起升機構中鋼絲繩的設計

宋今朝

【摘要】 探討了鋼絲繩的結構及設計中應注意的問題。

【關鍵詞】 鋼絲繩 制造工藝 繩芯

一、概述

起升機構是起重機中不可缺少的機構。其作用是起升貨物。起升機構有驅動裝置.傳動裝置.卷繞系統組成。 起升機構中，通常電動機通過聯軸器同減速器連接。機構工作時，減速器輸出軸上的卷筒將鋼絲繩卷進或放出，通過滑輪組系統，使吊鉤上的物品起升或下降。

二、鋼絲繩的結構及注意事項

鋼絲繩具有足夠的各方向相同的撓性；使用可靠、無突然斷裂的現象；運動速度不受限制，工作平穩.無噪音；耐沖擊。編繞鋼絲繩的鋼絲在制造時，經過冷拉.熱處理和化學處理等工藝過程后，其強度極限可提高 。

在起重機械中，雙重繞鋼絲應用最廣。此繩通過兩次旋繞制成，首先各繩股由鋼絲圍著股芯繞成，然后繩股圍著繩芯再一次旋繞而成鋼絲繩。儲油，受載時可以擠出油脂潤滑鋼絲，一般都采用麻芯。當卷筒做多層卷繞時，宜用金屬繩芯的鋼絲繩，因為它具有較好的承受橫向擠壓的承受能力。

當兩次旋繞的繞向相同時，稱為順繞繩。兩種繞向相反時，則稱交繞繩。同時繩股在鋼絲繩中的繞向還有左.右旋的區分.顯然，順繞繩在張緊狀態下有顯著的扭轉趨勢，這是在繞制時被掩蓋著的傾向的暴露。因此在物品的自由懸掛的起升機構中，多采用交繞繩作為起升繩。

這樞要是因為它不象順繞繩那樣有扭轉的強烈趨向。通過交順繞兩種鋼絲繩的外形可以看出，順繞兩種鋼絲繩的外形可以看出，交繞繩的鋼絲的方向同鋼絲繩中心線是接近于平行的，而順繞繩的鋼絲的方向則同鋼絲繩中心線以較大的角度斜向交叉，因而順繞的撓性較好，表面光滑耐磨，壽命較長。所以當升降或牽引的物體，其扭轉被約束時，可優先使用順繞繩。不過需注意到另一種傾向，就是在松弛狀態下特別容易扭轉纏結。

普通鋼絲繩的結構是由相同直徑的鋼絲繞成的，其繩股中內外相鄰繞層的鋼絲的中心線相互交叉，鋼絲間互相斷續接觸，通稱點接觸。因此壽命低。為改善鋼絲間的接觸情況，便出現了復合結構的鋼絲繩。這種鋼絲繩的繩股是由粗細不同的鋼絲充填混編的。

在繩股的任何截面內，每根鋼絲同其周圍的鋼絲都保持接觸.而且相鄰繞層的鋼絲中心線互相平行，所以鋼絲間沿著整個長度連續接觸——線按觸。由于改進了縱橫方向的接觸狀況，因此降低了接觸應力，而使壽命比點接觸鋼絲繩可提高。

復合鋼絲繩的撓性也優干普通鋼絲繩，用于絞車比較合適。復合結構的鋼絲繩有兩種：一種是繩股的外層鋼絲粗細不同，互相間隔，其撓性較好，另一種的繩股外層鋼絲直徑相同，且細絲在股內，粗絲在外層，這種外粗式鋼絲繩用于多層卷繞或磨損劇烈的條件下，比較適宜。

對于岸邊作業使用的鋼絲繩，因露天潮濕甚至要浸水，所以鋼絲繩應由鍍鋅的鋼絲繞制，以防止銹蝕。鋼絲繩在繞制過程中，產生相當大的內應力，因此鋼絲繩末受裁荷時，已保存著殘余應力，主要原因是在于被編繞的鋼絲是彈性直鋼絲。

為解決這個矛盾，于是有制造預彎鋼絲的鋼絲繩，以消除這些殘余應力。即是將鋼絲在進入編繞以前，預彎戍鋼絲在鋼絲繩中應有的螺旋形狀。這種鋼絲繩端部的繩股和繩絲不會自行松散，斷絲后斷頭不外露。鋼絲間載荷分配均勻，撓性好，可以承受更多的彎繞次數。當載荷變化時，鋼絲繩扭轉的趨勢有很大的緩和，對于原來受使用條件限制的順繞繩來講，在很大程度上彌補了它的缺陷，擴大了它的使用范圍。在起升機構中，鋼絲繩是易損零件，必須予以充分注意。為此，應根據它的破壞現象，分析原因，找出矛盾，以提高其使用壽命。

鋼絲繩在工作時要進出滑輪或卷簡作彎繞，因而除了產生拉應力外，還有接觸應力和彎曲應力。尤其是后兩者的脈動特性，引起金屬的疲勞。實踐證明，這種多次彎曲造成的彎曲疲勞是造成鋼絲繩破壞的主要矛盾。當鋼絲繩彎繞過一定的次數以后，外層鋼絲首先開始斷裂.隨后內層鋼絲也跟著斷裂，而且破壞速度逐漸加快，直至完全斷裂。

在使用時，須按照報廢規定實行定期檢查，在一個繩股螺距的長度內，外層鋼絲的斷裂數目達到總絲數的一定百分比后，就必須更換。以螺距長度來檢查斷絲的理由在于：鋼絲雖在某處斷裂，但它并不就此無用，這是由于鋼絲間摩擦力很大，斷裂的鋼絲在離斷頭一個螺距以外，又可以恢復其承載能力的緣故。 鋼絲繩直到報廢為止所承受的彎曲次數，就是鋼絲繩的壽命。

為提高它的壽命，可采取如下措施： 由于鋼絲繩壽命隨滑輪或卷簡直徑D與鋼絲繩直徑d的比值的增加及拉應力的減小而增加，所以在規范中規定了e=D/d的允許最小數值，如果再小的話，鋼絲繩壽命就迅速降低。從鋼絲繩角度考慮，應該合理地選擇滑輪組的分支數.這將影響到鋼絲繩拉力。一次反向彎繞所引起的鋼絲繩疲勞效果，約為單向彎繞的兩倍。所以在繞繩系統中，應該力求避免反向彎繞。以鑄鐵代替鋼，能提高壽命10-20%。

鋼絲繩應定期加以潤滑，以減少鋼絲繩內外的磨損，否則一旦銹蝕，會嚴重影響壽命。