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1问题提出 从问世时间看，钢丝绳制造业已是传统产业，但从市场对钢丝绳结构品种、内在质量需求持续性看，钢丝绳制造业并不是夕阳产业，就目前科技发展水平，实现对钢丝绳的彻
1问题提出
从问世时间看，钢丝绳制造业已是传统产业，但从市场对钢丝绳结构品种、内在质量需求持续性看，钢丝绳制造业并不是夕阳产业，就目前科技发展水平，实现对钢丝绳的彻底替代并非易事，至少需要相当长时间。当然，钢丝绳制造技术还没有达到天花板地步，需要研究解决的问题依然很多，且随着使用工况条件的更新，新的问题还会不断出现，探索钢丝绳制造技术奥秘永无终点。
我国钢丝绳生产历史虽然不长，但作为一个行业至今也已存在了80多年，取得了令人瞩目的发展，综合制造企业数量、产能体量、落地产量、市场容量等，我国早已成为名符其实世界钢丝绳生产与消费第一大国，但与之不对称的是在产品结构品种、实物质量和对制造技术相关问题的研究深度等方面目前还不强，能受到业界高度关注的生产企业不多，能被视为业界标杆的企业更是鲜见。笔者从业数十年，综合对国内钢丝绳行业技术现状了解、对国外企业资料与标准学习、接触国外钢丝绳技术专家等，深感钢丝绳制造既是技术活，因为需要一定的理论指导，同时又是实践活、手工活，因为还有许多问题并不能给出理论解，制造高质量钢丝绳，必须将理论与生产实践经验结合，为此一些必不可少的常用经验数据必须得到充分验证，笔者就相关问题进行探讨。
2问题研究
2.1组股钢丝间隙及组绳股间隙
钢丝绳之所以柔软是因为弯曲时组绳股与股间、组股钢丝与钢丝间存在相对滑动。从钢丝绳结构特征看，组绳不同层股应紧密接触、组股不同层钢丝应紧密接触，但组绳同层股与股间、组股同层钢丝间应保证一定间隙，否则，钢丝绳在绕经滑轮（卷简）时，同层股间相对滑动受阻、同层钢丝间相对滑动受阻，而产生的摩擦不仅会降低钢丝绳的柔软性，还带来股表面、钢丝表面的损伤，甚至引起钢丝绳、股结构破坏。THYSSEN专利技术生产中间层6根股表面包覆聚酰胺纤维（wrapped with PA-Fibres）
矿用村垫三层扁股钢丝绳田如图1所示；SHINKO三角填料DFIWRC6×WS（31）钢丝绳口如图2所示；Bridon聚合物填塑Tiger？Blue8钢丝绳田如图3所示；ArcelorMittal 衬垫芯HP8P/8xK31WS钢丝绳如图4所示；TESAC增加纤维填充OF8×Fi（25）
（31）钢丝绳如图5所示。之所以具有相对高的寿
命，重要原因之一就是因为特殊措施的使用，尽可
能保证了钢丝绳使用过程中股间有相对合适的间隙。也正基于钢丝间隙及股间隙对钢丝绳使用寿
命所具有的更要影响，进行钢丝绳结构参数设计都
要将间隙作为不可或缺的重要约束条件。进行组
般钢丝直径设计，同层钢丝间必须预置间隙，但预置间隙既不能过大，也不能过小。如对平行拾股和组合平行捻股，如果下层钢丝间隙设计过大，由于实际钢丝间隙不可能如同设计均匀分布，也就是说该层钢丝间隙其实是不均匀的，如果有的地方间隙过大，会导致其上层个别钢丝捻制圆半径减小，在
钢丝绳使用过程中，相应钢丝长度出现富余而成
环回4。CASAR在《Wire Rope Forensics》中指出，如果同层钢丝间陈不够会导致相应钢丝滑动困难，造成股中钢丝成环如图6所示，即为防止股中钢丝成环，股中钢丝间隙不能过大，也不能过小。实际
生产中最常见的是间隙偏小引起钢丝几何位置排
列出现千涉而导致钢丝浮起，这种现象在37M、
61M捡股中容易出现，在合绳时表现尤其明显，因
为这种股如果不同层钢丝直径相等，且要求不同层钢丝拾角相等，越靠近外层，相邻层钢丝间隙就越
小。从ISO/FDIS17893：2004（）《Steel wire ropes-
Vocabulary，designations and classifications》看，多工序交又捡股并非一定是等直径钢丝组股。至于平行捻股和组合平行捻股同层钢丝间隙过大所引发的问题，在钢丝绳生产过程可能不容易发现，但隐患却是实际存在，在钢丝绳使用时就可能显示。对多工序交又拾股，间隙大时主要影响金属填充系数，对股结构稳定性影响不大。进行组绳股直径设计，同层股间必须预置间隙，但预置间隙也既不能过大，也不能过小。对平行捡钢丝绳，组绳同层股间隙过大或过小，其带来的问题同平行捡股和组合平行捻股中同层钢丝间隙过大或过小时出现问题一样。对多层股阻旋转钢丝绳，如采间隙过小，生产中轻则导致绳面不平，严重时则导致个别股浮起，更严重时会导致使用中钢丝绳经过滑轮或老筒时出现笼形时变或者出现乌鸟笼状（注：间隙不合适只是导致该现象发生的原因之一），如果间隙过大，会降低钢丝绳金属填充系数而影响钢丝绳破断拉力，同时容易出现股间隙不均匀。由于纤维芯钢丝绳相对金属芯钢丝绳受力后伸长相对要大，也即钢丝绳直径减小相对要大，因此，生产纤维芯钢丝绳股间隙应相对大些，这样才能防止钢丝绳正常使用时股与股相互挤压00。组股同层钢丝相对合适间隙、组绝同层股相对合适间隙，既没有理论值，也不可能通过计算求得，只能通过实践确认。基于钢丝间隙及股间隙对钢丝绳使用寿命所具有的重要影响，进行钢丝绳结构参数设计不仅一定要引入间隙约束条件，且这一约束条件要经过钢丝绳使用实践证明是相对合适的。
2.2合绳直径压缩系数
如果独立钢芯为含有中心股单层股结构，且在独立钢芯外捡制1层主股，从几何角度看，独立钢芯直径等于钢芯中心股直径与其2倍外股直径的代数和，独立钢芯钢丝绳直径等于独立钢芯直径与2倍主股直径的代数和，但事实上并非如此。这是因为在进行钢丝绳结构参数设计时，为了防止组履同层钢丝接触、组绝同层股接触，在股中同层饲丝间设计有间隙，在组纪同层胶间设计有问隙，这使扮制所得独立钢芯直径要小于钢芯中心酸直径与其2倍外版直径的代数和，独立钢芯钢丝绳直径要小于独立钢芯直径与2倍主股直径的代数和。将拾制所得独立钢芯直径同钢芯中心股直径与其2倍外股直径代数和的比值称为拾制钢芯直径压缩系数，将拾制独立钢芯钢丝绳直径同独立钢芯直径与其2倍主股直径代数和比值称为捡制主绳直径压编系数，当然，导致合绳压缩系数存在的另外一个重要原园是为减小主股对中心绳（般）钢丝表面产生的强压痕迹，在设计扮制方法时最终应使外层股钢丝与中心绳（股）的表面钢丝呈线接触状态田。文献[6]给出设计独立钢芯直径等于钢继绳公称直径减去2倍主股直径，设计独立钢芯直径等于钢芯中心股直径加2倍钢芯外股直径，趁制独立钢芯钢丝绳直径大于组绳般直径代数和（注：直径代数和=钢芯中心股直径+2x钢芯外股直径+2x主般直径），其正确性值得商植。事实上，如果拾制钢丝绳直径大于钢丝绳直径方向上所有胶直径的代数和，这意味着纲丝能拾制一定不紧密，所得钢丝绳直径是“虚”的。抢制钢芯直径压缩系数、拾制主绳直径压缩系数不准确，意味着计算所得独立钢芯钢丝绳直径与主股直径、独立钢芯直径、独立钢芯中心股直径及其外股直径其实是不安全的。合绳直径压缩系数对钢丝绳结构参数设计非常重要，该数值必须可靠。不考虑直径压缩系数的设计是不精细设计。对多层股阻旋转纲丝绳，只要钢丝纪单独拾制，同样存在相应与合绳次数相等个数的合绳直径压缩系数，如对2层股结构2次合能、3层股3次合绳、3层藏2次合绳结构，依次存在2个、3个、2个合纪直径压缩系数。合纪直径压缩系数大小与钢丝绝结构、直经等国素有关，需要通过实践进行验证，采用股径代数和的方法计算检制钢丝绳直径定不合适。
2.3钢丝绳拾距与股拾距匹配通常基于钢丝绳（股）粉制效率与钢丝绳（版）拾制过程中钢丝性能损失而进行钢丝绳（股）捡距设计。对高质量钢丝能生产，这其实是不够的。钢丝绳直径和结构确定后，钢丝绳捡距大小决定了组绳股直径大小、股拾距大小决定了组股钢丝直径大小，虽然理论上有似铺丝绳拾距与般拾距倍数选择相互独立、互不干涉，其实并非如此。例1，对单层股阻旋转钢丝绳，由于要靠钢丝绕股中心的旋转力矩去平衡股绕纲丝绳中心的旋转力矩，因此钢丝绳验距与般趁距设计
必须联动而不再独立，这也是3股、4股阻旋转纲丝
绳为什么钢丝绳检距大而般拾距小的根本原园。例
2，压实股钢丝绝理想状态下因股与滑轮（卷简）有较大的接触面积能减小滑轮（卷简）表而磨损，但如
采股拾距与钢丝绳匹配不好，合绳时压实般外层异
型钢丝同样会出现不平整，一旦这种现象发生，钢丝绳后续使用时不平整钢丝反而会损伤滑枪（卷简）。例3，对独立钢芯钢丝绳，单纯从钢芯对外股的支撑功能看，只要钢芯直径合适即可，但从延长钢芯寿命
角度看却并非如此。不仅要求独立钢芯的捡向与粉副类型和外层绳的验向与验制类型密切相关，而且独立钢芯拾距及独立钢芯胶拾距设计必须与外层能检距、外层酸检距联动考虑。否别。如果不是对钢芯或钢芯股进行聚合物包覆或纤维包覆，纲丝绳服役中钢芯般的平期断丝将会非常严重，甚至因北导致钢芯外趁制股间出现大量不易发现的严重断丝。理论分析与实践表明，无论纲丝绳是单层股结构，还
是多层股结构，也无论钢丝绳胶是粉制股还是压实
股，也无论钢丝绳是否具有阻旋转性能，进行钢丝绳
结构参数设计时要意识到钢丝绳拾距及股扮距设计并非相互独立，而相对合理的匹配关系要基于对钢
丝绳使用实践的总结，2.4合绳预变形效果
虽然从B5302-1：1987《Stranded steel wire ropes-Part 1：Specification for general requirements》
之“Multi-strand ropes are not preformed”和IS010425-2003Steel wire ropes for the petroleum and natural gas industries-Minimum requirements and terms of acceptance》之“Some parallel-closed ropes and rotation-resistant ropes may be non preformed”看，平行拾钢丝绳和多层般阻旋转钢丝绳合绳时并非必
须进行预变形，从Casar、Diepa、Usha martain、Re-
daclli、SHINKO、Kiswire、SEF等企业生产的多层股阻旋转钢丝绳为松散钢丝绳判断，合绳应该没有采用预变形工艺，或采用预变形工艺并不是为抽制不松
散钢丝绳，SHINKO、Kiswire生产的单层般租旋转钢丝绝以及Bridon、FAZER生产的单掺钢丝绳也是松散钢丝绳。另外，GB8918-2006《重要用途钢丝绳》、GB/T20118-2006《一般用途钢丝绳》、YB/T
5359-2010《压实股钢丝绳》、GB/T33955-2017《矿井提升用钢丝纪》、GB/T34198-2017起重机用钢丝绳》等也明确对租旋转钢丝绳不强调必须按照不松散粉制。实际用量占比最大的纲丝能仍然是不松散钢丝绳，如6股钢丝绳、8股钢丝绳。从CASAR Short history of steel wire ropes》资料看，预变形工艺发明初衷契合的是钢丝绳使用者方便使用钢丝绳常要。从目前看，合绳预变形工艺参数有与钢丝绳拾距相关的预变形器泥枪间距和预变形器辊枪压下量，文献]给出部分结构、拾制类型的钢丝绳预变形工艺参数参考值，文献[B-12]还进行了钢丝绳预变形理论研究。GB/T8706-2017《钢丝绳术语、标记和分类》给出充分预变形钢丝绳（fully pre-
formedrope）定义：“股中钢丝和纲丝绳中股的内应力小，当解除所有约束后，纲丝绳中钢丝和股仍保持在原来位置”。我国相关标准关于纲丝绳不松散性检查方法是“将纲丝绳一端解开相对称的两个胶，当两个股重新恢复到原位后，不应自行再散开”。煤生字（1988）第144号《煤矿钢丝绳检验技术规范》
中“钢丝纪不松散程度检验与判定”将钢丝经松散等级分为3个等级：特级不松散、一级不松散和松散，并给出了量化判定指标。除此以外，笔者尚未看到用量化指标评价钢丝纪不松散的其他文献。从对外技术交流看，当使用预变形工艺检制不松散钢丝绳时，评价预变形效果有2个参数：螺微长（HELIX LENGYH）和螺旋高（HELIXHEIGHT）。前者定义为从钢丝能中取股，测得对应l个钢丝绳拾距时胶螺旋长度与钢丝绳实测拾距之比，后者则定义为从钢丝绳中取股，测得股螺旋高度与钢丝绳实测直径之比。文献3，14]仅控制螺旋高是不够的，特别是从国外资料尚未看到有文献所提螺旋高到100%
最为理想的技术提示。使用碳变形工艺掩制不松散钢丝绳，合适的螺旋长、螺旋高必须经过实或。松和数其实是2个不同的概念，前者指股对绳芯的裹紧程度，后者指股在钢丝绳中、钢丝在股中保持原捡制状态的能力。当然，钢丝纪拾制是否紧密，除与预变形工艺相关外，还牵扯合绳前股的拾制应力找态是否合适口国、预变形器相关尺寸是否合适、使用压级模尺寸是否合适、是否进行了后变形等因素。从多次对外技术交流看，合绳使用后变形会降低钢丝绳的扮制紧密性，这也是国外企业很少使用后变形的根本原因，如处于运行状态SHINKO图7合绳机、Redaelli图8合绳机、OLIVEIRA图9合绝机、THYS-
SEN图10合绳机、Kiswire图11合绳机和SEF图12合绝机就没有配置后变形工装，这与国内合绳机标配后变形器存在明显不同。如果采用预变形工艺拾制不松散钢丝绳，一定要用量化指标评价预变形效果。
2.5钢丝绳掩制损失系数基于钢丝绳最基本、最主要的功能，破断拉力无疑是其最重要的力学性能。从保证钢丝绳使用安全角度考虑，破断拉力性能必须保证，虽然钢丝绳破断拉力是标准规定钢丝绳性能必检项目，但如果对每条钢丝绳进行破断拉力检测，对产量大的生产企业，检验将是一笔不小的费用，同时试样消耗也不可小觑，对产量小的钢丝绳生产企业，配置相应检测设备同样花费不小。那么，如何既能保证钢丝绳破断拉力，又能显著节省检测支出，显然，在生产过程控制质量稳定情况下，“算”不失为一种好方法，通过对国外技术交流得知，国外钢丝绳企业提供市场的钢丝绳并不一定是每根都进行破断拉力试验，如果用户对“算”得的破断拉力不放心或有质疑，完全可委托相关机构进行检测，但很少出现实测破断拉力不满足技术规范现象。文献6]中“布顿生产出的每根钢丝绳都经历了“拉力检验”，每生产出一定长度的钢丝绳都要取下一段样品来进行张拉毁坏试验也是一种佐证，注意这里的“每生产出一定长度的钢丝绳”而不是每生产一根或一条钢丝绳。Diepa、Casar、Python、ArcelorMittal等业界强者资料所给钢丝绳最小破断拉力（Minimum breaking load）等于纲丝纪强度级别×组绳钢丝面积（Section）x捡制损失系数（spinning loss factor），而钢丝绳强度级别来以组绳钢统面积之积，其可等效钢丝破断粒力总和。此处钢丝破断拉力总和不是钢丝绳中实测钢丝破断拉力总和，是将组绳钢丝强度级别视为钢丝绳强度级别计算所得钢丝破断拉力总和，也可视为组绳纲丝破断拉力总和的最小值。对钢丝纪生产企业而言，组绳钢丝面积、钢丝绳强度级别、选择制绳钢丝的强度级别已知，故只要准确确定拾制损失系数，即可“算”出钢丝绳最小破断拉力，或者相对准确预测钢丝绳实际破断拉力，而掩制系数的确定，则需要基于大量的检测数据，并基于通过数理统计方法而获得。检制损失系数的稳定性，其实反映的是钢丝绳生产全过程的质量稳定性，涉及钢丝绳结构参数设计质量的稳定性、组绳钢丝力学性能质量的稳定性和股绳捡制质量的稳定性等。捡制损失系数不真实，则很难保证钢丝能破断拉力的可靠性。
将“spinning loss factor”翻译为验制损失系数从字面着是正确的，但从其与最小钢丝破断拉力总和之积即为钢丝绳最小破断拉力计算公式看，将
“spinning loss factor”称谓捡制损失剩余系数似乎更合适。JISG3525：2013《Wire ropes》和JISG3546：
2000《Wire ropes with profile wires》给出根据纲丝破断拉力总和F。（aggregate breaking force）、捡剑损失系数k（spinning loss factor）计算钢丝绳破断拉力F
（Breaking force of rope）公式如下：
F，=（100-k）×F，/100。（1）
从式（1）看，笔者认为，JISG3525：2013和JISG
3546：2000对“spinning loss factor”的理解和使用既符合钢丝绳生产实际且在技术上严谨（注：式（1）中100一k之差与100之比也即习惯所言捻制损失系数）。
3结语
钢丝绳投入工业使用已超过180年，结构品种极大丰富，内在质量不断提升，改进寿命技术不断更新，钢丝绳制造者通过持续不断的努力去契合着各行各业对钢丝绳的质量需求。我国虽然已是世界钢丝绳制造第一大国，但从与业界强者关于钢丝绳技术研究深度、对产品制造技术的引领能力、市场对产品质量的认可度等方而对比，绝大多数企业仍然处于劣势，能够真正阵列第一梯队者极少，与第一梯队差距不大者也是不多，造成这种状态园然是受到原输材料质量、理论研究水平、生产装务条件差异的影响，但也与国内钢丝绳生产企业对制造、使用总结不到密切相关。钢丝能生产既需要一定的理论，同时需要一定的实践，其中组绳（般）同层股（钢丝）相对合理间隙、合绝真实的直径压缩系数、钢丝绳卷距与股扮距合理匹配、合绳预变形效果正确评价与符合实际钢丝绳检制损失系数等重要的经验数揭必须得到充分验证。能量化的要尽量量化，量化后的要尽可能困化。
为了持续提高国产钢丝绳质量，需要钢丝绳制造企业科技工作者认真研究、精心实践，一代接着一代干，持之以恒，努力实现我国钢丝绳制造技术的追赶超越。
