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钢丝绳的应力分析及钢丝绳应力是怎么产生的

作者: admin 编辑: admin 来源:admin 发布日期:2019-09-29 15:53
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无数的研究和实践表明:影响钢丝绳使用寿命的主要原因是疲劳破坏。 所谓疲劳破坏,是由于在交变应力的作用下,钢丝绳的钢丝内部形成断裂源,这些断裂源逐步发展扩大,最后导致
         无数的研究和实践表明:影响钢丝绳使用寿命的主要原因是疲劳破坏。
         所谓疲劳破坏,是由于在交变应力的作用下,钢丝绳的钢丝内部形成断裂源,这些断裂源逐步发展扩大,最后导致钢丝断裂(俗称“疲劳断丝”)。这种疲劳断裂并无明显的塑性变形,具有突发性的特点,对钢丝绳危害极大。因此,长时期以来人们都从减少或消除钢丝绳的应力入手来增强钢丝绳的耐疲劳性能,从而提高钢丝绳的使用寿命。
         要消除或减少钢丝绳的应力,首先要对钢丝绳内的各种应力进行客观的分析和认识。这方面,国内外均有不少研究者作出了大量的理论和实际研究探索,并取得了很大的成果。但是,钢丝绳的应力是极为复杂的,准确地描述钢丝绳应力以及应力与疲劳极限之间的关系还有待于进一步努力。
        综合各种论述,钢丝绳的应力基本上可以分为两大类:一是钢丝绳制造过程中产生的应力;二是钢丝绳在工作使用过程中产生的应力。
钢丝绳应力
一、钢丝绳制造中形成的应力
钢丝绳中的钢丝是经过拉拔制成的,在拉制过程中要在钢丝内形成残余拉拔应力;由钢丝捻成股,再由股捻成绳时,也要产生捻制应力。因此钢丝绳在制造过程中主要产生两类应力,即残余拉拔应力和捻制应力。
1.残余拉拔应力
残余拉拔应力又以三种形式存在:
(1)残余拉应力。钢丝在拉拔中,由于模子的角度、润滑条件、冷却条件上的差异,变形时,钢丝的内部各层“晶粒纤维”出现位移差和变形差,因此在钢丝的纵向产生拉应力。这种拉应力将部分地残存于钢丝内部形成残余拉应力。
(2)残余弯曲应力。拉制过程中,钢丝在拉丝机的辊轮、卷筒中弯曲时要形成弯曲应力残存于钢丝的内部。尤其是当卷筒的直径与钢丝的直径不协调(即弯曲比不合)时,残余弯曲应力更为明显。此外,如果模子的出口中心与钢丝在卷筒的切点不在自然水平切线上,也会加剧弯曲应力的形成,有时甚至出现“0字”(即所谓“元宝丝”)。
(3)滑轮式拉丝机拉制钢丝时,钢丝将绕自身轴线产生扭转,而形成扭转应力。扭转次数的多少要取决于卷筒上拨线杆的旋转情况及配模情况。
2.拾制应力
捻制应力也有三种形式:
(1)扭转应力(俗称“反拨力”)。
钢丝或者股绳在捻制时,机身每旋转一周,则被扭转一次。如果不采取工字轮翻身措施(简体式捻制机无法使工字轮翻身),则在钢丝或股绳内必然产生扭转应力。这种扭转应力将产生扭转力矩,使钢丝或股绳“松捻”,同时使钢丝绳旋转和松散。
(2)弯曲应力。
钢丝在股中或者股在绳中是以圆柱螺旋线形式存在,这种螺旋线依靠捻制变形获得。在变形中,是弹性变形和塑性变形共存,且具有一定的弯曲曲率。这样,必然会产生弯曲应力。这种弯曲应力是捻制应力的主要存在形式。
(3)拉伸应力。
钢丝或股在捻制时,由于牵引力的作用而处于拉伸状态,虽然是在弹性极限之内,并未产生塑性变形(纵向),但由于螺旋的约束,也将产生拉伸应力。
这种拉伸应力在钢丝绳中表现不太明显,往往被忽略。
以上所述的残余拉拔应力和捻制应力,对钢丝绳的结构、使用性能等方面都有很大的影响,因此,在制造过程中必须予以消除或降低。但在某些情形下,则可以加以利用,如,制造不旋转的圆股多层股钢丝绳时,其内层绳的扭转力矩适当地保留,以便与外层绳的扭转力矩平衡。但是,总的目的还是为了消除或降低应力的作用。

二、钢丝绳在工作时的应力
钢丝绳的工作状态按受力的方式主要有两种:一种是只受拉力负荷作用的工作状态,即便是这种情形的钢丝绳的应力也是极为复杂的。因为钢丝绳在张力负荷下本身存在着各种形式的运动(如,有时是直线运动,有时是曲线运动、有时是匀速运动,有时是变速运动等),这些运动形式的不同对张力的大小、方向都会产生不同程度的影响。为了研究方便,只考虑在静拉力负荷作用下的钢丝绳应力状态。另外一种是钢丝绳绕过绳轮或卷筒时工作状态。在这种情形下,钢丝绳除受到绳轮的摩擦之外,主要是在张力状态下受到绳轮的弯曲。

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