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隨著旅游業(yè)快速發(fā)展，載人索道用牽引鋼絲繩的應(yīng)用越來越廣泛。載人索道在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)發(fā)展了一百多年，形成了一個獨立的系統(tǒng)。載人索道用牽引鋼絲繩為往復(fù)式運行，根
隨著旅游業(yè)快速發(fā)展，載人索道用牽引鋼絲繩的應(yīng)用越來越廣泛。載人索道在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)發(fā)展了一百多年，形成了一個獨立的系統(tǒng)。載人索道用牽引鋼絲繩為往復(fù)式運行，根據(jù)索道用鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)GB26722-2011要求，對鋼絲繩安全系數(shù)要求很高，鋼絲繩選型也極為重要。載人索道用牽引鋼絲繩必須具有足夠的抗拉強度和良好的柔軟性，載人索道用牽引鋼絲繩一般選用線接觸同向捻股式結(jié)構(gòu)鋼絲繩，在腐蝕性或露天環(huán)境中推薦使用鍍層（鍍鋅、鍍合金等）鋼絲繩。國內(nèi)大多數(shù)索道用6×19S+PPC結(jié)構(gòu)鋼絲繩作為牽引鋼絲繩使用，但使用效果不太理想。國內(nèi)外索道的發(fā)展表明，點接觸鋼絲繩使用壽命低于線接觸鋼絲繩，但西魯式鋼絲繩使用壽命僅1~2年，不宜作為索道牽引鋼絲繩使用，為了提高索道用牽引鋼絲繩的使用壽命，使索道運營更經(jīng)濟(jì)、更安全，需探索使用壽命更長的其他結(jié)構(gòu)鋼絲繩。
1. 16×25Fi同向捻載人索道用牽引鋼絲繩生產(chǎn)工藝
不同結(jié)構(gòu)載人索道用牽引鋼絲繩使用情況見表1。根據(jù)牽引鋼絲繩的使用情況，6×25Fi填充股式同向捻鋼絲繩使用效果較好，因此，在國內(nèi)載人索道用牽引鋼絲繩的使用，25Fi填充股式同向捻鋼絲繩正逐漸替代其他線接觸或點接觸鋼絲繩。但每個鋼絲繩生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝有差異，導(dǎo)致鋼絲繩在使用過程中出現(xiàn)不同的缺陷，鋼絲繩的生產(chǎn)工藝選擇和主要過程控制尤為重要。
1.1結(jié)構(gòu)形式及使用特點
6×25Fi屬于填充式線接觸鋼絲繩，6×25i同向捻鋼絲繩股的捻向和繩的捻向相同。股中鋼絲呈兩層排列，在內(nèi)、外層鋼絲的縫隙中填充直徑較細(xì)的鋼絲，股中各層鋼絲間呈線接觸狀態(tài)，每根鋼絲螺旋線處于相互平行狀態(tài)，各鋼絲之間逐根緊密相靠，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。
當(dāng)鋼絲繩受載荷工作時，鋼絲繩內(nèi)各股及股內(nèi)各層鋼絲所受的接觸應(yīng)力較小，彎曲時各層鋼絲間不存在二次彎曲應(yīng)力]，因此鋼絲繩的耐疲勞性能相對較好。同向捻鋼絲繩由于股的捻向和繩的捻向相同，鋼絲受到的彎扭變形比交互捻鋼絲繩的小，并且鋼絲與繩的軸線夾角比交互捻鋼絲繩的大得多，同向捻一般為30°左右，6×25Fi同向捻鋼絲繩的鋼絲與繩的軸線夾角控制在26°左右，交互捻一般為0~8°，所以鋼絲繩的柔軟度及彎曲疲勞性能較好。外層鋼絲曲率與滑輪槽的曲率匹配度較好，接觸應(yīng)力小，所以鋼絲磨損較均勻，而在相同條件下，交互捻鋼絲繩外層鋼絲與滑輪槽的接觸面積小，接觸應(yīng)力大，鋼絲局部磨損嚴(yán)重，磨損斷絲的機率增大。
車廂運動過程中，載人索道在徑向壓力作用下，內(nèi)部彎曲應(yīng)力很大。繩輪上的接觸應(yīng)力也非常大，但6×25Fi鋼絲繩外層鋼絲直徑較小，其與繩輪的接觸應(yīng)力較小，同向捻鋼絲繩與繩輪的接觸應(yīng)力比交互捻鋼絲繩的小，鋼絲繩耐磨性能較好。
1.2外層鋼絲直徑和繩徑的關(guān)系
國內(nèi)外實踐證明，載人索道用牽引鋼絲繩的外層鋼絲直徑最佳范圍在1.0~3.0mm，鋼絲直徑過小易磨損造成疲勞斷裂，鋼絲直徑過大會使鋼絲繩柔軟性變差，不宜編織。
索道用牽引鋼絲繩外層鋼絲直徑和繩徑的關(guān)系如下，d=D/（n+3.5），式中：D為鋼絲繩公稱直徑，mm；d為股外層鋼絲公稱直徑，mm；n為股外層鋼絲根數(shù)。
鋼絲繩股的外層鋼絲直徑用式（1）計算的誤差不大于3%。以長江索道用牽引鋼絲ZAA6x25Fi+PPC-23.5mm-1770MPa為例，鋼絲繩股結(jié)構(gòu)式為1+6+6F+12，股外層鋼絲數(shù)為12根，該鋼絲繩外層鋼絲工藝配絲公稱直徑為1.50mm，代入公式（1）可得
d=D/（n+3.5）=1.51mm,這與實際數(shù)據(jù)1.50mm相差不大。在相同繩徑下鋼絲數(shù)多的鋼絲繩其外層鋼絲直徑較細(xì)，鋼絲之間的相對滑動較容易，鋼絲繩越柔軟，耐彎曲疲勞性能越好旦。載人索道對鋼絲繩安全系數(shù)要求很高，因此，鋼絲繩結(jié)構(gòu)選擇尤為重要，而鋼絲繩股的外層鋼絲直徑對鋼絲繩的使用效果影響較大。國內(nèi)某索道用牽引鋼絲繩外層鋼絲公稱直徑見表2。
由表2可以看出，除6×37點接觸鋼絲繩外，相同繩徑的鋼絲繩25Fi結(jié)構(gòu)股外層鋼絲直徑最小，31WS結(jié)構(gòu)股外層鋼絲比25Fi略大，31WS和25Fi鋼絲繩股結(jié)構(gòu)的內(nèi)層鋼絲均位于外層鋼絲的“谷”部，但25i結(jié)構(gòu)股在內(nèi)、外層相鄰鋼絲的縫隙里填充較細(xì)鋼絲，因此在鋼絲繩運行過程中鋼絲不易相對滑動，鋼絲間的磨損較小，由表1可以看出，25Fi鋼絲繩使用壽命也最長。
1.3股與股和絲與絲之間的間隙
載人索道的特殊使用環(huán)境，對鋼絲繩的安全性能要求較高，所以根據(jù)特殊的使用環(huán)境，必須配以特殊的生產(chǎn)工藝。鋼絲繩股的相鄰鋼絲之間和相鄰股之間的間隙不能過大，過大可能會造成鋼絲或股之間的滑動，造成鋼絲繩結(jié)構(gòu)破壞，且鋼絲繩的金屬接觸面積小，會降低鋼絲繩的整繩破斷拉力。鋼絲繩股的相鄰鋼絲之間和相鄰股之間的間隙也不能過小，過小會造成鋼絲繩在運行過程中鋼絲或股相對運動而磨損，會使鋼絲繩磨損斷絲。因此，鋼絲繩股的相鄰鋼絲之間和相鄰股之間的間隙必須嚴(yán)格控制。股中鋼絲之間的間隙如圖1所示，繩中股之間的間隙如圖2所示。
1.4鋼絲繩的繩芯
根據(jù)索道的使用環(huán)境，繩芯一般選用合成纖維繩芯（PPC），合成纖維繩芯具有耐腐蝕性、耐擠壓性強，鋼絲繩柔軟性較好。在索道往復(fù)運行過程中鋼絲繩不斷受到?jīng)_擊載荷及橫向擠壓作用力時，纖維繩芯能夠起支撐鋼絲繩結(jié)構(gòu)的作用，減小各股間的相對滑動。如果沒有鋼絲繩芯支撐和潤滑鋼絲繩各股，鋼絲繩各股就會相互擠壓，導(dǎo)致鋼絲繩結(jié)構(gòu)破壞和鋼絲繩各股間磨損增大。在索道緊急啟動和停止時會對鋼絲繩產(chǎn)生慣性動載荷，纖維繩芯能減小動載荷對鋼絲繩的損傷四。合成纖維繩芯直徑波動范圍較小，繩芯的捻距和直徑直接影響鋼絲繩的使用效果。鋼絲繩用繩芯如圖3所示。根據(jù)鋼絲繩公稱直徑計算繩芯直徑如下，m=D/d
1.5拾距和掩角的關(guān)系
捻距和捻角都是主要的工藝參數(shù)，捻距和捻角之間成反比關(guān)系。捻距通常用鋼絲繩公稱直徑的倍數(shù)來描述，一的大小直接影響鋼絲繩的使用壽命。
捻距大小的影響體現(xiàn)了鋼絲在繩股中的捻制變形程度。繩股捻距越大，則扭轉(zhuǎn)變形損失越小。但鋼絲繩股捻距越大，繩內(nèi)彈性應(yīng)力越大，疲勞性能下降，使用壽命縮短，但強度損失和伸長也越小。因此，確定鋼絲繩股捻距時要綜合考慮影響因素，特別是要考慮鋼絲繩特定的使用條件和用途要求，進(jìn)行合理選擇國。鋼絲繩捻距不宜過大，當(dāng)鋼絲繩承受較大的壓力時，捻距小可大大提高鋼絲繩的使用壽命，但捻距過小則相反，鋼絲繩捻距小，造成鋼絲繩伸長率增加，不利于索道運行。對于6×25Fi同向捻載人索道用牽引鋼絲繩而言，建議索道用牽引鋼絲繩的T/D一般應(yīng)為6.8左右，T/D應(yīng)大于6.5，鋼絲繩股的t/d約為8.0，根據(jù)查閱國內(nèi)外索道用鋼絲繩文獻(xiàn)資料，推薦索道用鋼絲繩捻角a為16~20。選擇捻距較小的鋼絲繩比較好，因為捻距小，鋼絲繩的柔軟性較好，鋼絲繩在運動中的扭轉(zhuǎn)力小，可以提高鋼絲繩的耐磨性。如國內(nèi)某索道用ZAA6×25Fi+PPC-23.5mm-ZZ-1870MPa同向捻鍍鋅鋼絲繩捻距T=157mm，T/D=6.68,數(shù)值大于6.5，接近6.8。d=7.70mm，t=61mm，a=17°，代入公式t/d=7.9，非常接近8.0。
2. 6×25Fi同向捻鋼絲繩捻制主要控制點
2.1撿制應(yīng)力控制
鋼絲或股在捻制時隨著機身的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；鋼絲繩捻制后鋼絲或股呈螺旋線形式，捻制變形存在彈性變形和塑性變形，因此必然產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。股繩生產(chǎn)采用后變形器來控制捻制應(yīng)力，合繩先采用預(yù)變形器消除部分股繩應(yīng)力，再使用后變形器消除合繩過程中的捻制應(yīng)力，鋼絲繩捻制應(yīng)力過大會嚴(yán)重影響鋼絲繩使用效果，因此鋼絲繩的扭力必須嚴(yán)格控制。
6×25Fi同向捻鋼絲繩生產(chǎn)過程中，大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用工字輪翻身的方法處理，即成繩機框架工字輪隨著股的捻制方向一起轉(zhuǎn)動，使股的應(yīng)力在捻制成繩過程中保持平衡，但翻身等于是股破勁，鋼絲繩捻制后股中鋼絲不緊密，會出現(xiàn)股中鋼絲松弛現(xiàn)象，這使得鋼絲繩在運行過程中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，造成鋼絲繩使用壽命降低。由于同向捻鋼絲繩捻制過程中股處于上勁狀態(tài)，同時要保證鋼絲繩捻制后股絲不松動，需控制股扭力方向與股的捻制方向相同，且需要股繩的扭力與合繩過程中破勁的扭力相抵消，這就需要放大股的扭力，使鋼絲繩應(yīng)力處于平衡狀態(tài)。通過不斷生產(chǎn)試驗，保證鋼絲繩股中鋼絲不松弛，且鋼絲繩捻制扭轉(zhuǎn)在0~90°，得出6×25Fi類同向捻鋼絲繩股的捻制扭轉(zhuǎn)控制在-720°~-540°。6×25Fi同向捻鋼絲繩扭轉(zhuǎn)情況見表四
2.2鋼絲繩不松散性能控制
松散是鋼絲繩的一項質(zhì)量缺陷，松散的鋼絲繩不易編接，切割時捆扎不當(dāng)會造成鋼絲繩結(jié)構(gòu)破壞。鋼絲繩的松散性能主要是通過合繩時的預(yù)變形器來控制，一般用拆股變形率來衡量。從鋼絲繩中拆出大于4個捻距長度的股，注意保持股的螺旋狀態(tài)不被破壞，然后放置在一水平面上，股的各相應(yīng)點均和該平面接觸，測量出股的螺旋高度h和鋼絲繩的實際直徑D的比值為拆股變形率n，即n=h/D。
通過長期的生產(chǎn)驗證，6×25Fi+PPC結(jié)構(gòu)不同直徑同向捻鋼絲繩不松散、不起殼狀態(tài)下的拆股變形率控制在85%~88%較好，不同結(jié)構(gòu)規(guī)格鋼絲繩拆股變形率及松散情況見表5。
根據(jù)鋼絲繩生產(chǎn)的相關(guān)要求和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，拆股變形率大于90%會造成鋼絲繩起殼，拆股變形率小于80%會造成鋼絲繩松散。對于6×25Fi同向捻索道用牽引鋼絲繩，根據(jù)國內(nèi)索道的使用情況，鋼絲繩捻制不松散、不起殼狀態(tài)的拆股變形率控制在85%~88%，使用效果較好。
3結(jié)語
載人索道用鋼絲繩結(jié)構(gòu)、規(guī)格繁多，技術(shù)條件復(fù)雜，這給鋼絲繩選取和維護(hù)帶來一定的困難。根據(jù)具體的使用環(huán)境和條件，合理正確地選擇、檢查和維護(hù)載人索道用鋼絲繩。載人索道用牽引鋼絲繩一般選用同向捻多絲線接觸纖維芯鋼絲繩，但在線接觸鋼絲繩中，25Fi填充式同向捻鋼絲繩在工藝設(shè)計和自身結(jié)構(gòu)上更具優(yōu)勢，更耐用。目前國內(nèi)大多數(shù)載人索道用鋼絲繩都使用25Fi類鋼絲繩代替其他線接觸鋼絲繩和部分點接觸鋼絲繩。
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