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1概述 除小规格3股和4股钢丝绳可能没有绳芯外，对圆钢丝绳而言，绳芯通常不可或缺，其重要功能之一是对相邻层股提供支撑而保持钢丝绳结构完整。绳芯尺寸不合适的直接表现就是因
1概述
除小规格3股和4股钢丝绳可能没有绳芯外，对圆钢丝绳而言，绳芯通常不可或缺，其重要功能之一是对相邻层股提供支撑而保持钢丝绳结构完整。绳芯尺寸不合适的直接表现就是因影响股间隙而影响钢丝绳捻制质量。EN12385-3：20040规定多层缠绕钢丝绳应选择金属芯结构，根本原因在于纤维绳芯支撑能力的相对欠缺。为保证纤维绳芯支撑效果，强企总是不断进行改善绳芯质量研究，并将使用特殊芯作为特色技术，如对使用效果与绳芯质量密切相关的索道钢丝绳、三角股钢丝绳。图1为Redaelli索道钢丝绳纤维芯，图2、图3为TEUFEIBERGER索道钢丝绳弹性组合绳芯（plastic-
compound-core）。Bridon 三角股钢丝绳、多层扁股钢丝绳纤维绳芯长期用料特殊。虽然金属绳芯质量相对容易控制，但实现高质量其实也不简单。强企在绳芯结构上大做文章已常态化。如Bridon图4、图5，HAGGIE图6，Usha martin图7，Casar图8、图9，VORNBAUMEN 图10，TEUFELBERGER 图11、图12，PYTHON图13、图14等钢丝绳绳芯。
强企对绳芯研究如此投入，无疑反映了绳芯对钢丝绳使用寿命所具有的重要影响，世界多家知名企业制造电铲钢丝绳绳芯均采用2层股2次合绳结构，如图4钢丝绳。现澳大利亚、英国等国认为采用平行捻钢丝绳芯更合适，并有相应产品上市，如图15钢丝绳。绳式芯钢丝绳分为独立绳芯钢丝绳、平行捻钢丝绳2大类型。不具有抗旋转性能单层股钢丝绳绳芯与具有抗旋转性能多层股钢丝绳（其也应视为绳式芯钢丝绳）绳芯主要区别：其一，前者通常捻向和外层绳捻向相同，且外层绳为交互（同向）捻时，绳芯为同向（交互）捻，后者绳芯捻向一定和外层绳捻向相反，且如果绳芯与外层绳没有被聚合物隔离，绳芯相对合理的捻法是交互捻；其二，后者绳芯直径相对前者明显要大（外层8根股结构时除外）。如GB/T8706-2006/IS017893：2004单层股非抗旋转钢丝绳、多层股抗旋转钢丝绳外层股最多依次为8根、18根，假设股在绳中处于非捻制状态，则相应绳芯直径依次约为外层绳直径的45.07%、70.41%；其三，前者通常不参与拆股检验，而后者与之不同。抗旋转多层股钢丝绳绳芯与不抗旋转多层股钢丝绳绳芯主要区别：其一，外层绳股数相同时，不抗旋转多层股钢丝绳绳芯直径相对略大；其二，不抗旋转多层股钢丝绳绳芯股与外层绳股在绳中具有相同捻向、相同捻距和相对固定的排列方式；其三，抗旋转多层股钢丝绳绳芯合绳次数或与绳芯股层数一致，或少于股层数，不抗旋转多层股钢丝绳绳芯股与外层绳股一次合绳；其四，抗旋转多层股钢丝绳绳芯股层数、股在绳中排列方式影响钢丝绳结构，不抗旋转多层股钢丝绳绳芯不影响钢丝绳结构，至少是不影响钢丝绳结构简式；其五，不抗旋转多层股钢丝绳绳芯股在钢丝绳中不能保持与外层绳股具有相同捻角。抗旋转多层股钢丝绳绳芯为单层股、或者绳芯合绳次数与绳芯组股层数一致时，绳芯股通常与外层绳股具有相同的捻角，如果绳芯股层数多于绳芯合绳次数，则绳芯不同层股捻角不同。笔者收集不同企业资料，就相关问题进行探讨。
2分析与研究
2.1纤维绳芯
2.1.1控制原材料质量
纤维绳芯按材质分为天然纤维绳芯和合成纤维绳芯2大类，前者相对后者储油效果好，但直径均匀性相对较差、容易吸潮，后者长时间受光合作用易老化。不过可以肯定的是，随着合成纤维制造技术进步，合成纤维绳芯使用会越来越广泛，用其代替天然纤维绳芯已成趋势。如果必须选择天然纤维绳芯，应选择质地较硬、抗挤压能力较强、破断拉力较高、吸潮性较差的剑麻绳芯。目前制造合成纤维绳芯基材形状上有丝状、带状（或称片状）和网带状（或称网状）3大类型。笔者了解后者在国内少有企业使用。网带状纤维绳芯相对丝状纤维绳芯、带状纤维绳芯可以提高绳芯贮油量。制造合成纤维绳芯，必须控制好基材尺寸，如带状纤维的宽度与厚度。另外，还须考虑绳芯材质对钢丝绳使用环境的适应性，防止其过早老化。钢丝绳生产企业在认识纤维绳芯质量对钢丝绳质量具有重要影响性的同时，应将对绳芯产品特性控制交于专业企业，毕竟术业有专攻。
2.1.2控制绳芯密度
无论纤维绳芯材质如何，相对金属绳芯，其直径控制相对较难，除因纤维绳芯尺寸不易精确计算外，最大问题是纤维绳芯有相对大的弹性。纤维绳芯质量控制重点应该是密度，即控制相应规格纤维绳芯单位长度质量。实践证明，从保证纤维绳芯支撑效果看，这比单纯控制直径和附加控制绳、股捻距倍数更重要，况且绳芯直径测量结果往往因人而异。虽然ISO4345-1988]明确绳芯直径测量应在一定张力条件下进行，但实际并没有获得常态化应用，绳、股捻距倍数测量误差也大。常规控制直径并不能保证纤维绳芯质量相对稳定。用控制绳芯密度控制绳芯质量须得到重视，标准规定绳芯直径测量方法应得到执行。
2.1.3控制绳芯加油工艺
纤维绳芯相对金属绳芯最大优点在于：其一，可适当增加钢丝绳柔软性；其二，能使钢丝绳在使用中获得相对更好的润滑与相对更好的防腐保护。国内纤维绳芯长期采用2种加油工艺：油槽常压浸油和压力浸油0。并认为后者因相对前者含油率高而更合理。然而通过与国外钢丝绳生产企业、油脂生产企业技术交流，2种工艺存在一定问题，主要是纤维绳芯采用这种加油方式，其硬度会显著降低而影响其支撑能力。国外对纤维绳芯加油通常有以下几种：其一，捻制纤维股时淋油，类似钢丝捻股淋油，用此状态股捻绳；其二，不浸油纤维股捻绳时淋油，类似钢丝捻股不淋油而合绳淋油；其三，部分纤维充分浸油后与未浸油纤维混合捻股，用此状态股捻绳；其四，纤维表面浸（淋）油后捻股并捻绳。需要说明的是，国外企业强调纤维绳含油量适当即可，与国内企业重视提高绳芯含油率不同。大量案例表明，纤维绳芯钢丝绳早期失效往往并非因为绳芯含油量不足，股得不到绳芯持续充分有效支撑往往是导致问题产生的主因，也正因为如此，如果不是钢丝绳使用工况特殊，使用金属绳芯比使用纤维绳芯能使钢丝绳获得相对更优的效果。
2.1.4控制纤维芯结构
ISO4345-1988规定钢丝绳纤维绳至少由3股组成，采用3股结构也确实最为常见，且捻法以交互捻居多。然而，从强企实物看，3股结构并不唯一，采用4股也有，如TEUFELBERGER索道钢丝绳纤维绳芯以数根几乎未捻纤维条为中心，在其外捻制4根同样材质的纤维股，另一国外企业仿制该绳芯，只是中心为单根股而已，且中心股捻向与纤维绳捻向相反，股均采用网状纤维。增加纤维绳股数，主要原因是采用3股结构时股间谷部空隙相对较大而影响其对外层股支撑能力，另外，3股结构时纤维绳直径均匀性相对较差。国内企业生产粗直径纤维绳芯钢丝绳，有时采用类似结构，不过通常是以3股纤维绳为中心，在其外再捻4根3股纤维绳，实践证明采用这种结构取得了不错的效果，关注纤维绳芯结构也是重视其质量的体现。
2.2绳式芯
2.2.1单层股钢丝绳绳芯
2.2.1.1绳芯结构
2.2.1.1.1突出改善绳芯对钢丝绳寿命影响标准并不强制绳芯具体结构，但鉴于绳芯对保持钢丝绳结构完整性所具有的重要作用，其结构必须相对合理。虽然6股、8股钢丝绳绳芯常用6×7-1×7结构，但这种结构相对简单、生产效率相对较高，但该结构并不具有通用性，更不总是理想结构。标准将独立绳式绳芯采用“1WRC”符号表示，更大程度上是方便钢丝绳制造者根据其自身技术能力设计更加合理结构的绳芯。如对8股粗直径电铲钢丝绳，英国、加拿大、美国、澳大利亚等国企业普遍认可2层股绳芯，事实也证明这种绳芯确实比单层股绳芯更有利于提高钢丝绳使用寿命，否则其也不会成为多家国外企业电铲钢丝绳“标配”绳芯。欧洲企业绳芯使用多层股结构也很常见，如TEUFEL-
BERGER图12、Casar 图16、Redaelli图17钢丝绳绳芯。笔者注意到，从目前资料看，2层股平行捻钢丝绳作为绳芯时有填充型、瓦林吞型、西鲁型3种结构，依次如图7、图12、图17钢丝绳绳芯。2层股绳芯相对单层股绳芯，绳芯制造流程肯定会加长，但强企做法一定是有利于改善钢丝绳寿命。
2.2.1.1.2重视绳芯结构多样性相当多企业生产的钢丝绳在使用中绳芯表面容易出现早期大量断丝，甚至绳芯完全断裂，排除绳芯钢丝质量影响因素，与绳芯设计可能存在问题密切相关，且事实证明后者往往更是主因。绳芯早期断丝，只是因为检查不便而显得用户关注度不高、反映不强烈，或者用户、钢丝绳制造者对此现象习以为常。鉴于在所有影响钢丝绳性能因素中最重要的影响因素是结构，因此，改善绳芯性能必须从研究结构入手。汇集世界钢丝绳制造强企资料，笔者发现绳芯结构形式上的多样性特征非常明显。RR-W-
410E-20020之“3.2.3…独立钢丝绳绳芯可以是一根具有纤维芯或钢丝股芯的6×7钢丝绳（当采用钢丝股芯时，其结构为7×7）。6×61结构（种类I，一般用途，类型5）和6×91结构（种类I，一般用途，类型6）的钢丝绳在独立钢丝绳绳芯中的每根股绳应有19根钢丝而不是7根钢丝（构成7×19）
…”描述，就是从标准的角度阐述应根据钢丝绳结构选择合适结构绳芯。虽然GB/T5972-2006回给出服役钢丝绳允许最多可视断丝数不考虑绳芯钢丝，但随着用户作业安全意识的不断提高，绳芯早期相对严重断丝已引起使用者高度关注。目前国内虽有企业开展绳芯设计改进研究，但还不普遍。一定要认识到强企在绳芯结构多样性上大做文章绝不是作秀，一定是提高绳芯钢丝绳使用寿命研究技术成果的体现。
2.2.1.1.3绳芯参数设计必须与外层绳联动
绳芯直径是绳芯最重要参数，但考虑到绳芯与邻
层股肯定存在接触，所以其参数绝非只有直径。因为既然有接触，就必然存在挤压应力，如果绳芯钢丝受到挤压应力大，会造成绳芯钢丝早期断裂并导致绳芯
直径发生变化。在保证绳芯有相对合适直径与合适
结构前提下，其参数设计必须和外层绳、股结构与捻制参数联动，并考虑其能够正常捻制（这里正常捻制
是指股、绳捻距倍数取值在正常范围），应将减小绳芯
钢丝受到挤压应力尽可能小作为绳芯参数设计必须
考虑约束条件-]。理论分析与实践证明，由于绳芯参数设计不当，服役钢丝绳绳芯断丝差异非常明显。图18是仅改变绳芯捻制参数的钢丝绳疲劳试验后绳芯表面断丝对比，图片清楚显示了捻制参数设计是否合理的重要性。独立绳芯虽然是独立捻制钢丝绳，但其参数设计其实并不独立，必须与外层绳、股结构与捻制参数联动。
设计绳芯中心股结构、捻向与参数同样需要设
法减小中心股外层钢丝受到小的挤压应力，具体要
考虑以下因素。其一，中心股捻距倍数取值正常，以保证其合理捻制；其二，中心股捻向应考虑与之相邻
层股构成钢丝绳捻向，不能只单纯考虑绳芯捻制时
中心股钢丝不易浮起；其三，中心股外层钢丝不宜太小，以防止其抗挤压能力不足；其四，中心股外层钢
丝捻角应尽可能接近绳芯外股在钢丝绳中捻角，以减小中心股钢丝过载的可能。“钢丝绳侧股侧丝与
芯丝呈现线接触状态”00和“由本课题组开发的钢
丝绳设计软件可以计算出使接触角最小的最佳绳捻
距倍数”[u]的研究成果值得参考。
2.2.1.2绳芯钢丝
2.2.1.2.1控制绳芯钢丝强度级别
绳芯中心股长度相对组绳其他位置股最短。绳
芯钢丝总面积占组绳钢丝总面积比例相对外层绳（有时也称主绳）占组绳钢丝总面积比例要小。即使设计绳芯外股与外层绳股（有时也称主股）在钢丝绳中具有相同捻角，由于绳芯与外层绳分开捻制，实现绳芯股与外层绳股受力均匀也并不容易。设计绳芯钢丝强度级别应考虑：其一，为防止对钢丝绳加载绳芯因过载而早期断裂，绳芯钢丝应有好的塑性，以使其产生适当延展从而使其与主股钢丝受力尽可能一致，故绳芯钢丝强度级别不宜过高；其二，对任何结构绳芯钢丝绳，由于决定钢丝绳承载能力最大的一定是主股外层钢丝，如果绳芯钢丝强度相对较高，则意味着其硬度相对会大，这将容易造成主股外层钢丝被磨损而影响钢丝绳承载能力，故绳芯钢丝强度级别不应高于主股外层钢丝，这与RR-W-410E-2002中3.2.3
…IWRC中的钢丝应与钢丝绳股绳中所用的钢丝具有相同材料或较低抗拉强度……”规定一致。
2.2.1.2.2控制绳芯钢丝规格通常绳芯外股外层钢丝直径小于主股外层钢丝直径，尽管这并非刻意设计，但所导致的问题是绳芯钢丝抗挤压能力不足，如将服役后钢丝绳拆开即可发现绳芯钢丝表面存在明显压痕。绳芯钢丝直径小的优点是绳芯股与主股相互挤压过程中主股钢丝受到损伤小，但这绝不意味着绳芯钢丝直径越小越好，因为钢丝直径越小其抗挤压能力越弱，如果绳芯钢丝因受到主股钢丝挤压而早期断裂，则意味着不仅减小了组绳承载钢丝总面积，更重要的是会导致绳芯直径减小，并因此减小主股间隙，如果引发主股接触，对钢丝绳疲劳寿命与钢丝绳破断拉力将产生非常不利的影响，因此，应对绳芯钢丝直径予以适当控制。
2.2.1.2.3控制绳芯钢丝质量虽然大多数标准规定钢丝绳拆股检验取样不含绳芯钢丝，但这并不意味着不需要控制绳芯钢丝质量。首先需要肯定的是，标准明确组绳所有钢丝性能均应符合相应技术规范，绳芯钢丝也不例外，不应因为标准规定拆股检验不含绳芯钢丝而放松对绳芯钢丝的质量控制，绳芯钢丝本身质量不高也会出现早期断丝，制作绳芯不是性能不合格钢丝的正常处理通道，仅控制绳芯钢丝尺寸而放松对其性能要求的做法并不可取。
2.2.2多层股抗旋转钢丝绳绳芯2.2.2.1合绳次数等于组绳股层数的抗旋转钢丝绳绳芯
2.2.2.1.1控制绳芯不同层股在绳中捻角捻制合绳次数等于组绳股层数的多层股抗旋转钢丝绳如同捻制多工序交叉捻股，无论绳芯是单层股结构，如18×7类，还是多层股结构，如34（M）x7类钢丝绳绳芯，单层股绳芯外层股、多层股绳芯不同层股在绳中均应保持与外层绳股在绳中捻角相等，这是绳芯设计必须遵守的原则，因为可以通过不同层股在绳中具有相同捻角实现组绳股受力均匀，这与多工序交叉捻股不同层股钢丝在股中具有相同捻角相一致。
2.2.2.1.2控制绳芯不同层绳捻法（向）配置多层股抗旋转钢丝绳绳芯捻向与外层绳捻向一定相反。无论外层绳捻法如何，绳芯选择交互捻相对合适，这可使外层绳股与绳芯股间钢丝交叉程度最轻。至于RR-W-410E-2002规定交互捻18×7类钢丝绳，绳芯捻法为同向捻，笔者分析认为可能基于该钢丝绳不是抗旋转性能优异结构，绳芯设计成同向捻有以下优点：其一，可以提高绳芯抵抗外层绳的抗旋转性能而改善钢丝绳抗旋转性能；其二，可以发挥同向捻抗磨损性能优的捻法特点而提高绳芯抗磨损性能。对抗旋转性能优异结构，如23×7类、
34（M）×7类、34（W）×7类钢丝绳，若绳芯表面没有聚合物，则无论外层绳捻法如何，绳芯选择交互捻也是相对合理的，若有聚合物，也可考虑选择同向捻，这是因为：其一，由于聚合物的机械隔离作用，可以不必过度考虑绳芯股与外层绳股钢丝挤压应力；其二，这种钢丝绳外层绳股数相对较多而使绳芯直径相对较大，绳芯选择同向捻可以发挥同向捻柔软性好的捻法特点提高钢丝绳柔软性。注意，对抗旋转性能好的2层股钢丝绳，绳芯通常会有填充股，如图9、图11和TEUFELBERGER图19钢丝绳。对图19钢丝绳绳芯，从4根填充股看，绳芯为交互捻，从内层股看，绳芯为同向捻，即绳芯是混合捻，这种设计的好处在于：其一，填充股直径小，且在绳芯中具有大的捻距倍数，绳芯选择交互捻可以更好保证绳芯捻制过程中填充股钢丝不易浮起，同时由于外层绳是同向捻，即使聚合物隔离功能降低，也可减小填充股钢丝所受挤压应力；其二，该钢丝绳外层股数多而内层股数少，选择同向捻有利于提高绳芯的柔软性。AS3569-1989]图20钢丝绳层绳捻法（向）配置值得注意，文献D3]34
（M）x7-WSC内层绳与外层绳捻向相同而与中间层绳捻向相反的层绳捻向配置值得商植。
2.2.2.2合绳次数少于组绳股层数多层股抗旋转钢丝绳绳芯
2.2.2.2.1控制绳芯外层股捻角对合绳次数少于组绳股层数标准结构类别的多层股抗旋转钢丝绳，其绳芯一定是平行捻结构
3结语
绳芯通常是圆截面钢丝绳不可或缺的重要组成件，对钢丝绳性能及使用寿命具有重要影响，做好钢丝绳必须做好绳芯。控制纤维绳芯质量，除控制直径外，更应重视密度控制，在其制造中应使用合理的加油工艺，标准关于绳芯直径测量方法应得到执行。金属绳芯因为钢丝绳结构类型不同，其质量控制既有共同点，又有不同点，共同点是：其一，应尽可能将层股钢丝接触应力控制到最小；其二，应注意对中心结构保护；其三，不可忽视绳芯钢丝质量，尤其对多层股钢丝绳。对不具有抗旋转性能的单层股钢丝绳绳芯：其一，钢丝绳为交互（同向）捻时，绳芯为与之捻向相同的同向（交互）捻；其二，绳芯结构、捻制参数设计应与外层绳联动；其三，绳芯中心结构与捻向设计应基于中心股能正常捻制、中心结构钢丝受到邻股挤压应力较小及中心股钢丝与绳芯股受力尽可能均匀；其四，绳芯钢丝强度级别不应超过主股外层钢丝，其规格应大小适宜；其五，性能不合格钢丝也不能用于钢芯生产。对多层股抗旋转钢丝绳绳芯：其一，无论外层绳捻法如何，绳芯选择交互捻是相对合适的。如果钢丝绳采用压实股组绳，或者外层绳与绳芯被聚合物隔离，绳芯也可能选择同向捻；其二，对合绳次数等于组绳股层数的结构，绳芯不同层股应与外层绳股在绳中保持相同捻角，绳芯不同层股在绳中应保持相同捻向。对合绳次数少于组绳股层数结构，绳芯外层直径相对较大股应与外层绳股在绳中保持相同捻角，绳芯不同层捻法配置参考不具有抗旋转性能的单层股钢丝绳；其三，应采用措施防止中心结构早期失效。对平行捻钢丝绳绳芯：其一，组绳不同层股所在钢丝绳捻法配置同非抗旋转钢丝绳，即绳芯中相邻层股对应层绳捻法不同；其二，组绳不同层股捻制参数应联动设计。世界强企对绳芯质量控制研究技术确实走在国内前列，并得到了实践验证，国内企业应跳出传统思维模式，树立做好钢丝绳必须用心做好绳芯的思想，并在生产中实施。
