无轴向荷载条件下钢丝绳横向刚度的测定及研究.pdf

第49 卷Vol.49doi:10.3969/j.issn.1003-4226.2023.04.012无轴向荷载条件下钢丝绳横向刚度的测定及研究第4期No.4金属制品MetalProducts2023年8 月August2023张，霍杰，崔鹏飞（国家金属制品质量检验检测中心，河南郑州450 0 0 1）摘要：钢丝绳在运行过程中，钢丝绳之间尤其是多层缠绕钢丝绳之间会相互挤压产生横向荷载，施加到钢丝绳上，横向荷载导致钢丝绳沿径向发生变形,如果变形过大直接导致钢丝绳结构发生变化,降低钢丝绳使用寿命。横向刚度是钢丝绳抵抗横向荷载变形的能力，反映其捻制质量，是钢丝绳的关键指标。国内还没有一个专门的方法标准规定钢丝绳横向刚度如何检测。对IS016839：2 0 13 钢丝绳-无轴向荷载条件下钢丝绳横向刚度的测定进行了解读，指出该标准在实施过程中的注意事项，准确测定钢丝绳横向刚度，以此提升钢丝绳使用寿命。关键词：钢丝绳；横向刚度；ISO16839：2 0 13中图分类号：TG356.4*5Determination and research on transverse rigidity of steel wire ropes(National Metal Product Quality Inspection Center,Zhengzhou 450001,China)Abstract:Steel wire ropes,especially multi-layer winding steel wire ropes compress each other to generate transverse loadsin working,which are applied to steel wire rope,transverse loads cause steel wire rope to deform radially.If deformation istoo large,it will directly cause changes to structure of steel wire rope,reducing its service life.Transverse rigidity is abilityof steel wire rope to resist transverse load deformation,reflecting its lay quality,and is key indicator of steel wire rope.There is no specific method standard in domestic that specifies how to detect transverse rigidity of steel wire ropes.The ISO16839:2013 Steel wire ropes-Determination of the transverse rigidity of steel wire ropes under no axial load conditionsstandard is interpreted and precautions in implementation of this standard are pointed out,accurately measuring lateral stiff-ness of steel wire ropes,to improve service life of steel wire ropes.Keywords:steel wire rope;transverse rigidity;ISO 16839:2013钢丝绳具有柔曲性好，承载能力强等优点，作为牵引和提升部件，广泛应用于煤矿，起重、冶金、港口、游乐设施、电梯、索道等场所。钢丝绳在运行过程中，在牵引力作用下,钢丝绳之间互相挤压产生横向荷载,或者与卷筒、滑轮等机构接触的时候产生横向荷载】,横向荷载施加到钢丝绳上,使得钢丝绳径向发生变形，导致钢丝绳结构发生变化，钢丝之间互相挤压降低钢丝绳使用寿命。钢丝绳规格型号的特性决定了钢丝绳承受横向荷载的大小，钢丝绳承受横向荷载的能力直接决定了钢丝绳寿命,因此钢丝绳横向刚度是钢丝绳捻制质量的关键指标。目前国内还没有专门的测试方法标准。笔者通过对ISO16839：2013钢丝绳-无轴向荷载条件下钢丝绳横向刚度的测定标准解读，对试验原理，夹具设计，测试过程及数据处理等进行分析，准确测定钢丝绳横向刚文献标识码：Aunder no axial load conditionZhang Fang,Huo Jie,Cui Pengfei1.1测试原理多层缠绕钢丝绳在工作卷筒缠绕过程中，钢丝绳落在两个钢丝绳之间，钢丝绳层状排列示意图如图1所示。钢丝绳受到压力后，钢丝绳之间相互挤压，会产生沿钢丝绳直径方向的竖向和横向变形,通过记录竖向和横向的变形值,将竖向变形和横向变形值的比值作为评价钢丝绳横向刚度的指标 2 ,钢丝绳横向刚度测试原理如图2 所示。1.2测试样品准备样品要求：钢丝绳试样无缺陷，表面干净。试样长度至少3 个捻距长度。切断前对钢丝绳切割部分度，为钢丝绳选型提供数据支撑，验证钢丝绳的横向刚度是否满足要求,以提升钢丝绳的使用寿命。1钢丝绳横向刚度测试第4期张，等：无轴向荷载条件下钢丝绳横向刚度的测定及研究.45丝绳样品捻距确定夹具的长度2 2 0 mm。测试用夹具如图4所示。1200N810.0.2图1钢丝绳层状排列示意图Fig.1 Diagram of layered arrangement of steel wire ropesMDAdx2md y（a）测试原理示意图图2 钢丝绳横向刚度测试原理Fig.2 Testing principle of transverserigidity of steel wire ropes两端应进行捆扎，防止钢丝或绳股散开或者错位，钢丝绳的切断应采用砂轮,锤击或剪断等方法 3 。除了夹具应避免其他任何物体对钢丝绳样品造成弯曲。钢丝绳测试样品规格型号如下。1#样品：2 8mm8K26WS-EPIWRC,捻距18 2 mm,样品长度900mm;2#样品:2 9 mm619S-IWRCIPS,捻距198mm，样品长度9 0 0 mm;3#样品：3 2 mm6K36WS+FC,捻距2 0 8 mm样品长度9 0 0 mm。钢丝绳测试样品如图3 所示。AdxXm20b(a）夹具尺寸图4测试用夹具Fig.4Test fixture2最大横向力计算（b）夹具设计示意图根据最大加载力值选择量程为6 0 0 kN微机控制电子万能试验机，测量用仪表的精度1%。根据经验，多层缠绕钢丝绳上产生的横向压力P达到6 0N/mm,试验过程中施加的最大横向力Fo.max按照给出的公式(1)计算。Fo.m二式（1)中：Fo.max为试验过程中施加最大横向力,kN；p为横向压力，取6 0 N/mm；d n o m为钢丝绳公称直径,mm;ljaws为夹具长度,mm。根据选择样品的实际情况，计算试验过程施加的最大横向力：1#样品Fo.max=369.6kN,2#样品Fo.m=382.8 kN,3#样品 Fo mx=422.4 kN。(b）夹具样品p domx lime1 000(1)3试验过程及数据分析3.1试验过程钢丝绳横向刚度性能测试如图5所示。钢丝绳试样放人夹具V型槽中，上下两片夹具对中,预加荷图3 钢丝绳测试样品Fig.3 Test sample of steel wire ropes1.3汉测试夹具测试夹具的设计要求：夹具的长度liaws不小于钢丝绳样品的一个捻距长度，夹具的宽度6 不小于钢丝绳样品公称直径的3 倍，试验夹具要和压力试验机配合使用。夹具的厚度t不小于1倍钢丝绳样品直径。V型槽的角度是12 0，V型槽深度g不小于钢丝绳样品公称直径的0.3 4倍。夹具应当使用高碳钢,V型槽的硬度不小于6 0 HRC。根据钢丝绳样品情况及测试要求，设计的夹具分为上下两块，V型槽夹角12 0，选取钢丝绳样品直径3 0 mm，确定夹具V型槽深度g=10.5mm,厚度t=32mm,根据钢载至0.5%Fo.max，所有千分表都调整至零。注意千分表安装参考设置应在整个荷载试验过程保持不变。图5钢丝绳横向刚度性能测试Fig.5 The transverse rigidity test of steel wire rope预负荷下开始施加荷载，钢丝绳承受的荷载平.46均分十个等级加载到Fo.mx，每一等级施加荷载F。，在垂直力的方向实测钢丝绳直径的变化，记录千分表的读数（dxim，d x 2 m）。在夹具的中部，在力方向上，实测钢丝绳直径的变化，记录千分表通过测量夹具位移的读数dym，在第一个力循环条件下应记录钢丝绳初始条件数据。卸载到初始荷载。在一个试验周期重复加载和卸载，直到试样全部或部分稳定，停止试验。全部稳定是重复读取力值范围内的最大值和最小值对应的千分表读数，读数不变。部分稳定是实施力循环，重复读取力值范围内的最大值和最小值对应的千分表读数,读数一直变化。如果钢丝绳达到稳定状态，试验周期停止，例如钢丝绳仅达到部分稳定，应当记录循环的次数。根据样品的情况，样品测试一次，每次测试3 个循环并记录数据。3.2数据处理Table 1 Calculation results of deformation degree of No.1 steel wire rope under minimum and maximum lateral loads循环次数第1次第2 次第3 次Table 2 Calculation results of deformation degree of No.2 steel wire rope under minimum and maximum lateral loads循环次数第1次第2 次第3 次金属制品变形程度V（%）是钢丝绳抵抗横向荷载的特性，按照公式(2)进行计算。(dx)100%,1d.式(2)中,dy是在荷载F。方向上钢丝绳实测直径的变化,dy=d-d y m;d x 是垂直荷载F。方向上钢丝绳实测直径的变化,dx=d+d x 1m+d x 2 mo3.3数据计算及分析根据试验过程进行试验，并记录数据，根据公式(2)计算变形程度V(%）,绘制横向荷载与变形程度曲线。1#钢丝绳在最小和最大横向荷载作用下变形程度数据计算结果见表1,1#钢丝绳横向荷载与变形程度曲线如图6 所示;2#钢丝绳在最小和最大横向荷载作用下变形程度数据计算结果见表2,2#钢丝绳横向荷载与变形程度曲线如图7 所示;3#钢丝绳在最小和最大横向荷载作用下变形程度数据计算结果见表3,3#钢丝绳横向荷载与变形程度曲线如图8 所示。表11#钢丝绳在最小和最大横向荷载作用下变形程度数据计算结果Fo.mAdx/m/mm10%0.31100%1.6110%0.28100%1.1510%0.28100%1.1430.0025.0020.0015.0010.005.0000Fig.6 Curve of lateral load and deformation degree of No.1 steel wire rope表2 2#钢丝绳最小和最大横向荷载作用下变形程度数据计算结果Fo.mmAdxim/mm10%0.1100%1.1810%0.16100%0.8110%0.17100%0.79第49 卷(2)Adx2m/mmAdym/mm0.20.871.443.440.230.731.182.790.240.811.172.77第1次一第2 次100200模向荷载Fo.mm/kN图6 1#钢丝绳横向荷载与变形程度曲线Adx2m/mm0.091.230.160.980.180.98dx/mm28.5131.0528.5130.3328.5230.31第3 次300Adym/mmdx/mm0.8729.193.8131.410.9829.323.1130.79128.353.0529.77dy/mm27.1324.5627.2725.2127.1925.23400dy/mm28.1325.1928.0225.892825.95V/%5.0926.434.5520.314.8920.13V/%6.4824.694.6418.931.2514.72第4期Table 3 Calculation results of deformation degree of No.3 steel wire rope under minimum and maximum lateral loads循环次数第1次第2 次第3 次从数据分析曲线看，3 个循环周期后，判定2#样品是部分稳定状态，其余样品第2 次和第3 次循环数据曲线基本重合，均可以认为是全部稳定状态。4结论根据试验数据分析，3 个测试样品，第1个循环最大荷载下变形程度均大于第2 和第3 个循环变形程度，因此至少进行3 个循环才能确定钢丝绳是否全部处于稳定状态。判定全部稳定状态时，考虑不确定度,因为不确定度存在导致两次试验的数据不可能完全一致，可以通过数据的回归分析确定,如果曲线状态完全一致，可以确定全部稳定状态，如果不一致，确定是部分稳定状态。张，等：无轴向荷载条件下钢丝绳横向刚度的测定及研究30.00V125.00%20.0015.0010.005.0000Fig.7Curve of lateral load and deformation degree of No.2 steel wire rope表3 3#钢丝绳最小和最大横向荷载作用下变形程度数据计算结果Fo.mAdx/m/mm10%0.24100%1.3710%0.11100%0.5810%0.10100%0.5730.00第1次25.0020.0015.0010.005.0000Fig.8 Curve of lateral load and deformation degree of No.3 steel wire rope.47.V2V3100200模向荷载Fo.mm/kN图7 2#钢丝绳横向荷载与变形程度曲线Adx2m/mm0.181.690.130.880.120.88第2 次100200模向荷载F.m/kN图8 3#钢丝绳横向荷载与变形程度曲线1ISO Technical Committees.Stel wire ropes-Determi-nation of the transverse rigidity of steel wire ropes underno axial load condition:ISO 16839:2013 S.ISO/TC105,2013.2潘志勇，邱煌明.钢丝绳生产工艺M.长沙：湖南大学出版社,2 0 0 8.3中国钢铁工业协会.钢丝绳验收及缺陷术语：GB/T219652020S.北京：中国标准出版社，2 0 2 1.(收稿日期:2 0 2 3-0 5-17)作者简介张1980年生，国家金属制品质量检验检测中心高级工程师。霍杰1994年生，国家金属制品质量检验检测中心助理工程师。崔鹏飞1992年生，国家金属制品质量检验检测中心助理工程师。300Adym/mmdx/mm1.3232.424.7135.060.832.242.9333.460.8132.222.9233.45第3 次300400dy/mm30.6827.2931.229.0731.1929.08400500参考文献V/%5.6728.473.3315.103.3015.03