钢丝绳旋转性能测定及研究

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ
ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ８ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒ－
ｔｉｅｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｃｈｏｏｓｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅｓ ｔｏ ｄｏ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｔｅｓｔ ｏｆ １００ ａｎｄ １５０
ｍｕｌｔｉ【ｐｌｅ
ｄｉａｍｅｔｅｒ，
ａｆｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈａｔ ｔｕｒｎｓ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｉｎ １ ０００ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ０—１．７，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ
下降。
４钢丝绳旋转性能试验
４．１
钢丝绳旋转性能测定装置 采用ＩＳＯ ２１６６９中推荐的吊钩提升重物的装置
进行试验。．由于提升（起前）没备条件所限．额定
万方数据
・７８・
金
属
制
品
第３７卷 表２新型测定装置测定结果
５试验结果与讨论 ５．１试验数据的处理
根据ＩＳＯ ２１６６９要求，试验中观测到的旋转角
Ｔａｂｌｅ ２
专门的测定装置，人们对钢丝绳旋转度的认识都是
万方数据
第４期
张钫．等：钢丝绳旋转性能测定及研究
在以下不足：（１）重锤从起升至达到平衡的过程中，
由于钢丝绳的旋转惯性，难以准确测定钢丝绳的旋
提爿质量为２ ｔ，所以选用小规格钢丝绳试样进行 试验。
转角度；（２）重物从起升至达到平衡的过程中发生 旋转和摆动，容易对该区域内的人员造成伤害，对仪 器设备造成损坏；（３）需要施加的试验载荷（重物质 量）少则几吨，多则上百吨，起重机械的选择、重物 的配噩、载荷的施加、试验的操作都特别困难，不易
定装置可以有多种形式。１Ｓ０ ２１６６９中明确说明了
４．２钢丝绳试样的制备 钢丝绳试样的制备可以根据实验室的条件．钢 丝绳试样终端固接方法可以采用不同方式：当钢丝
绳直径较小时，采用ｕ型绳卡固接ｏ Ｊ比较方便快
捷，ｕ型绳卡的安装应符合ＧＢ／Ｔ ５９７６－－２００６要求；
当钢丝绳直径超过２０ ｍｍ时，可以采用铝合金或钢
第３７卷
Ｖ０１．３７
第４期
ＮＯ．４
金属
Ｍｅｔａｌ
制
品
２０１１年８月
Ａｕｇｕｓｔ ２０１１
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—４２２６．２０１ １．０４．０２２
钢丝绳旋转性能测定及研究
张钫１， 赵明雌１，
张平萍２，
江艳２
（１．郑州大学机械工程学院，河南郑州４５０００１； ２．国家金属制品质量监督检验中心，
河南郑州４５０００１）
摘要钢丝绳承受载荷时，绝大多数结构的钢丝绳会绕其自身轴线旋转，旋转是钢丝绳难以克服的特性。介绍 ＩＳ０２１６６９：２００５给出的吊钩提升重物测定装置存在的缺点。设计了利用材料试验机测定钢丝绳旋转性能的新型测 定装置，并选取典型结构的钢丝绳进行长度为直径１００和１５０倍的旋转度试验，经过换算，得出长度为直径１ 点：加载方便、安全；旋转角度测量精度高，可测定钢丝绳扭矩；测试范围广。 关键词钢丝绳；旋转性能；ＩＳＯ ２１６６９：２００５；额定载荷；旋转测定装置
ｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈ Ｃａｎ
ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ
ｔｏｒｓｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ，ｔｅｓｔ ｓｃｏｐｅ ｉｓ ｈｒｓｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｔｅｅｌ ｗｏｒｅ
ｒｏｐｅ；ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ＩＳＯ ２１６６９：２００５；ｒａｔｅｄ
ｌｏａｄ；ｒｏｔａｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ
２．Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｗｉｒｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ； Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ＆Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ
Ｑｕａｌｉｔｒ
４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｏｓｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’ｓ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅｓ ｒｏｔａｔｅ ａｒｏｕｎｄ ｉｔｓ ａｘｉｓ ｗｈｅｎ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅｓ ｂｅａｒ ｌｏａｄ．ｒｏｔａｔｉｎｇ ｉｓ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ’ｓ ｉｎｓｕ－
１
长度下的旋转角度为４圈，旋转性能应以１ ０００ｄ长 度下的旋转圈数表示。 ５．２利用吊钩提升重物测定装置测量结果 利用吊钩提升重物测定装置测得的钢丝绳旋转 角度试验数据见表ｌ。
表ｌ
Ｔａｂｌｅ ｌ
吊钩提升重物测定装置测定结果
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｈｏｏｋ ｌｉｆｔｉｎｇ
ｗｅｉｇｈｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ
中图分类号ＴＧ３５６．４＋５
０００
倍的钢丝绳旋转的圈数偏差在０—１．７圈，证实了钢丝绳的旋转特性和抗旋转钢丝绳的优越性。新型测定装置优
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ＺＨＡＮＧ Ｆａｎ９１，ＺＨＡＯ Ｍｉｎｇ－ｈａ０１，ＺＨＡＮＧ Ｐｉｎｇ－ｐｉｎ９２，ＪＩＡＮＧ Ｙａｎ２ （１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
１０。，１ｌ’试样，ｌＯＯｄ和１５０ｄ长度下测得的数据换算 成１ ０００ｄ长度下，钢丝绳旋转的圈数分别为４１．２ 和３９．５，４２．６和４２．２，２０．５和２０．５，１４．０和１４．３，
结构钢丝绳的抗旋转性能。从钢丝绳结构上看， １。一５。试样为单层股钢丝绳，６。，７’试样为钢丝绳芯 钢丝绳，８。，９。试样为四股压实股钢丝绳，１０。～１５。试 样为抗旋转钢丝绳。从换算成１ ０００ｄ长度下钢丝 绳旋转圈数来看，抗旋转钢丝绳的抗旋转性能明显 优于其他钢丝绳的抗旋转性能。普通的单层股钢丝 绳绳芯为纤维绳芯，其旋转角度很大；尽管６’，７。试 样也属于单层股钢丝绳，但是由于其金属绳芯外层 般的捻向与钢丝绳外层股捻向相反，可以部分抵消 钢丝绳外层股的旋转力矩，因此旋转角度比１‘一５‘ 试样有较大幅度的降低；四股压实股钢丝绳通过股 和股中钢丝捻向的设计也可以制造（下转第８ｌ页）
ｐｅｒａｂｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｈｏｏｋ ｌｉｆｔｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ＩＳＯ ２１６６９：２００５ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ
果的准确性。
４
当试验载荷大于所试验钢丝绳最小破断拉力的 ２０％时，不应对较大载荷下所测得的旋转值进行修 正，而是以实际试验载衙下旋转角度换算为１
试验载荷。
０００ｄ
３试验过程控制
（ｄ为钢丝绳直径）钢丝绳长度的结果报出，并注明
试验过程中应缓慢加载，到额定载荷后持荷３ ｒａｉｎ左右．以消除钢丝绳结构伸长，防止由于钢丝 绳结构伸长造成试验载荷不能稳定在额定载荷。 然后放开约束装置让钢丝绳自由旋转，在此过程 中应注意保持载荷稳定在额定载荷，因为钢丝绳 旋转后，钢丝绳试样长度会变长．导致试验力值的
ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ
ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ．Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ
ａ弛ａｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ａｄｄｉｎｇ ｌｏａｄ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ
ａｎｄ
ｓａｆｅ，ｒｏｔａｔｉｎｇ ａｎ学ｅｌ ｍｅａｓｕｌ七ｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ
实现；（４）不能测定钢丝绳的扭矩。
采用自行设计的一种新型测定钢丝绳旋转性能 的实用专利装置（简称新型测定装置）进行试验，新 型测定装置如图２所示。该装置加载方便，旋转角 度测量准确，解决了测定过程不安全、试验操作不易 实现、测定结果不准确、不能测定钢丝绳扭矩等问 题。该装置与标准中推荐的典型装置相比，具有以 下优点：（１）试验加载方便、安全；（２）旋转角度测量 精度高，同时还可测定钢丝绳扭矩；（３）测试范围 广，加载可达到几十吨甚至几百吨。
标准给出的是一种利用吊钩提升重物的典型测定装 置，也就是说，还可以有其他钢丝绳旋转性能测定装 置。（３）对于某一给定结构且具有相同设计和制造
参数的钢丝绳，在全部尺寸范围内具有相同的旋转 性能．因此在进行钢丝绳的旋转性能测定时可以选 择有代表性尺寸的钢丝绳进行试验。（４）试验载荷 至少应为所试验钢丝绳最小破断拉力Ｆ。。的２０％。
图１
Ｆｉｇ
１
吊钩提升重物测定装置
来自百度文库
Ｈｏｏｋ ｌｉｆｔｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ
３
实施ＩＳＯ ２１６６９标准注意事项
实施ＩＳＯ ２１６６９标准时，需要注意：（１）根据ＩＳＯ
Ｆｉｇ ２
图２新型测定装置
Ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ
２１６６９第６条“应当避免重锤从起升至达到平衡时 的旋转惯性”，试验过程中要避免重物的旋转惯性。 要求重物起升的速度应缓慢而平稳，在达到平衡后 开始测定钢丝绳的旋转度。（２）钢丝绳旋转性能测
９．４和９．１，１．２和０．９，０．３和０．３。除１。试样试验 结果偏差相差１．７圈以外，其他都在０～Ｏ．４圈，证明 钢丝绳的旋转角度与钢丝绳的长度基本成正比关系。 （３）同结构不同直径的钢丝绳具有相同的旋转 性能。１’～ｏ试样为同结构不同直径的钢丝绳，换 算成ｌ ０００ｄ样品长度下旋转的圈数分别为４１．２， ４３．５，４２．９，数据比较接近，证明相同结构不同直径 的钢丝绳具有相同的旋转性能。 （４）抗旋转钢丝绳的抗旋转性能明显优于其他
国际标准中钢丝绳旋转性能测定装置存在的不足
ＩＳＯ
２１６６９给出的典型测定装置是利用吊钩提
很困难的，钢丝绳总会存在不同程度的旋转。
过去由于没有统一的钢丝绳旋转度测定方法和
升重物的方法设计制作的，如图ｌ所示。根据ＩＳＯ ２１６６９的要求，利用电动葫芦提升重物来测定钢丝 绳的旋转性能。通过分析和实际应用发现该装置存
制套管压制．也可以采用树脂或金属熔铸套管、楔形
套管或套管固接索扣等方法”１。
当采用ｕ型绳卡固接钢丝绳试样两端时，应将 钢丝绳在地面上自然平直放置，在钢丝绳上试验有 效长度处做好标记（不小于ｌＯＯｄ）．在标记处安装绳 卡，钢丝绳两端各形成一个绳环。钢丝绳两端绳环 应在同一平面上，不得转向或扭劲，以免影响测量结
５．３利用新型测定装置测量结果
利用新型测定装置测得的钢丝绳旋转度试验数
据见表２。
５．４试验结果分析 由表１和表２可以得出以下几个结论。 （１）吊钩提升重物测定装置和新型测定装置所测 得的数据对比表明，同种结构钢丝绳的试验数据比较 接近，偏差不大，２种测定装置测定结果具有可比性。 （２）钢丝绳的旋转角度与钢丝绳的长度基本成 正比，即任何长度下钢丝绳旋转圈数换算成１ ０００ｄ 长度下旋转的圈数基本相等。将ｌ。，４’，５‘，６‘，７。，
１钢丝绳的旋转特性 钢丝绳的旋转性能¨‘２１是指在提升或吊装重物 时钢丝绳产生的围绕其自身轴线旋转的特性。钢丝
基于实际应用的经验总结和一些定性的描述。 笔者分析了ＩＳＯ ２１６６９：２００５（钢丝绳旋转性能的测 定》（简称ＩＳ０２１６６９）给出的典型测定装置（吊钩提升 重物测定装置）存在的不足，以及为了克服其不足而设 计的一种简单易行的钢丝绳旋转度测定装置，同时选 取一些典型结构的钢丝绳进行旋转度测试，总结各种 典型结构钢丝绳的旋转特性，用来指导实际应用。
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ
度，无论试样有效长度是不是ｌ ０００ｄ，均应按比例关 系将试样有效长度下观测到的旋转角度换算为 ０００ｄ长度下的旋转角度。例如，如果在试样有效 长度２５０ｄ下观测到的旋转角度１圈，则在每１ ０００ｄ
２
绳中每个绳股都呈螺旋线形状，当受到提升重物重
力作用时，将产生使螺旋线伸长的拉应力和与螺旋
线方向相反的转动力矩，因而可以观察到钢丝绳伸
长和绕自身轴线旋转的现象。为了确保安全生产和 作业区域内人员的安全，在实际作业中，都不希望钢 丝绳发生旋转或多根钢丝绳缠绕在一起的现象。但 是事实上，要将钢丝绳设计并制作成完全不旋转是