是格外重要的。
起重机操作人员留意事项
Bridon 公司建议，设施、装置、提升设备投入使用后，任何用于替换的钢丝绳都应具有规定的特性，至少应到达原设备制造商规定的最小破断拉力。
不旋转性能
确定是否需要使用不旋转钢丝绳格外重要。
通常选用 6 股和 8 股钢丝绳，除非使用单组绳时负载旋转或在多组绳装置中钢丝绳扭结可能会造成使用问题。
施加负载时，钢丝绳会产生：
-假设两端固定，则产生“扭矩”。
-假设一端放开，则产生“旋转”。
扭矩
在设备上固定
拉力产生扭矩
在卷筒上固定
当钢丝绳两端固定时，施加的拉力在固定端产生“扭矩”。
旋转
当钢丝绳的一端放开时，施加的负载使钢丝绳旋转。
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固定
拉力产生扭矩
自由旋转
当施加的负载增大时，产生的扭矩或旋转也会增大。钢丝绳产生的扭矩或旋转的程度会受到钢丝绳构造的影响。了解了钢丝绳施加负载时所发生的状况后，需选择适宜的钢丝绳类型。应留意到的是全部的钢丝绳施加负载时都会发生肯定程度的旋转。
三种常用构造类型股绞钢丝绳旋转特性的区分如以下图所示。
扭
矩或旋
转
负载
在技术资料摘要和转换系数章节内容中有特地的资料，包括各个构造钢丝绳的扭矩
系数和旋转值〔用度/每个捻距表示〕。
当提升的高度增加时，钢丝绳旋转的趋势将会增大。在多组穿绳装置中，由于各组钢丝绳的间距减小，钢丝绳扭结的趋势将增大。选择适宜的钢丝绳有助于避开钢丝绳“扭结”和负载旋转。〔见钢丝绳扭矩〕
“Endurance”不旋转钢丝绳确保了将与钢丝绳扭结和负载旋转有关的问题降至最
不旋转钢丝绳
不旋转钢丝绳
低。
Bridon 公司格外情愿为与钢丝绳旋转有关的特别问题供给帮助。
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Bridon 公司可以在特地设计的设备上通过试验来验证钢丝绳的旋转性能， Bridon 公司用于提升用途的全部产品都已经过“Twistcheck”试验程序试验。
抗疲乏性能
当钢丝绳缠绕在滑轮或卷筒上时，钢丝绳可能会由于弯曲疲乏而损坏。使用滑轮的数量、滑轮和卷筒的直径、负载状况将会影响钢丝绳损坏的程度。
在弯曲疲乏是造成钢丝绳损坏主要缘由的使用场合，选择钢丝绳时应选择使用小规格钢丝的钢丝绳，如 6×36WS〔14/7&7/7/1〕，不能选择 6×19S〔9/9/1〕构造钢丝绳，这点格外重要。
钢丝绳抗疲乏性能好可节约本钱，这可以通过选用“Dyform〔压实〕”钢丝绳实现。
一般钢丝绳
压实钢丝绳
“压实”钢丝绳外表光滑，改善了钢丝绳与滑轮之间的接触条件，减小了钢丝绳和滑轮的磨损。金属截面积增大，钢丝与钢丝之间的接触条件得到改善，确保了钢丝绳使用过程中内部应力减小，使得钢丝绳弯曲疲乏寿命延长，本钱降低。
弯
曲疲乏次
数
该图说明将 Blue Strand 6×36 钢丝绳换成 Endurance Dyform 6 钢丝绳时，钢丝绳使用寿命“翻倍”。将钢丝绳构造换为压实构造，如将 18×7 换为 Endurance Dyform 18 或将 35×7 换为 Endurance Dyform 34LR，钢丝绳使用寿命也会增加一倍。
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耐磨性能
在钢丝绳和滑轮之间、钢丝绳和卷筒之间会发生磨损，但是很大一局部磨损通常是通过卷筒产生的。
当确定磨损是造成钢丝绳损坏的主要缘由时，应选用外层钢丝相对较粗的钢丝绳。直径为 1”的钢丝绳单层外层钢丝尺寸比较
·6×7
6 根外层钢丝
”
·6×19S
9 根外层钢丝
”
·6×25F
12 根外层钢丝
”
·6×36WS
14 根外层钢丝
”
·6×41WS
16 根外层钢丝
”
卷筒上相邻钢丝绳可形成点接触，加快了钢丝绳磨损。
非压实钢丝绳在卷筒上相邻的绳卷可形成点接触，加快了钢丝绳磨损。选用压实钢丝绳，改善了接触条件，磨损将会减小。
压实钢丝绳外表光滑，接触条件更好，钢丝绳使用寿命更长。
抗变形性能
将钢丝绳在卷筒上进展多层缠绕的状况下，安装钢丝绳时施加肯定的后张力格外重要。Bridon 公司建议安装时施加钢丝绳最小破断拉力的 2%到 10%的张力。假设不施加张力或者在下层钢丝绳不行避开地要受到很高压力的特定场合，如悬臂提升绳将悬臂从水平位置升起，可能会造成下层钢丝绳挤压变形损坏。
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在这种状况下，选用钢芯钢丝绳会有所帮助，而不能选用纤维芯钢丝绳。
Constructex 或压实钢丝绳由于具有很高的金属填充系数，所以抗挤压变形力量更强。在挤压变形为钢丝绳主要损坏形式的使用场合，使用 Constructex 钢丝绳会削减挤
压变形损坏状况。
抗腐蚀性能
在一些场合，使用镀锌钢丝绳会更好。假设腐蚀不是影响钢丝绳使用寿命的主要因素，则可以选用光面钢丝绳。
在有潮气的使用场合，潮气可以渗透钢丝绳腐蚀绳芯，可以考虑使用涂塑材料〔PI〕。为了减小腐蚀对钢丝绳的影响，选用使用了适宜油脂的钢丝绳格外重要。在使用过
程中定期对钢丝绳涂油有更多的好处。
钢丝绳伸长
假设钢丝绳伸长格外重要，请参考技术资料。
钢丝绳伸长技术资料伸长特性
钢丝任意组合捻成螺旋状形式，股或绳受到拉力负载时会在三个独立的阶段产生伸长，这取决于施加负载的大小。
还有其它一些因素造成钢丝绳伸长，这些因素造成的钢丝绳伸长量很小，可以无视不计。
第 1 阶段-原始或永久性构造伸长
在开头对钢丝绳施加负载时，组合在一起的钢丝变平，整个钢丝绳直径变小，钢丝绳就产生了伸长。钢丝绳直径变小的同时钢丝绳捻距变大。当相邻的钢丝上形成了足够大的受力面积可以承受圆周压缩力负载时，造成的机械伸长停顿，其次阶段伸长开头。任何钢丝绳的原始伸长都无法通过准确计算确定，而且钢丝绳原始伸长无弹性特性。
钢丝绳伸长的实际值取决于很多因素，最重要的因素是钢丝绳的类型和构造、负载的范围、钢丝绳运行次数和频率。要供给所使用的不同构造钢丝绳伸长的准确值是不行
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能的，但是可以使用以下近似值，以得到比较合理的结果。
钢丝绳长度的百分数%
纤维芯 钢芯
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轻载
安全系数约为 8:1
正常加载
安全系数约为 5:1
重载
安全系数约为 3:1
重载
屡次弯曲和偏转
以上数据仅供参考。
需要时可供给更多准确数据。第 2 阶段-弹性伸长



到达



到达
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第 1 阶段过后，钢丝绳依据近似于 Hookes 定律〔压力与张力成比例〕的规律伸长， 直至到达比例极限或弹性极限。
留意到钢丝绳不具有“初期”弹性模量是格外重要的，但是在两个固定负载之间， “外表上的”弹性模量是可以确定的。
不同构造钢丝绳的弹性模量也是不同的，但是，一般来说，金属截面积增大时弹性模量也增大。使用给出的数据，可以对弹性伸长量进展合理的估算，但是假设需要更准确的值，建议在钢丝绳上进展弹性模量试验。由于钢丝绳使用者会觉察计算钢丝绳实际金属面积是很困难的，所以这些数据可以在钢丝绳使用手册中找到，或从 Bridon 公司设计部猎取。
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弹性伸长量=
WL
〔英寸〕
EA
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W=施加的负载〔镑〕 L=钢丝绳长度〔英寸〕
E=弹性模量〔镑/平方英寸〕
A=钢丝绳圆周面积〔平方英寸〕 第 3 阶段-永久性伸长
拉力负载造成的金属材料永久性的非弹性伸长量超过了材料的屈服点。
假设负载超过了比例极限，负载增大钢丝绳伸长速度会加快，直至到达将开头连续伸长时的负载值，造成负载未连续增加而钢丝绳断裂。
热膨胀和收缩
钢丝绳的线性膨胀系数〔∝〕为 ×10-6 每。F，因此温度变化 t〔。F〕造成的每1 英尺钢丝绳的长度变化为：
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长度变化量△L=∝Lt
∝=线性膨胀系数
L=钢丝绳原始长度〔英寸〕 t=温度变化〔。F〕
假设温度上升，钢丝绳长度变化量增大，假设温度下降，钢丝绳长度变化量减小。旋转造成的钢丝绳伸长
一端允许自由旋转造成钢丝绳伸长。磨损造成的钢丝绳伸长
内部钢丝与钢丝之间磨损造成钢丝绳伸长，钢丝与钢丝之间发生的磨损减小了金属截面积并产生了额外的构造伸长。
例如：直径为 11/8”的 200 英尺长的 Blue Strand 6×41 IWRC 钢丝绳，在 20250lbs
张力条件下，温度上升 20。F，总伸长量为：
永久性构造伸长量=钢丝绳长度的 %= 英尺 = 6 英寸
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弹性伸长量=
WL
EA =
20250 x200 x12
13500000
=
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热膨胀伸长量= △L = ∝Lt = ×10-6×20 = 英寸因此总伸长量= 6 英寸+ 英寸+ 英寸 = 英寸
钢丝绳与滑轮或卷筒间的压力
钢丝绳在滑轮上运行除了受到弯曲应力外，与滑轮接触时也受到径向压力。该径向压力在钢丝中形成剪应力，使钢丝绳构造变形，并影响滑轮凹槽磨损的速度。钢丝绳滑过滑轮时，滑轮轴承上的负载是由于钢丝绳中的应力和钢丝绳接触角度产生的，与滑轮直径无关。
滑轮轴承上的负载=2Tsinθ /2 T=钢丝绳张力〔镑〕
θ =钢丝绳接触角度
假设钢丝绳由格外适宜的滑轮凹槽支撑，则钢丝绳和凹槽之间的压力取决于钢丝绳的张力和直径，而与接触的弧度无关。
2T
压力，P= Dd
P=压力〔psi〕
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T=钢丝绳张力〔镑〕
D=滑轮或卷筒直径〔英寸〕 d=钢丝绳直径〔英寸〕
必需生疏到，这种估算压力的方法假设了钢丝绳在凹槽中的接触面积为整个钢丝绳的接触面积，而实际上只有外层钢丝拱起局部与凹槽接触，这些接触点的局部压力估量为计算值的五倍。
假设压力很高，凹槽材料的压缩力不够，不能防止过多磨损和留下凹痕，这时反过来会损坏钢丝绳的外层钢丝，影响钢丝绳的使用寿命。滑轮直径减小时，由于径向压力造成的弯曲应力会增大。尽管弯曲应力很高，一般还是提倡使用柔韧性好的钢丝绳，这种钢丝绳外层钢丝直径细，承受高压力的力量差，不如柔韧性差的钢丝绳中直径粗一些的外层钢丝。假设计算的压力对于滑轮或卷筒的材质来说太高，或者滑轮或卷筒被压出凹痕，应考虑增大滑轮或卷筒的直径。滑轮或卷筒直径增大后，不仅降低了凹槽的压力， 而且也提高了钢丝绳的疲乏寿命。
钢丝绳施加在滑轮上的压力也造成了钢丝绳构造变形和变平，可以通过使用适宜的凹槽外形来掌握这种状况的消灭。对于一般用途，建议凹槽的直径比钢丝绳公称直径大6%。凹槽底部的外形应是圆形的，角度约为120 度，滑轮的两边开放的角度约为 52 度。
钢丝绳强度级
最小抗拉强度
布氏硬度
近似硬度
洛氏硬度
超级犁钢
444/486
46-50
优质犁钢
415/461
44-48
犁钢
388/444
42-46
钢丝绳钢丝的硬度
推举滑轮硬度：锰钢或类似的合金钢 布氏硬度 250-300。设计系数
〔钢丝绳最小破断拉力/钢丝绳最大载荷〕
汽车起重机
提升绳

提升绳〔不旋转〕
5
吊臂提升绳
5
钢丝绳吊索
5
塔式起重机
5
海岸起重机
5
钻井绳
3
天车
5
行业标准规定了特定用途钢丝绳的最小设计系数。一些用途钢丝绳最小设计系数如下所示：
弯曲疲乏
钢丝绳弯曲疲乏试验通常包括，在恒定张力下，将一段钢丝绳反复在滑轮上运行。
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作为正在进展的进展打算的一局部内容，多年来 Bridon 公司已在自行设计的弯曲试验设备上用这种方法对上千条钢丝绳逐条进展了试验。
D:d 比值的影响及疲乏寿命与负载的关系
钢
丝绳损坏时的弯曲次
数
滑轮 D:d 的比值
通过这项工作， Bridon 公司可以在抱负的使用条件下比较钢丝绳构造、抗拉强度、捻向、滑轮尺寸、凹槽外形和拉力负载对弯曲疲乏性能造成的影响。同时，也可以将到达钢丝绳报废标准〔如ISO4309 中的规定〕时钢丝绳的使用寿命与钢丝绳彻底损坏时的使用寿命进展比较，也就是说，钢丝绳的什么位置不能再承受负载了。作为实际应用的一局部内容，这样做也可以确定钢丝绳到达报废标准时的剩余破断拉力数据。
然而需要生疏到的一点是，很少有钢丝绳可以在这种受掌握的运行条件下工作，使用这些资料去推测其他运行环境条件下钢丝绳的使用寿命将格外困难。其他影响因素如动态负载、在运行过程中负载不同、偏移角、穿绳方法、钢丝绳在卷筒上的缠绕方式、钢丝绳捻向的变化、滑轮排列、滑轮尺寸和凹槽外形都会对钢丝绳性能产生动态的影响。
不过，弯曲疲乏试验对制造商设计构造钢丝绳和改进现有构造钢丝绳格外有帮
助。
假设设备的设计人员和操作人员正在寻求钢丝绳的最正确性能或者将弯曲疲乏寿命
不同 D:d 比值的钢丝绳使用寿命曲线
钢
丝绳使用寿
命
视为使用过程中的关键因素，Bridon 公司供给的这些资料仅供参考。
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公差上限
钢丝绳制造过程中直径略微比公称直径大一些，行业标准规定的最大允许公差上限如下所示：
公差
下限
上限
1/8 英寸
-0
+8%
1/8 英寸到 3/16 英寸
-0
+7%
3/16 英寸到 1/4 英寸
-0
+6%
1/4 英寸
-0
+5%
钢丝绳公称直径
弯曲率 D：d
一些行业标准给出的最小弯曲率〔滑轮或卷筒直径：钢丝绳直径〕如下：
卷筒
滑轮
汽车起重机
负载提升
18
18
吊臂提升
15
15
负载滑轮
16
塔式起重机
提升
18
18
负载滑轮
15
旋转钻机
钻井绳
20
20
海岸起重机
提升
18
18
露天采矿机
提升
24
24
拖曳
22
22
旋转器
在特定条件下，需要在提升设备上使用旋转器以防止负载旋转，这样做主要是出于对人员安全的考虑。但是，使用旋转器有可能会对钢丝绳的性能产生影响，在某些状况下可能会损坏钢丝绳。
有很多种附属装置可以和不同种类及等级的防止旋转的旋转器一起使用，旋转器可以是一个独立的部件或者是提升设备的集成部件如带有可旋转吊钩的起重机滑轮，典型的独立旋转器是一个滚珠轴承抗摩擦旋转器。
这种类型旋转器导致钢丝绳支撑点消灭很多问题，主要是由于独立抗摩擦旋转器直接和钢丝绳连接造成的。在提升设备上使用旋转器的目的是防止负载旋转，这样也就允许钢丝绳旋转，钢丝绳旋转过度会损坏钢丝绳。
为了确定在提升设备上是否使用旋转器，应考虑以下建议。必需生疏到的是，不同类型和构造钢丝绳的旋转特性是不同的，依据旋转特性，对以下不同类型和构造的钢丝绳进展了分类。
第 1 类
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