钢丝绳受力计算公式
鋼絲繩受力計算公式
鋼絲繩是起重機上應用最廣泛的撓性構件,也是起重機械安全生產三大重要構件(制動器、鋼絲繩和吊鉤)之一。鋼絲繩具有重量輕、撓性好、使用靈活、韌性好、能承受衝擊載荷、高速運行中沒有噪音、破斷前有斷絲預兆等優點。但起重鋼絲繩頻繁用於各種作業場所,因此易磨損、易腐蝕等。如果鋼絲繩的選擇、維護、保養和使用不當,容易發生鋼絲繩斷裂,造成傷亡事故或重大險情。因此正確掌握使用鋼絲繩的方法是十分重要的。
一、鋼絲繩的種類
鋼絲繩是把很多根直徑為0.3～3mm的高強度碳素鋼鋼絲先擰成股,再把若干股圍繞著繩芯擰成繩的。鋼絲繩種類很多,按繞撚方法不同可分為左同向撚、右同向撚、左交互撚、右交互撚四種,起重作業中常用右交互撚鋼絲繩。
按鋼絲繩芯材料不同可分為麻芯、石棉芯和金屬繩芯三種,起重作業中常採用麻芯鋼絲繩,麻芯中浸有潤滑油,起減小繩股及鋼絲之間的摩擦和防腐蝕的作用。
按鋼絲繩繩股及絲數不同可分為6×19、6×37和6×61三種,起重作業中最常用的是6×19和6×37鋼絲繩。
按鋼絲表面處理不同又可分為光面和鍍缽兩種,起重作業中常用光面鋼絲繩。
按鋼絲繩股結構分類,又可分為點接觸繩、線接觸繩和接觸繩。
點接觸繩的各層鋼絲直徑相同,但各層螺距不等,所以鋼絲互相交叉形成點接觸,在工作中接觸應力很高,鋼絲易磨損折斷,但其製造工藝簡單。
線接觸繩的股內鋼絲粗細不同,將細鋼絲置於粗鋼絲的溝槽內,粗細鋼絲間成線接觸狀態。由於線接觸鋼絲繩接觸應力較小,鋼絲繩壽命長,同時撓性增加。由於線接觸鋼絲繩較為密實,所以相同直徑的鋼絲繩,線接觸繩破斷拉力大些。繩股內鋼絲直徑相同的同向撚鋼絲繩也屬線接觸繩。
面接觸繩的股內鋼絲形狀特殊,採用異形斷面鋼絲,鋼絲間呈面狀接觸。
其優點是外表光滑,抗腐蝕和耐磨性好,能承受較大的橫向力;但價格昂貴,故只能在特殊場合下使用。
二、鋼絲繩的規格參數
一般起重作業可採用GB/T8918-1996《鋼絲繩》中6×19和6×37鋼絲繩,其規格參數見表 1和表2。
表1 鋼絲繩的破斷拉力
表 2 鋼絲繩的破斷拉力
三、鋼絲繩的標記
目前在起重機上所採用的鋼絲繩主要是普通型結構鋼絲繩,繩6×19和繩6×37。按照國家標準《圓股鋼絲繩》(GB1102一74)的規定,鋼絲繩的標記方法如下:
如,鋼絲繩6×37-15.0-170-I一甲一鍍一右交GB1102-74
這表示該圓股鋼絲繩由6股撚制,股的結構形式為點接觸,每股有37根鋼絲,纖維繩芯, 鋼絲繩直徑15.Omm,由公稱抗拉強度1700MPa的I號甲組鍍缽鋼絲製成,鋼絲繩的撚向為右交互撚。
四、鋼絲繩的選用
鋼絲繩在同直徑時公稱抗拉強度越低,每股繩內鋼絲越多,鋼絲直徑越細,則繩的撓性越好,但鋼絲繩易磨損。反之,每股繩內鋼絲直徑越粗,則鋼絲繩撓性越差,鋼絲繩耐磨損。因此,不同型號的鋼絲繩,它的使用範圍也不同。根據起重吊裝作業的實際需要,一般情況下,鋼絲繩的選用可考慮以下原則:
(1)6×19鋼絲繩用做纜風繩、拉索及製作起重索具,一般用於受彎曲載荷較小或遭受磨損的地方。
(2)6×37鋼絲繩用於起重作業中捆紮各種物件、設備及穿繞滑車組和製作起重用索具。適用於繩索受彎曲時。
(3)6×61鋼絲繩用於綁紮各類物件。繩??剛性較小,易於彎曲,用於受???不大的
地方。
同向撚的鋼絲繩,表面較平整、柔軟,具有良好的抗彎曲疲勞性能,比較耐用;其缺點是繩頭斷開處繩股易鬆散,懸吊重物時容易出現旋轉,易捲曲扭結,因此在吊裝中不宜單獨採用。起重吊裝作業常用存交互撚鋼絲繩。
五、鋼絲繩的受力計算
某一規格的鋼絲繩允許承受的最大拉力是有一定限度的,超過這個限度,鋼絲繩就會被破壞或拉斷,因此在工作中需對鋼絲繩的受力進行計算。
(一) 鋼絲繩的破斷控力
鋼絲繩的破斷拉力可由表1、2中查出,考慮鋼絲繩撚制使每根鋼絲受力不均勻,整根鋼絲繩的破斷拉力應按下式計算:
S P =ΨΣS i
式中S P ——鋼絲繩的破斷拉力,kN;
ΣS i ——鋼絲絲繩規格表中提供的鋼絲破斷拉力的總和, kN;
Ψ——鋼絲撚制不均折減係數,對6×19繩,Ψ=0.85;對6×37繩,Ψ=0.82;對6×61 繩, Ψ=0.80。
但在工作現場,一般缺少圖表資料,同時也不要求精確計算,此時可採用下式(僅為數據估算用,非規範公式)估算鋼絲繩的破斷拉力:
S P =500d2
式中S P ——鋼絲繩的破斷拉力,N;
d——鋼絲繩的直徑 ,mm。
(二)鋼絲繩的安全係數
為了保證起重作業的安全,鋼絲繩許用拉力只是其破斷拉力的幾分之一。破斷拉
力與許用拉力之比為安全係數。下表列出了不同用途鋼絲繩的安全係數。
表為鋼絲繩的安全係數
(三)鋼絲繩的許用扭力
P = S P / K
式中 P——鋼絲繩的許用拉力,N;
S P——鋼絲繩的破斷拉力,N;
K ——鋼絲繩的安全係數。
例 : 型號6×37-26的鋼絲繩,用做捆綁繩時其許用拉力為多大？
解: S P =500d2=500×262=338000(N)
用做捆綁繩時,取K=10,則
P = S P / K =338000 / 10=33800（N）
六、鋼絲繩報廢標準
鋼絲繩使用到一定的損壞程度時,必須按規定報廢,其報廢標準如下:
①每一節距(也稱撚距,指鋼絲繩中的任何一股纏繞一周的軸向長度)內鋼絲斷裂的數目超過表2.4規定的數目時應報廢。鋼絲繩斷絲數量不多,但斷絲增加很快時也應報廢。
②鋼絲繩的鋼絲磨損或腐蝕達到或超過原來鋼絲直徑的40%以上時,即應報廢。
在40%以內者應按表2.5降級使用。當整根鋼絲繩的外表面受腐蝕而形成的麻面達到肉眼很容易看出的程度時,應予報廢。
表為折減係數
③鋼絲繩受過火燒或局部電弧作用應報廢。
④鋼絲繩壓扁變形、有繩股或鋼絲擠出、籠形畸變、繩徑局部增大、扭結、彎折時應報廢。
⑤鋼絲繩繩芯損壞而造成繩徑顯著減少(達7%)時應報廢。
⑥吊運熾熱金屬或危險品的鋼絲繩,報廢斷絲數取通用起重機鋼絲繩斷絲數的一半,其中包括鋼絲繩表面磨損或腐蝕的折減。
七、鋼絲繩使用、維護與保養
①鋼絲繩要正確開卷。鋼絲繩開卷時,要避免鋼絲繩扭結,強度降低以致損壞。鋼絲繩切斷時要紮緊防止鬆散。
②鋼絲繩不得超負荷使用,不能在衝擊載荷下工作,工作時速度應平穩。
③在捆綁或吊運物件時,鋼絲繩應避免和物體的尖角棱邊直接接觸,應在接觸處墊以木塊、麻布或其他襯墊物。
④嚴禁鋼絲繩與電線接觸,以免被打壞或發生觸電。靠近高溫物體時,要採取隔熱措施。
⑤鋼絲繩在使用中應避免扭結,一旦扭結,應立即抖直。使用中應儘量減少彎折
次數,並儘量避免反向彎折。
⑥鋼絲繩與捲筒或滑車配用時,捲筒或滑輪的直徑至少比鋼絲繩直徑大16倍。不能穿過已經破損的滑輪,以免磨損鋼絲繩或使繩脫出滑輪,造成事故。
⑦鋼絲繩穿過滑輪時,滑輪槽的直徑應比鋼絲繩的直徑大1～2.5mm。如滑輪槽的直徑過大,則繩易被壓扁;過小,則繩易磨損。
⑧鋼絲繩應防止磨損、腐蝕或其他物理條件、化學條件造成的性能降低。吊運熔化及灼熱金屬的鋼絲繩,要有防止高溫損壞的措施。
⑨使用前要根據使用情況選擇合適直徑的鋼絲繩;在使用過程中,要經常檢查其負荷能力及破損情況;使用後及時保養,正確存放。
八、鋼絲繩的安全檢查
鋼絲繩的檢查可分為日常檢驗、定期檢驗和特殊檢驗,日常檢驗就是自檢;定期檢驗根據裝置形式、使用率、環境以及上次檢驗的結果,可確定採用月檢還是年檢。鋼絲繩的檢查內容及要求見下表。
具體檢驗方法如下:
(1)斷絲在一個撚距統計斷絲數,包括外部和內部的斷絲。即使在同一根鋼絲上有2處斷絲,統計時也應按2根斷絲數統計。鋼絲斷裂部分超過本身半徑者,應以斷絲處理。
①檢驗時應注 ' 意斷絲的位置 ( 如距末端多遠 ) 和斷絲的集
中程度 , 以決定處理方法。
②注意斷絲的部位和形態,即斷絲發生在繩股的凸出部位,還是凹穀部位。根據斷絲的形態,可以判斷出斷絲的原因。
鋼絲繩檢驗部位
(2)磨損磨損檢驗主要是磨損狀態和直徑的測量。
磨損的狀態有兩種:一種是同心磨損,另一種是偏心磨損。偏心磨損的鋼絲繩多數發生在繩索移動量不大、吊具較重、拉力變化較大的場合。例如,電磁吸盤起重機的起升繩易
發生這種磨損。偏心磨損和同心磨損同樣使鋼絲繩強度降低。
(3)腐蝕腐蝕有外部腐蝕和內部腐蝕兩種。
內部腐外部腐蝕的檢驗:目視鋼絲繩生銹、點蝕,鋼絲鬆弛狀態。蝕不易檢驗。
內部腐蝕不易檢驗。如果是直徑較細的鋼絲繩(≤20mm),可以用手把鋼絲繩弄彎進行檢驗;如果直徑較大,可用鋼絲繩插接纖子進行內部檢驗,檢驗後要把鋼絲繩恢復原狀,注意不要損傷繩芯,並加塗潤滑油脂。
(4)變形對鋼絲繩的打結、波浪、扁平等進行目檢。鋼絲繩不應打結,也不應有較大的波浪變形。
(5)電弧及火烤的影響目視鋼絲繩,不應有回火包,也不應有焊傷。有焊傷應按斷絲處理。
(6)鋼絲繩的潤滑檢驗鋼絲繩應處於良好的潤滑狀態。根據試驗,潤滑良好的鋼絲繩在一個撚距內斷絲達總絲數的10%,用疲勞試驗和反復彎曲可達48500次,而沒有潤滑的相同規格的鋼絲繩僅為22500次,可見潤滑的重要性。