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　　原标题：【技术前沿】破断拉力高、耐疲劳性能好｜35W×7阻旋转钢丝绳内层绳挤出问题浅析

　　35W×7钢丝绳在垂直悬吊重物时，不产生或产生微小的绕自身轴线转动，非常有利于用在港口装卸、汽车吊等高扬程起吊设备上。其主要特点有：密度系数大，比同规格同强度的其他钢丝绳整绳破断拉力高；与滑轮的接触面积比普通圆股钢丝绳大，耐疲劳性能好；由于结构的特殊性，钢丝绳自身旋转小；与同规格同强度级的其他钢丝绳相比，柔软系数高，可挠性好。但由于35W×7钢丝绳其结构的特殊性，股数较多，捻制复杂，工艺难度较大，且使用和维护要求非常高，使用过程中也经常出现较多的质量问题，如使用过程中发生内层绳挤出后，钢丝绳难以修复，可能破坏钢丝绳结构，重则钢丝绳直接报废。因此，本文从捻制过程和理论方面，分析了35W×7内层绳挤出的质量问题。

　　如图1所示，35W×7钢丝绳有三层股。外层（第三层）有16股，第二层绳有12股，第一层绳有7股。内层绳为瓦林吞式结构，内层绳与外层股呈点接触状态，结构相对外层要稳定。发生内层绳挤出的质量缺陷，就会直接导致钢丝绳报废。

　　35W×7钢丝绳内层绳挤出主要捻制原因有：1）钢丝绳生产过程中，外层股预变形量过大，导致内层绳和外层股没有紧密结合在一起，当钢丝绳受力时，内外层受力不均，当内层受力大于外层受力时，钢丝绳突然卸载，内层绳的反驳力大于外层，就会导致内层绳挤出的质量缺陷。2）捻制过程中各工序的捻制应力控制不当，因35W×7钢丝绳内外层捻向相反，当内层绳的应力大于外层时，内层绳的旋转扭矩就会大于外层，内层绳向外层捻向反方向的扭力不断增大，导致外层股排列结构破坏，内层绳从结构破坏的股缝中挤出。3）35W×7钢丝绳因其结构的特殊性，在捻制过程中，内层绳和外层打扭度数都较大，但内外层捻向相反，钢丝绳整体打扭平衡，这使得钢丝绳内部残余应力较大，未得到释放，使用过程在滑轮卷筒上不断弯曲运行，严重时导致内层绳挤出。4）目前，国内多数钢丝绳都是采用分层捻制而成，这使得钢丝绳捻制不够紧密，使用过程中稍有不慎就会导致结构破坏，可能发生内层绳挤出的质量问题。

　　35W×7钢丝绳内层绳与外层股之间呈点接触状态，内外层的接触面积较小，在钢丝绳受力时，内层与外层股之间摩擦挤压力较大，会产生钢丝绳与滑轮卷筒的挤压应力和外层股与内层绳之间的挤压应力。内层绳是瓦林吞式结构，处于相对稳定的结构，但外层股与内层绳呈点接触状态，当存在较大挤压应力时，容易导致结构破坏，从而挤露出钢绳表面。

　　合理的内外层捻角设计，可以使钢丝绳的耐疲劳性能、伸长量、使用寿命等性能最优。35W×7钢丝绳的内外层捻角搭配对钢丝绳结构的稳定起着至关重要的作用，为了平衡钢丝绳内外层的扭矩和应力，钢丝绳在受力状态下，各层及各股均匀受力，根据国内外钢丝绳生产厂家的生产经验，工艺设计时，多层股钢丝绳内外层的捻角基本相等，股捻角一般在13-17°之间，绳的捻角一般在17-22°之间。在钢丝绳受力时，各层均匀受力，使钢丝绳的各项性能指标均能得到最佳体现。

　　在其他条件相同的情况下，当捻角取值较大时，绳内的弹性应力越大，耐疲劳性能下降，钢丝绳使用寿命缩短；当捻角取值较小时，捻制的强度损失越多，伸长增大。捻角的确定需要综合考虑各种影响因素，太大或太小都会影响钢丝绳的综合性能，且内外层要合理科学搭配。根据经验表明，当捻角小于7°时，钢丝只有弹性变形，势必恢复原来的状态，钢丝绳或股散开的趋势极大，弹性应力很大，钢丝绳的疲劳性能很差，因此设计时可以适当增大捻角。

　　35W×7钢丝绳的内外层捻角搭配对钢丝绳结构的稳定起着至关重要的作用。各层股径不相等，由（1）式可知，捻距和捻角成反比，为了平衡钢丝绳内外层的扭矩和应力，钢丝绳在受力状态下，各层及各股应均匀受力，工艺设计时内外层的捻角应基本相等，使钢丝绳受力时各层均匀受力，才能让钢丝绳的各项性能指标均能得到最佳体现。

　　式（1）中Φ表示捻角，°；A表示捻制圆半径，mm；T表示捻距，mm（详见图2）。

　　以中石油公司高扬程汽车吊上使用的35W×7-30.0mm钢丝绳为例，具体设计参数如表1。

　　根据以上计算，35W×7-30.0mm钢丝绳的股捻角在13-17°范围内，绳的捻角在17-22°范围内，内外层的捻角应基本相等。该钢丝绳在中石油公司高扬程汽车吊上使用效果较好，得到用户一致好评。

　　钢丝绳生产过程中，外层股预变形量必须精准控制，一般通过直接测量预变形压弯深度或拆股变形率来表示，35W×7钢丝绳捻制成不松散不起壳的最佳状态，需要控制拆股变形率在78%-83%范围内。捻制过程中的捻制应力必须用矫直器从源头加以控制，35W×7钢丝绳有三层共35股，控制每股控制应力相等的难度较大，但必须控制在一定的范围内，达到最后钢绳的应力平衡，且让钢丝绳内只有很小的残余应力，这样在钢丝绳运行过程中才不易发生内层绳挤出现象。加大生产设备的改造，采用内外层一次捻制成型，这使得钢丝绳捻制更紧密，结构更稳定。

　　35W×7钢丝绳结构特殊，钢丝绳内股数较多，生产过程控制难度较大，预变形参数的设置关系到钢丝绳内外层的结合好坏，更是钢丝绳使用寿命的直接体现。根据国内外各大生产厂家的实践证明，35W×7钢丝绳捻制成不起壳、不松散的状态，钢丝绳内固有的股绳螺旋线）和式（3）中，L1是钢丝绳内固有的股螺旋线是股预变形形成的螺旋线长度， mm；T是钢丝绳捻距， mm；S是预变形形成的螺距， mm；d是钢丝绳直径， mm；H是预变形后股形成的预变形量， mm；δ是钢丝绳股的直径， mm。

　　实际生产中，预变形参数主要用预变形辊端距、压弯深度、股变形量来作为参考依据，生产实际测量数据如表2。实际生产中检查发现表2中35W×7-32mm钢丝绳有起壳现象，35W×7-26mm钢丝绳有轻微的松散现象，35W×7-30mm和35W×7-28mm钢丝绳用无齿锯切开不散，且在天津市场的旋挖机使用效果较好，印证了国内外各大生产厂家的实践证明。35W×7钢丝绳捻制成不起壳、不松散的状态，钢丝绳内固有的股绳螺旋线，使用寿命更长，使用效果较好。使用时间统计如表3。

　　为了改善35W×7钢丝绳的不旋转性能，防止钢丝绳在捻制和使用过程中出现内外层分层，捻制不紧密而出现内层绳挤出的质量问题，可采取以下措施：

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