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            鋼絲繩結構性伸長問題研究

            發布時間:2022-06-18 14:01 文章來源:未知 文章作者:admin 點擊數:

            1. 前言一般鋼絲繩由于加載在使用一段時間后會產生結構性伸長,而造成這種伸長的主要原因是鋼絲繩生產中產生的工藝應力和變形,鋼絲在股內、股在鋼絲繩內的相對位置不順當,而


               1. 前言一般鋼絲繩由于加載在使用一段時間后會產生結構性伸長,而造成這種伸長的主要原因是鋼絲繩生產中產生的工藝應力和變形,鋼絲在股內、股在鋼絲繩內的相對位置不順當,而當鋼絲繩一經使用,經過反復的徑向荷載的作用,逐步理順了這些相對的位置,同時也使鋼絲繩產生了永久性的伸長,這就是所謂的結構性伸長。鋼絲繩的結構性伸長一般在0.7%~1.0%之間[1]。其結構性伸長通過張拉可有效消除,使之能在一些對結構性伸長有要求(諸如架空索道、高速、高層電梯、懸吊橋等)的環境里使用,而在這些地方使用時其結構伸長必須控制在0.2%~0.5%。本文對此進行了分析研究。
                    2. 結構性伸長分析
                    2.1鋼絲的受力分析。鋼絲繩中的鋼絲是經過拉拔制成的,在拉制過程中要在鋼絲內形成殘余拉拔應力;由鋼絲捻制成股,再由股捻成繩時,也要產生捻制應力。因此鋼絲繩在制造過程中主要產生兩類應力:殘余拉拔應力和捻制應力。
                    2.1.1殘余拉拔應力。殘余拉拔應力有三種存在形式:
                    (1)殘余拉應力:鋼絲在拉拔過程中,由于模子的角度、潤滑條件、冷卻條件上的差異,變形時,鋼絲的內部各層“晶粒纖維”出現位移差和變形差,因此在鋼絲的縱向產生拉應力。這種拉應力將部分殘存在鋼絲內部形成殘余拉應力。
                    (2)殘余彎曲應力:拉制過程中,鋼絲在拉絲機的輥輪、卷筒中彎曲時要形成彎曲應力殘存于鋼絲的內部。尤其是當卷筒的直徑與鋼絲的直徑不協調(既彎曲比不合)時,殘余彎曲應力更為明顯。此外,如果模子的出口中心與鋼絲在卷筒的切點不在自然水平切線上,也會加劇彎曲應力的形成。
                    (3)滑輪式拉絲機拉制鋼絲時,鋼絲將繞自身軸線產生扭轉,而形成扭轉應力。扭轉次數的多少要取決于卷筒上線桿的旋轉情況及配模情況。 
                    2.1.2捻制應力。捻制應力也有三種形式:
                    (1)扭轉應力(俗稱“反撥力”)。鋼絲或者股繩在捻制時,機身每旋轉一周,則被扭轉一次。如果不采取工字輪翻身措施(筒體式捻制機無法使工字輪翻身),則在鋼絲或股繩內必然產生扭轉力將產生扭轉力矩,使鋼絲或股繩“松捻”,同時使鋼絲繩旋轉和松散。
                    (2)彎曲應力:鋼絲在股中或者在繩中以圓柱螺旋線形式存在,這種螺旋線依靠捻制變形獲得。在變形中,是彈性變形和塑性變形共存,且具有一定的彎曲率。這樣,必然會產生彎曲應力。這種彎曲應力是捻制應力的主要存在形式。
                    (3)拉伸應力:鋼絲或股在捻制時,由于牽引力的作用而處于拉伸狀態,雖然是在彈性極限之內,并未產生塑性變形,但由于螺旋的約束,也將產生拉伸應力。這種拉伸應力在鋼絲繩中表現不太明顯,往往被忽略[2]。由于鋼絲殘余拉拔應力及捻制應力的存在,導致鋼絲在股(繩)捻制后的位置發生“錯位”,雖經校直,有部分也難以“歸位”,這樣就使得鋼絲繩或單股鋼絲繩受負荷時,促使鋼繩各股和鋼絲之間便發生相互位移,使鋼絲繩的原始形狀發生變化,使其“歸位”。這種變化與鋼絲繩的結構,繩內有機物纖維的多少、捻距的長短等因索有關。
                    2.2股及鋼絲在股(繩)內的變形分析。彎曲變形:除中心鋼絲(股)以外,捻成股(繩)后,形成一條空間螺旋曲線產生彎曲變形,其曲率半徑:ρ=R0/Sinα其中:α——捻角。扭轉變形:在一個捻距內,鋼絲(股)繞自身軸線扭轉(沒有退扭的鋼絲/股),此時其扭轉角為:θ=2πcosα其中:α——捻角。因而,鋼絲(股)在其固有狀態下受彎曲變形、扭轉變形以及少量的塑性變形,而當沿其軸線方向施加拉應力時,彎曲、扭轉變形將得以釋放一部分,而壓應力增加,使股(繩)剛度增加。長度的伸長,與施加的拉應力成正比例關系。
                    3. 實驗鋼絲繩的結構和實驗方法實驗是在我公司索具公司YZ-2500預張拉設備上進行。
                    3.1鋼絲繩結構(1)6×19S+PPC-16-IPS進行載荷與伸長量的關系試驗,公稱破斷拉力:150KN,參數取樣長度為25m。(2)6×36WS+IWR-54-1960MPa進行施加50%R.B.S(R.B.S-鋼絲繩最小破斷拉力)拉力時的平均伸長量試驗,鋼絲繩最小破斷拉力:2035KN,鋼絲繩金屬芯總面積:1384.30mm2,以107m作為標注長度。
                    3.2試驗方法。在YZ-2500預張拉設備上將鋼絲繩兩頭用夾具夾緊,逐漸給試樣先加載至5%R.B.S,然后繼續緩慢加載至鋼絲繩最小破斷拉力的50%,鋼絲繩直徑<30mm,第一次張拉時間為30min,卸載至5%R.B.S.,第二次預張拉時間為20 min:鋼絲繩直徑≥30mm,第一次預張拉時間為25 min,卸載至5%R.B.S.,第二次預張拉時間為15 min,鋼絲繩連續承受兩次拉伸負荷。
                    4. 實驗結果與分析鋼繩直徑、捻距與伸長量的關系。鋼繩直徑、捻距與伸長量數據負荷平均繩徑(mm)捻距(mm)伸長量(mm)無負荷16.525108-12KN16.325108.613075KN16.10109265卸載至12KN16.2108.6100 從表1可以看出,隨著負荷的增加,繩徑逐漸變小,捻距逐漸增大,伸長量也逐漸增加,卸載后伸長量減小。原因是鋼繩預張拉逐漸理順了股中絲與絲之間,繩中股與股之間,股與繩芯的相對位置,從而發生了永久性的結構性伸長,而卸載后伸長量減小,是由于一部分彈性伸長隨載荷的去除得以回復。因此張拉處理能有效消除鋼繩的結構伸長,鋼繩結構更趨穩定,繩股受力的均勻性得到了改善,有利于提高鋼繩耐疲勞性,延長使用壽命[3]。進行一次張拉的平均伸長量,分析數據,考慮測量誤差的影響,去掉最大和最小數據,可以得出:施加50%R.B.S拉力時其伸長量為865.13mm,回復至5%R.B.S 拉力時其平均伸長量為:311mm,進行第二次張拉時,在50%R.B.S 時平均伸長量:918.43mm,5% R.B.S時平均伸長量:330mm(去掉最大、最?。?。進行一次、二次張拉的伸長量(mm)試樣50%R.B.S的伸長量進行第一次預張拉進行第二次預張拉5%R.B.S的伸長量進行第一次預張拉進行第二次預張拉結束語由于鋼絲繩中鋼絲(股)的殘余應力雖經成繩后變形的作用,但依然部分存在,這樣使得絲(股)的變形不穩定。而經過預張拉后,繩中鋼絲的殘余拉拔應力以及繩中股和股中絲的殘余捻制應力得以釋放、轉換和重新分布,并且股及鋼絲的彎曲變形、扭轉變形得以更加穩定。而這一過程與張拉保持時間長短,以及張拉次數成一定的關系,在一定載荷作用下保持合理的時間,結構性伸長能夠較徹底的消除,當進行第二次張拉時,將“回復”部分的結構性伸長加以消除。同時鋼絲繩結構性伸長還與鋼絲繩的結構、強度等級有關,要減小和消除鋼絲繩的結構性伸長最有效的方式是經過預張拉,而這些問題還有待以后做進一步分析研究。


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