
钢缆线是由多根多股钢丝绳围绕一根纤维芯或钢丝绳芯捻制而成的钢丝束,钢缆的结构有7×7×3、7×7×7、6×6×7、6×6×19、6×6×37。钢缆线各股中心钢丝为二次螺旋状,其余各层钢丝均为三次螺旋状。钢缆线的生产方法同普通钢丝绳区别不大,只是所用钢丝根数较多,要经三次捻制而成。在直径相同情况下,比普通钢丝绳的柔软性要好,破断拉力也大一些。但其结构复杂加工工序更长,应用也较少,因此,除特殊要求者之外,一般很少生产。钢缆线经测试,最大抗拉力达200kg以上,足以预防小孩从高处坠落的意外伤害。
钢缆线是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束,钢缆线由钢丝、绳芯及润滑脂组成。钢缆线是先由多层钢丝捻成股,再以绳芯为中心,由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中,供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢缆线的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断,工作可靠。钢缆外覆透明绝缘高分子材料,可以防止钢缆长期再露天环境生产的老化及锈蚀。钢缆设计使用寿命长可达30年。
(1)钢缆线能够传递长距离的负载
(2)承载安全系数大,使用安全可靠。
(3)自重重量轻,便于携带和运输。
(4)能够承受多种载荷及变载荷的作用。
(5)具有较高的抗拉强度、抗疲劳强度和抗冲击韧性。
(6)在高速工作条件下,耐磨、抗震、运转稳定性好。
(7)耐腐蚀性好,能够在各种有害介质的恶劣环境中正常工作。
(8)柔软性能好,适宜于牵引、拉拽、捆扎等多方面的用途。
钢缆线的生产有拉丝、捻股及合绳三个基本工序。
拉丝
原材料:这里说的钢缆线拉丝是指原材料经过酸洗、磷化、剥壳、开坯,其间进行一次或多次的拔拉,改变其分子机构,使其达到目标直径的一种工艺手段。
原材料有0.14~10.00mm的黑色金属和直径为0.01~16.00mm的有色金属。
酸洗:用酸液洗去钢缆线原材料表面锈蚀物和轧皮的过程,在钢缆线生产工艺中又叫剥壳,主要把高线的氧化物剥离,以免铁锈等杂质影响开坯,损坏拉丝模具。
磷化:通俗的说就是把材料浸入磷酸盐溶液中,使其表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜的工艺。在一定程度上防止腐蚀。
开坯:通过各种拉制金属线的模具中心的一定形状的孔,圆、方、八角或其它特殊形状。当金属强行穿过模孔时尺寸、形状都发生变化。
冷拔丝:普通的圆钢,让它通过比它的直径小一点的孔中强行拉过,则圆钢直径就会变小,长度会伸长,不断重复这样的加工过程,则圆钢就会进一步变小。产生这种塑性变形以后的钢材硬度会增加,塑性会基本消失。不要求塑性,只要求强度的场合,可以使用这样的钢材。
回火:因为钢丝的分子结构已经破坏,只有回火再次还原钢丝内部的结构。以便于再次拉丝,这样不易断裂,而且能拉到我们想要的强度。强度就是我们说的的抗拉强度。强度是拉丝拉出来的,不是热处理出来的。这就是钢缆线工艺和机械加工工艺最大的区别了。强度越高,拉力越强,但是韧性越差。所以,在钢缆线选型上应选择合适的强度。不能一味高强度。高强度钢缆线拉力是强的,但是在耐磨度和柔韧性方面比较弱。
捻股
捻股的类型、结构和用途钢缆线的类型、结构、原料和生产工艺取决于用途。一般钢缆线用直径0.1~6.0mm圆断面的碳素钢丝。捻制密封和半密封钢缆线时,采用Z形和其他异型钢丝。钢缆线的类型按用途分:有悬吊桥梁用绳和矿用捻股、架空索道用承载绳、传动装置用牵引绳、电梯用绳、捆扎和拖编货物用系扎绳等。钢缆线的品种不断增多,结构日益复杂,除采用各种涂层钢丝外,还使用不锈钢丝和双金属钢丝。为确保钢缆线使用的安全性和可靠性,要求钢缆线有足够的强度,良好的挠性、捻制的密实性、抗压性、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳强度等,其中强度最为重要。
钢缆线的截面结构有点接触圆股、线接触圆股、面接触圆股、异型股、单层股不旋转、密封及扁平等。其中面接触圆股钢缆线是靠捻股机的牵引力将线接触绳股通过拔丝模或辊模拔制而成。通过拉模,绳股变形前和变形后的截面捻股中有涂油和镀层两种防腐措施。
涂油:所有钢缆线都必须涂油。纤维芯浸油,要求油脂能够保护纤维芯不腐烂、不锈蚀钢丝,滋润纤维,并从内部润滑钢缆线。表面涂油使绳股中所有钢丝表面都均匀地涂上一层防锈润滑油脂,其中对摩擦提升和矿水大的矿井用绳,要涂增磨和抗水性强的黑油油脂;其他用途则涂成膜性强、防锈性能好的红油油脂,并要求油层薄,便于在操作过程中保持清洁。
镀层:有镀锌、镀铝、涂尼龙或塑料等。镀锌又分钢丝先镀后拔的薄镀层和钢丝拔后镀锌的厚镀层,厚镀层的机械性能比光面钢缆线有所降低,宜在严重腐蚀环境中使用。镀铝钢缆线比镀锌钢缆线更耐腐蚀、耐磨、耐热,主要用于渔业拖网船舶及含H2S的矿井等,采用先镀后拔法生产。涂尼龙或塑料的钢缆线分涂绳和涂股后合绳两种。前者用于静索,后者用于动索。
卷线工序:将钢丝线盘,重新卷在捻股机的工字轮上;也可将钢丝从拔丝机后直接卷到工字轮上。捻股将钢丝捻成绳股。捻股机有筐篮式、轴管式、无管式和双捻机等。
合绳
在合绳机上将绳股围绕绳芯中心线作螺旋线排列生产钢缆线的工艺过程。合绳要严格按照钢缆线制造工艺规定进行。合绳机选定后,应认真选配合绳用股,股的规格、结构、捻向、长度等应满足钢缆线制造卡片的要求。股选定后,将载股工字轮安装在合绳机的工字轮轮架上。合绳工序中工字轮的安装、股的穿线方法、捻制参数的调整及捻制操作与捻股时的相同。合绳与捻股相比,仅在捻制工艺上有所不同。钢缆线的捻制分为单捻钢缆线的捻制、双捻钢缆线的捻制和三捻钢缆线的捻制3种类型。
单捻钢缆线捻制方法和捻制工艺与相同结构的股的捻制方法和捻制工艺基本相同,区别仅在于在单捻钢缆线中,围绕绳芯外的各捻制层的钢丝捻向是交替变化的,捻向则按外层钢丝的捻向确定。密封钢缆线属单捻钢缆线,捻制方法与捻制圆股单捻钢缆线相似,其不同点在于,捻制时必须保证绳芯外的异形钢丝大面始终朝向钢缆线的外表面。密封钢缆线绳芯外异形钢丝的捻制一般在专用设备上完成。
双捻钢缆线通常由2、3、4、6、7、8根股捻制而成。最多可达到36股,品种多,结构较复杂,是应用最广泛的钢缆线。应用最普遍的是由6根股组成的双捻钢缆线。中细规格的双捻钢缆线可采用管式捻股机捻制。粗规格钢缆线,特别是同向捻钢缆线(见钢缆线捻法),采用筐篮式合绳机捻制。异形股钢缆线可采用专用设备捻制,也可在普通合绳机上将圆形股变形成异形股后捻制成钢缆线。面接触钢缆线可采用异形钢缆线捻制法制造,也可采用塑性压缩法制造。塑性压缩法是在捻股时将圆形股经受拉拔或辊压,使股中钢丝产生塑性变形,改变股内钢丝的接触状态,然后用这种股捻制成钢缆线。三捻钢缆线的捻制与双捻钢缆线的捻制相同,只是捻制次数增加了。
所有钢缆线都应捻制成不松散的。钢缆线的不松散性能通过合绳时对捻制股进行预变形实现。金属绳芯的钢缆线也可以采用热处理方法获得不松散性能。为了改善钢缆线的力学性能和不松散性能,除合绳时对股进行预变形外,捻股和合绳时还广泛采用股矫直工艺,以消除钢缆线的捻制应力。
在合绳机的牵引轮和收线装置之间设有钢缆线涂油槽,对钢缆线涂油。钢缆线涂油后经排线机构均匀地缠绕在收线机构的工字轮上。捻制完毕后,钢缆线的绳头用软钢丝扎紧并固定在工字轮轮盘上。
由于钢缆线独特性能,迄今为止国内外还未找到一种更理想的产品来全面或在一个领域内替代钢缆线,因而,钢缆线在冶金、矿山、石油天然气钻采、机械、化工、航空航天等领域成为必不可少的部件或材料,其质量也被国内多个行业所关注,并投入大量人力、物力进行钢缆线使用研究和产品开发工作,对钢缆线的结构选择、日常使用、维护保养、更换报废等各个环节制定了很多规程和细则。
绳端断丝
当绳端或其附近出现断丝时,即使数量很少也表明该部位应力很高,可能是由于绳端安装不正确造成的,应查明损坏原因。如果绳长允许,应将断丝的部位切去重新合理安装。
断丝的局部聚集
如果断丝紧靠一起形成局部聚集,则钢缆线应报废。如这种断丝聚集在小于6d的绳长范围内,或者集中在任一支绳股里,那么,即使断丝数比表列的数值少,钢缆线也应予报废。
断丝的增加率
在某些使用场合,疲劳是引起钢缆线损坏的主要原因,断丝则是在使用一个时期以后才开始出现,但断丝数逐渐增加,其时间间隔越来越短。在此情况下,为了判定断丝的增加率,应仔细检验并记录断丝增加情况。判明这个“规律”可用来确定钢缆线未来报废的日期。
绳股断裂
如果出现整根绳股的断裂,则钢缆线应报废。
由于绳芯损坏而引起的绳径减小
当钢缆线的纤维芯损坏或钢芯(或多层结构中的内部绳股)断裂而造成绳径显著减小时,钢缆线应报废。
微小的损坏,特别是当所有各绳股中应力处于良好平衡时,用通常的检验方法可能是不明显的。然而这种情况会引起钢缆线的强度大大降低。所以,有任何内部细微损坏的迹象时,均应对钢缆线内部进行检验予以查明。一经证实损坏,则该钢缆线就应报废。
弹性减小
在某些情况下(通常与工作环境有关),钢缆线的弹性会显著减小,若继续使用则是不安全的。
钢缆线的弹性减小是较难发觉的,如检验人员有任何怀疑,则应征询钢缆线专家的意见。然而,弹性减小通常伴随下述现象:
1.绳径减小
2.钢缆线捻距伸长
3.由于各部分相互压紧,钢丝之间和绳股之间缺少空隙
4.绳股凹处出现细微的褐色粉末
5.虽未发现断丝,但钢缆线明显的不易弯曲和直径减小比起单纯是由于钢丝磨损而引起的也要快得多。这种情况会导致在动载作用下突然断裂,故应立即报废。
外部及内部磨损
产生磨损的两种情况:
1.内部磨损及压坑
这种情况是由于绳内各个绳股和钢丝之间的摩擦引起的,特别是当钢缆线经受弯曲时更是如此。
2.外部磨损
钢缆线外层绳股的钢丝表面的磨损,是由于它在压力作用下与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦造成的。这种现象在吊载加速和减速运动时,钢缆线与滑轮接触的部位特别明显,并表现为外部钢丝磨成平面状。
润滑不足,或不正确的润滑以及还存在灰尘和砂粒都会加剧磨损。
磨损使钢缆线的断面积减小因而强度降低。当外层钢丝磨损达到其直径的40%时,钢缆线应报废。
当钢缆线直径相对于公称直径减小7%或更多时,即使未发现断丝,该钢缆线也应报废。
外部及内部腐蚀
腐蚀在海洋或工业污染的大气中特别容易发生。它不仅减少了钢缆线的金属面积从而降低了破断强度,而且还将引起表面粗糙并从中开始发展裂纹以至加速疲劳。严重的腐蚀还会引起钢缆线弹性的降低。
外部腐蚀:外部钢丝的腐蚀可用肉眼观察。当表面出现深坑,钢丝相当松弛时应报废。
内部腐蚀:内部腐蚀比经常伴随它出现的外部腐蚀较难发现。但下列现象可供识别:
1.钢缆线直径的变化。钢缆线在绕过滑轮的弯曲部位直径通常变小。但对于静止段的钢缆线则常由于外层绳股出现锈积而引起钢缆线直径的增加。
2.钢缆线外层绳股间的空隙减小,还经常伴随出现外层绳股之间断丝。
如果有任何内部腐蚀的迹象,则应由主管人员对钢缆线进行内部检验。若确认有严重的内部腐蚀,则钢缆线应立即报废。