起升机构中钢丝绳的设计

起升机构中钢丝绳的设计

作者：宋今朝

来源：《中国新通信》2015年第21期

【摘要】探讨了钢丝绳的结构及设计中应注意的问题。

【关键词】钢丝绳制造工艺绳芯

一、概述

起升机构是起重机中不可缺少的机构。其作用是起升货物。起升机构有驱动装置.传动装置.卷绕系统组成。起升机构中，通常电动机通过联轴器同减速器连接。机构工作时，减速器输出轴上的卷筒将钢丝绳卷进或放出，通过滑轮组系统，使吊钩上的物品起升或下降。

二、钢丝绳的结构及注意事项

钢丝绳具有足够的各方向相同的挠性；使用可靠、无突然断裂的现象；运动速度不受限制，工作平稳.无噪音；耐冲击。编绕钢丝绳的钢丝在制造时，经过冷拉.热处理和化学处理等工艺过程后，其强度极限可提高。

在起重机械中，双重绕钢丝应用最广。此绳通过两次旋绕制成，首先各绳股由钢丝围着股芯绕成，然后绳股围着绳芯再一次旋绕而成钢丝绳。储油，受载时可以挤出油脂润滑钢丝，一般都采用麻芯。当卷筒做多层卷绕时，宜用金属绳芯的钢丝绳，因为它具有较好的承受横向挤压的承受能力。

当两次旋绕的绕向相同时，称为顺绕绳。两种绕向相反时，则称交绕绳。同时绳股在钢丝绳中的绕向还有左.右旋的区分.显然，顺绕绳在张紧状态下有显著的扭转趋势，这是在绕制时被掩盖着的倾向的暴露。因此在物品的自由悬挂的起升机构中，多采用交绕绳作为起升绳。

这枢要是因为它不象顺绕绳那样有扭转的强烈趋向。通过交顺绕两种钢丝绳的外形可以看出，顺绕两种钢丝绳的外形可以看出，交绕绳的钢丝的方向同钢丝绳中心线是接近于平行的，而顺绕绳的钢丝的方向则同钢丝绳中心线以较大的角度斜向交叉，因而顺绕的挠性较好，表面光滑耐磨，寿命较长。所以当升降或牵引的物体，其扭转被约束时，可优先使用顺绕绳。不过需注意到另一种倾向，就是在松弛状态下特别容易扭转缠结。

普通钢丝绳的结构是由相同直径的钢丝绕成的，其绳股中内外相邻绕层的钢丝的中心线相互交叉，钢丝间互相断续接触，通称点接触。因此寿命低。为改善钢丝间的接触情况，便出现了复合结构的钢丝绳。这种钢丝绳的绳股是由粗细不同的钢丝充填混编的。

在绳股的任何截面内，每根钢丝同其周围的钢丝都保持接触.而且相邻绕层的钢丝中心线互相平行，所以钢丝间沿着整个长度连续接触——线按触。由于改进了纵横方向的接触状况，因此降低了接触应力，而使寿命比点接触钢丝绳可提高。

复合钢丝绳的挠性也优干普通钢丝绳，用于绞车比较合适。复合结构的钢丝绳有两种：一种是绳股的外层钢丝粗细不同，互相间隔，其挠性较好，另一种的绳股外层钢丝直径相同，且细丝在股内，粗丝在外层，这种外粗式钢丝绳用于多层卷绕或磨损剧烈的条件下，比较适宜。

对于岸边作业使用的钢丝绳，因露天潮湿甚至要浸水，所以钢丝绳应由镀锌的钢丝绕制，以防止锈蚀。钢丝绳在绕制过程中，产生相当大的内应力，因此钢丝绳末受裁荷时，已保存着残余应力，主要原因是在于被编绕的钢丝是弹性直钢丝。

为解决这个矛盾，于是有制造预弯钢丝的钢丝绳，以消除这些残余应力。即是将钢丝在进入编绕以前，预弯戍钢丝在钢丝绳中应有的螺旋形状。这种钢丝绳端部的绳股和绳丝不会自行松散，断丝后断头不外露。钢丝间载荷分配均匀，挠性好，可以承受更多的弯绕次数。当载荷变化时，钢丝绳扭转的趋势有很大的缓和，对于原来受使用条件限制的顺绕绳来讲，在很大程度上弥补了它的缺陷，扩大了它的使用范围。在起升机构中，钢丝绳是易损零件，必须予以充分注意。为此，应根据它的破坏现象，分析原因，找出矛盾，以提高其使用寿命。

钢丝绳在工作时要进出滑轮或卷简作弯绕，因而除了产生拉应力外，还有接触应力和弯曲应力。尤其是后两者的脉动特性，引起金属的疲劳。实践证明，这种多次弯曲造成的弯曲疲劳是造成钢丝绳破坏的主要矛盾。当钢丝绳弯绕过一定的次数以后，外层钢丝首先开始断裂.随后内层钢丝也跟着断裂，而且破坏速度逐渐加快，直至完全断裂。

在使用时，须按照报废规定实行定期检查，在一个绳股螺距的长度内，外层钢丝的断裂数目达到总丝数的一定百分比后，就必须更换。以螺距长度来检查断丝的理由在于：钢丝虽在某处断裂，但它并不就此无用，这是由于钢丝间摩擦力很大，断裂的钢丝在离断头一个螺距以外，又可以恢复其承载能力的缘故。钢丝绳直到报废为止所承受的弯曲次数，就是钢丝绳的寿命。

为提高它的寿命，可采取如下措施：由于钢丝绳寿命随滑轮或卷简直径D与钢丝绳直径d的比值的增加及拉应力的减小而增加，所以在规范中规定了e=D/d的允许最小数值，如果再小的话，钢丝绳寿命就迅速降低。从钢丝绳角度考虑，应该合理地选择滑轮组的分支数.这将影响到钢丝绳拉力。一次反向弯绕所引起的钢丝绳疲劳效果，约为单向弯绕的两倍。所以在绕绳系统中，应该力求避免反向弯绕。以铸铁代替钢，能提高寿命10-20%。

钢丝绳应定期加以润滑，以减少钢丝绳内外的磨损，否则一旦锈蚀，会严重影响寿命。