钢丝绳相关知识

钢丝绳相关知识钢丝绳是起重机使用率很高的构件之一，这是由于它的独有特性所决定。

与刚性构件相比，钢丝绳具有强度高、自重轻、柔韧性好、耐冲击等特点，特别突出的是它的安全可靠性。

在正常情况下使用的钢丝绳一般不会发生突然破断，即使破坏也是有前兆的，一般总是从个别、局部断丝开始，逐渐发展到整个绳，是有一段时间过程的，除非因为载荷超过其极限破断力而发生整绳突然破坏。

这就提供了这样一种可能，只要平常加强对钢丝绳的安全管理和使用，那么，由钢丝绳引发的事故是可以避免的。

但是钢丝绳的受力状况多变、工作环境复杂，其破坏除了机械损伤之外，结构选型不当、维护检查不当，失效的钢丝绳没有及时报废并更新等原因有关。

钢丝绳的安全技术涉及钢丝绳的种类、制造方法、构造性能、受力状况，以及维护、检查、报废等多方面的问题，是个专业性比较强的技术，每个安全管理人员和技术人员都应该对钢丝绳的有关知识、受力状况和运行状态有个基本了解，我们将分几个专题分别做一介绍。

一、钢丝绳的构造起重机多用双绕钢丝绳，一般都是用捻绳机将若干根钢丝捻制成股，再以绳芯为中心，由一定数量股合在一起，捻绕成螺旋状的绳。

（1）钢丝：起承受载荷的作用，钢绳的破断拉力大小主要取决于钢丝的抗拉强度。

钢丝通过冷拉拉丝获得很高的强度和耐弯折的韧性。

另外，根据使用环境条件不同对钢丝进行表面处理，使钢丝绳增强防腐蚀性。

（2）绳芯：对绳股起支承作用以减小钢丝间的接触应力，增加钢丝绳弹性和韧性，贮存油润滑钢丝、减轻摩擦以提高使用寿命。

绳芯材料有机纤维（如麻、棉）、合成尼龙纤维、石棉芯（用于高温条件）或软金属等。

二、钢丝绳的分类在钢丝绳受力时，各层钢丝与钢丝之间互相跨越而形成接触，处于互相紧密接触挤压状态。

组成钢丝绳的钢丝直径的差别、股中不同层钢丝的捻角、捻距等因素都会影响钢丝绳的性能。

按股内钢丝之间的接触状态可分为点接触、线接触和面接触钢丝绳。

（1）点接触钢丝绳（亦称普通型）：采用等直径的钢丝捻制而成，由于各层钢丝的捻距不等，各层钢丝与钢丝之间交叉形成点接触状态。

在受拉力时，点接触处产主应力集中并导致磨损、压痕，过早地使钢丝断裂而报废，寿命较低，起重机的工作机构一般不采用。

优点是制造工艺简单、价廉，常作为捆绑吊索，（2）线接触钢丝绳：采用直径不等的钢丝捻制，将内外层钢丝适当搭配，不同层的钢丝之间在全长上呈线接触状态，由于接触面积较点接触钢丝绳的大，使受载时钢丝的接触应力降低。

常见的有西尔型（外粗式）、瓦林吞型（粗细型）和填充型（密集式）等。

线接触钢丝绳承载力强、挠性好、寿命较高，品种也愈来愈多。

起重机的工作机构应优先采用线接触钢丝绳。

（3）面接触钢丝绳（密封式）：通常以圆钢丝为股芯，用特殊方法制造，使最外一层或几层采用异形断面的钢丝，层与层之间呈面接触状态。

其特点是挠性好、强度高、耐腐蚀，但制造工艺复杂，价格高，起重机上很少使用。

三、钢丝绳的捻向根据钢丝绳由丝捻成股的方向，与由股捻成绳的方向是否一致，可分为交互捻或同向捻钢丝绳。

根据绳股的捻向可分为右交互捻，左交互捻，右同向捻左同向捻四种。

（1）交互捻钢丝绳（交绕绳）：丝捻成股与股捻成绳的捻制方向相反，在钢丝绳受力伸长时，迫使股内钢丝相互压紧，产生阻抗转动的反力矩，使用中不易扭转和松散，因而在起重机的工作机构上得到了普遍的应用。

为防止卸载后钢丝绳带动吊钩滑轮组扭转打卷伤人，起升机构一般均采用交互捻钢丝绳。

（2）同向捻钢丝绳（顺绕绳）：丝捻成股与股捻成绳的方向相同，其挠性好，但由于旋转性较强，散股的趋向大，且稳定性较差，容易扭结，在小的滑轮槽中经过时，容易扭曲成拢状，使结构遭到破坏，一般只作为牵引绳或张紧绳。

（3）不扭转钢丝绳：这种钢丝绳在设计时，使股与绳的扭转力矩相等，方向相反，在起升高度较大的起重机上使用，并越来越受到重视。

四、钢丝绳的特性钢丝绳的特性主要表现在钢丝绳的破断拉力、耐扭转弯折的韧性和对恶劣使用环境的耐腐蚀性，是由组成钢丝绳的钢丝特性所决定。

钢丝绳还具有很高的可靠性，在规定的使用条件下，在规定的寿命期限内，当执行规定功能时，极少发生无先兆突然整绳断裂的危险，表现出较好的安全性。

安全工程人员对起重机实施安全管理，就应该认识钢丝绳，并对钢丝绳的性能和使用时的适用条件有个基本了解。

1．钢丝绳的强度钢丝的抗拉强度所决定的钢丝绳的破断拉力是钢丝绳最重要的性能指标，而钢丝的抗拉强度是通过冷拔拉丝这个特殊制造工艺获得的。

高抗拉强度可以提高钢丝承受动载荷和抗挤压能力，但随之韧性降低、脆性增加，在重载且反复弯曲的使用条件下容易断裂。

所以，钢丝绳并不是抗拉强度越高越好，而需要综合考虑。

通过实验得知，抗拉强度在1550MPa～850MPa之间的钢丝绳，其抗拉、抗挤压、耐磨损，柔韧性综合特性较好，是起重机的工作机构优先选择的用绳。

2．钢丝绳的韧性韧性是保证钢丝绳可靠性的重要参数，是根据单根钢丝的试验结果所决定。

将单根钢丝360度连续地扭转和180度不间断地反复弯折，直至断裂，根据试验钢丝不发生断裂的耐受次数进行韧性分级，耐受次数越多，钢丝绳的韧性就越好，等级也越高。

按照国家标准，钢丝绳的韧性分为特、Ⅰ、Ⅱ三个等级。

特级韧性最好，用于重要场合，如载客电梯、矿井的载人提升机等；Ⅰ级韧性比特级稍低，但可靠性也不错，一般作为起重机的各个工作机构用绳；Ⅱ级韧性较低，但成本也低，常用于次要、更换频繁的场合，如捆绑绳、吊索等。

3．钢丝绳的耐腐蚀性根据钢丝绳使用环境条件，按照钢丝是否进行表面处理，可分为光面钢丝绳和表面镀锌钢丝绳两种。

光面钢丝绳的钢丝表面不做任何处理，用于常规无腐蚀性环境的起重机用绳。

表面镀锌铜丝绳根据钢丝镀层的耐腐蚀性能分为三个等级，甲级用于严重腐蚀条件，乙级用于一般腐蚀条件，丙级用于较轻腐蚀条件。

五、钢丝绳的标记方法钢丝绳的构造、钢丝之间的接触状态、捻制方法和捻向、以及钢丝绳的机械特性和表面特征，直接影响钢丝绳的使用安全。

这些参数和性能指标在钢丝绳的标记中得到综合反映，是我们在选择、更换和使用钢丝绳的依据。

根据圆股钢丝绳的国家标准GB1102规定，以起重机常用的右交互捻钢丝绳为例，我们来从下图认识钢丝绳技术参数的标记方法。

钢丝绳6 × 37 — 15.0 — 1550 —Ⅰ—甲—镀—右交①②③④⑤⑥⑦⑧⑨此图为钢丝绳技术参数标记，其中：①——钢丝绳的股数，起重机常用6股绳。

②——钢丝绳的结构型式，点接触普通钢丝绳，标记“×”；线接触瓦林吞型钢丝绳（粗细式），标记“W”；线接触西尔型钢丝绳（外粗型），标记“X”；线接触填充型钢丝绳（密集型），标记“T”；③——每股钢丝数，起重机常用的6股绳一般每股钢丝有19根和37根两种。

④——钢丝绳的直径（mm）。

⑤——钢丝的公称抗拉强度b（MPa）。

⑥——钢丝的韧性等级，根据实际级别分别标记“特”、“Ⅰ”、“Ⅱ”。

⑦——钢丝表面经过镀锌处理，根据实际级别分别标记“甲”、“乙”、“丙”。

⑧——钢丝表面处理特征，表面不做处理的，标记“光”，或不加标记；表面镀锌处理的，标记“镀”。

⑨——钢丝绳的捻制方式和方向，右捻绳标记“右”；左捻绳标记“左”；交互捻标记“交”；同向捻标记“同”。

钢丝绳自身性能好，并不能保证在使用中不发生问题。

我们必须看到，起重机械使用的钢丝绳是一种易损件。

客观上钢丝绳本来受力就比较复杂，同时受到与钢丝绳配套的有关设备状态的影响，某些作业条件使钢丝绳特别容易受到意外的损伤、缺乏维护是钢丝绳寿命短的主要原因之一，特别是当机械在腐蚀性环境中运转时更是如此。

我们必须合理选择和使用保养钢丝绳，保持钢丝绳的持续安全状态。

六、钢丝绳的选用钢丝绳的工作状态是随起重机械的特性和工作条件以及用途而变化的。

钢丝绳应满足两个基本条件，一是能够承受最大工作载荷的足够强度，二是有足够长的寿命。

（1）钢丝绳承载能力一般采用安全系数法，按所受最大工作静拉力计算选用钢丝绳。

计算公式为：F0≥Sn式中：F0——所选钢丝绳的破断拉力（N），可查钢丝绳性能手册获取；S——钢丝绳最大工作静拉力（N）；n——钢丝绳的安全系数。

安全系数实质是安全储备的倍数，用在工作机构上的钢丝绳根据机构的工作级别确定，其他钢丝绳根据用途性质确定（见表1），工作级别越高、用途越重要、要求钢丝绳寿命越长的地方，安全系数就越大。

特别要注意，对于吊运熔化或赤热金属、酸溶液、爆炸物、易燃物及有毒品等危险物品的起升用钢丝绳的安全系数，一般应按比设计的工作级别高一级的工作级别选用。

表1 钢丝绳的安全系数用途起重机工作机构用钢丝绳其他用途钢丝绳机构工作级别M1～Ｍ3M4 M5 M6 M7 M8支承动臂起重机械自身安装揽风绳吊挂和捆绑安全系数4 4.5 5678 4 2.5 3.5 6（2）钢丝绳的弯曲比钢丝绳的使用寿命总是随着配套使用的滑轮和卷筒的卷绕直径的减少而降低，使用中的钢丝绳弯曲的曲率越小，钢丝被反复弯折得越厉害，受力情况越恶劣，寿命就越低。

所以，必须对按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的卷绕直径作出限制，凡是工作级别高，要求钢丝绳寿命长的地方，都采用较大的弯曲比（见表2）。

对于设计要求轻巧和紧凑的流动式起重机，这个值可以取得较低。

计算公式为：D0min≥h·d式中：D0min——按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒允许的最小卷绕直径（mm）；d——钢丝绳直径（mm）；h——滑轮或卷筒直径与钢丝绳直径的比值。

表2 滑轮或卷筒的h值机构工作级别M1～M3 M4 M5 M6 M7 M8 流动式起重机卷筒h1 14 16 17 20 22.4 25 16滑轮h2 16 18 20 22.4 25 28 18七、钢丝绳的固定钢丝绳的始末端部位一般需要与其他零构件连接或固定在起重机的其他结构上，钢丝绳尾端的固定是关系钢丝绳安全的重要环节。

钢丝绳的固定要求满足两个条件，一是连接或固定的部位必须达到相应的强度和安全要求，二是连接或固定方式与使用要求相符合。

钢丝绳的固定有多种方法，针对不同的使用条件和要求选择使用。

（1）编结连接编结方法是将绳端部弯曲成环状，环状内侧套入一个心形环，使绳尾端部（短端）在心形环的尖部与绳体（长端）部分合并，然后用钢丝将合并的绳部分扎紧，靠合并的两绳段的摩擦力把钢丝绳尾固定。

安全要求是编结长度应大于钢丝绳直径的15倍，并不应小于300毫米；连接强度不小于75%钢丝绳破断拉力。

（2）绳卡固定绳卡固定由于简单、可靠，绳卡可拆卸更换，得到广泛应用。

用绳卡固定时，应注意绳卡数量、绳卡间距、绳卡的方向和固定部位的强度。

固定连接处的强度不能小于钢丝绳破断拉力的85%。

绳卡数量根据钢丝绳直径加大而增多。

例如，钢丝绳直径是16毫米，用3个绳卡就可以；当钢丝绳直径是45毫米时，则需要6个以上的绳卡才能满足固定处的强度要求。