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1問題提出 多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩分為合繩次數(shù)與組繩股層數(shù)一致結(jié)構(gòu)和合繩次數(shù)少于組繩股層數(shù)結(jié)構(gòu)2大類型，前者如187類、34（M）7類鋼絲繩，后者如247類、35（W）7類鋼絲繩，Bridon、R
1問題提出
多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩分為合繩次數(shù)與組繩股層數(shù)一致結(jié)構(gòu)和合繩次數(shù)少于組繩股層數(shù)結(jié)構(gòu)2大類型，前者如18×7類、34（M）×7類鋼絲繩，后者如24×7類、35（W）×7類鋼絲繩，Bridon、Redaelli、Kisw-
rie、Usha martin等企業(yè)還常態(tài)化生產(chǎn)合繩次數(shù)少于組繩股層數(shù)且主要用于海工市場諸多非標結(jié)構(gòu)多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩-習(xí)。關(guān)于35（W）×7類鋼絲繩，GB/T8706-2006/IS017893：20040給出結(jié)構(gòu)分類原則為：組繩股3層、組繩外層股15-18根、組繩股27-40根，外層股組股鋼絲5-9根且該股外層鋼絲4-8根、外層繩股以外股在繩中組成瓦林吞式平行拾鋼絲繩。照此規(guī)定，圖1、圖2鋼絲繩結(jié)構(gòu)當歸該類。筆者在PYTHON企業(yè)產(chǎn)品樣本中看到圖3、圖4鋼絲繩，從股在繩中排列直觀判斷，2種鋼絲繩是3次合繩結(jié)構(gòu)，但資料明示均為2次合繩的多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，如果將圖3、圖4鋼絲繩中心1+3×7+3繩依次換成1×6股、1×7股，則圖3、圖4鋼絲繩詳細結(jié)構(gòu)式依次變?yōu)?5×6：7×6+7×6-7×6-1×6、17×7：7×7+7×7-7×7-1×7，相應(yīng)結(jié)構(gòu)簡式則依次為37（W）×6、39（W）×7，這樣圖3、圖4鋼絲繩將依次對應(yīng)圖1、圖2鋼絲繩，也可反過來理解圖3、圖4鋼絲繩依次是圖1、圖2鋼絲繩中心股被1+
3×7+3繩替代后所得。考慮到GB/T8706-2006/
IS017893：2004有用組合芯代替單根鋼絲芯而不改變組股鋼絲層數(shù)、組股鋼絲總數(shù)與增加撿股次數(shù)規(guī)定，還有資料國就相關(guān)問題進行過研究，據(jù)此推測用1+3×7+3繩代替多層股鋼絲繩中心單根股也不應(yīng)增加多層股鋼絲繩組繩股層數(shù)、合繩次數(shù)及改變鋼絲繩原結(jié)構(gòu)，即圖1、圖3鋼絲繩相同，圖2、圖4鋼絲繩相同。對于35（W）×7類鋼絲繩，無論其具體結(jié)構(gòu)如何，其中心股直徑本來就小，如外層15根1×7般結(jié)構(gòu)簡式為27（W）×7鋼絲繩通常沒有中心股。采用1+3×7+3繩代替單根股作為多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩中心，究竟有何意義？筆者認為值得研究。特別值得一提的是以生產(chǎn)特種鋼絲繩見長的CASAR公司，其在礦用鋼絲繩（Underground Mining Ropes）資料中也展示了中心結(jié)構(gòu)為“繩”的多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，如圖5、圖6、圖7、圖8。需要說明的是，由于將3×7+3結(jié)構(gòu)作為獨立金屬繩芯已有報道5-d，故筆者將1+3×7+3這種由中心鋼絲、股和填充鋼絲組成結(jié)構(gòu)也稱為鋼絲絕。
2問題研究
2.11+3×7+3繩作為中心結(jié)構(gòu)對多層股鋼絲繩鋼絲總面積的影響不明顯
假定股在繩中、鋼絲在股中處于非撿制狀態(tài)，圖3
與圖1相比、圖4與圖2相比，組繩鋼絲總面積降幅依次約為0.50%、0.70%。雖然單從中心結(jié)構(gòu)看，
1+3×7+3繩鋼絲總面積顯著小于1×6股、1×7般鋼絲總面積，但由于多層股鋼絲繩中心結(jié)構(gòu)本身鋼絲總面積占組繩鋼絲總面積的比例小，這就決定了用1+3×7+3繩分別代替1×6股、1×7股作為鋼絲繩中心并不會對組繩鋼絲總面積產(chǎn)生值得關(guān)注的影響，即意味著用鋼絲繩代股作為鋼絲繩之中心不會明顯影響鋼絲絕破斷拉力與單位長度重量等性能參數(shù)，這也是將圖3、圖4鋼絲繩仍然認為是2次合繩鋼絲繩之根本。
2.21+3×7+3繩中中心鋼絲與填充鋼絲
2.2.1中心鋼絲有利于使鋼芯股保持一定間隙同層股（鋼絲）數(shù)目越少，則相應(yīng)中心股（中心鋼絲）直徑就越小。假設(shè)股在繩中、鋼絲在股中均處于非捻制狀態(tài)，對于1+3×7+3繩，中心鋼絲直徑約是1×7股直徑的1.55%，中心鋼絲面積占1+3×7+3繩鋼絲總面積約為0.78%，從這2個數(shù)據(jù)看，中心鋼絲的有無似乎無關(guān)緊要，其實這是不全面的。因為保持股中同層鋼絲、繩中同層股間有合理間隙已經(jīng)是高質(zhì)量鋼絲繩結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計公開的技術(shù)秘密。如果中心結(jié)構(gòu)為3×7+3，則會導(dǎo)致3根1x
7股間無間隙，這對中心結(jié)構(gòu)壽命將產(chǎn)生負面影響，并連鎖影響到整個多層股鋼絲繩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以，盡管1+3×7+3繩中中心鋼絲直徑很小，但仍然缺“1”不可，或者說“1”的保留有其值得關(guān)注的合理性。
2.2.2填充鋼絲有利于增加中心結(jié)構(gòu)鋼絲面積如果將多層股鋼絲繩中心單根股用1根中心鋼絲外加3根股組成結(jié)構(gòu)替代，如其為1+3×7，則與單根股相比，替代結(jié)構(gòu)因為組繩只有3根股，故股與股間空隙大，這會導(dǎo)致用1+3×7結(jié)構(gòu)替代單根股后中心結(jié)構(gòu)鋼絲面積顯著降低而影響中心結(jié)構(gòu)破斷拉力。為彌補此缺陷，在股間填充鋼絲不僅可能而且需要。經(jīng)過計算，用1+3×7結(jié)構(gòu)替代1×6股、依次約為35.78%、37.86%，用1+3×7+3繩替代后中心結(jié)構(gòu)鋼絲總面積則依次減小約15.78%、
18.51%，數(shù)據(jù)清楚顯示出增加填充鋼絲對用1+
3×7+3繩替代單根股后不至于中心結(jié)構(gòu)鋼絲總面積顯著降低所具有的重要作用。
2.3用1+3×7+3繩代替單根股的作用
2.3.1可減小中心結(jié)構(gòu)鋼絲受到的擠壓應(yīng)力中心采用單根股無法使其外層鋼絲受到擠壓應(yīng)力最小。實踐證明，如果鋼芯結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計不精細，鋼絲繩使用中綱芯早期斷絲將不可避免。對已服役一定時間鋼絲繩拆繩即可發(fā)現(xiàn)鋼芯鋼絲表面通常存在明顯壓痕，這預(yù)示著鋼絲受到相鄰層股鋼絲強勁的擠壓作用，隨著鋼絲繩服役時間的繼續(xù)延長，鋼絲會斷裂成小段，甚至鋼芯鋼絲全部斷裂。國外相關(guān)企業(yè)研究資料提示，為延長鋼芯鋼絲疲勞壽命，采取將鋼芯外股鋼絲與相鄰層股（或稱主股）鋼絲設(shè)計成近似平行幾何關(guān)系的技術(shù)思路，以減小鋼芯鋼絲所受擠壓應(yīng)力，這種分析顯然也可推廣到用股作為鋼絲繩中心的多層股抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。當然考慮到接觸位置股中鋼絲走向，鋼芯鋼絲與相鄰層股鋼絲之間的平行不同于平行捻股中中心鋼絲以外不同位置鋼絲軸線平行或綱絲接觸線平行，后者平行是連續(xù)平行而前者平行只是斷續(xù)平行。值得說明的是，雖然一般鋼絲繩資料顯示垂直鋼絲繩（股）軸線所得股（鋼絲）截面是標準的橢圓形，其實這只是股在鋼絲繩中或鋼絲在股中處于捻制狀時截面的近似形狀，而理論上的股、鋼絲輪廓線是卵形線]，正是因為卵形線的存在才使一定條件下獨立鋼絲繩繩芯（IWRC）外股外層鋼絲或單根股外層鋼絲與其相鄰股外層鋼絲在特定部位相互平行成為可能，否則如果繩中股、股中鋼絲截面是標準橢圈的話，鋼芯鋼絲有相鄰層股鋼絲的只能是點接觸。圖1鋼絲繩中由不同直徑股所組成的次外層鋼絲繩（7×6+7×6）
直徑是由中心股與其相鄰7根內(nèi)層股構(gòu)成內(nèi)層繩（1×6-7×6）直徑的1.48倍，圖2鋼絲繩中次外層鋼絲繩直徑與其內(nèi)層繩直徑間也存在相同的比值關(guān)系。由于外層繩股以外股構(gòu)成平行撿鋼絲繩，這意味著圖1、圖2鋼絲繩內(nèi)層繩拾距倍數(shù)是次外層繩拾距倍數(shù)的1.48倍。假設(shè)次外層繩捻距倍數(shù)取6.50、6.00、5.50，則內(nèi)層繩捻距倍數(shù)將依次為9.62、
8.88、8.14，1×6股、1×7股假設(shè)拾距倍數(shù)取9.00、
8.50、8.00。采用文獻]給出的基本公式，根據(jù)內(nèi)層繩結(jié)構(gòu)，即求得與假設(shè)拾距倍數(shù)對應(yīng)內(nèi)層繩、內(nèi)層
3結(jié)語
保持組繩中心股外層鋼絲受到相鄰層股外層鋼絲擠壓應(yīng)力最小，對防止中心股外層鋼絲早期斷裂非常重要，況且對于任何結(jié)構(gòu)鋼絲繩，中心股長度最短的幾何特征也決定了其相對組繩其他位置股易過載。控制中心股外層鋼絲與相鄰層股外層鋼絲接觸面積大小是控制中心股外層鋼絲受到擠壓應(yīng)力大小的關(guān)鍵。多層股鋼絲繩中心如果繼續(xù)采用單股結(jié)構(gòu)，無論中心股結(jié)構(gòu)如何，滿足中心股外層鋼絲受到盡可能小擠壓應(yīng)力時股捻距倍數(shù)不是過大就是過小，運超出股正常捻距倍數(shù)范圍，即這種捻距倍數(shù)股其實并不具有實際使用價值。捻距倍數(shù)太小，生產(chǎn)效率低、鋼絲性能損失大；捻距倍數(shù)過大，鋼絲在股中捻制不緊密，甚至非常接近非撿制狀態(tài)，這種撿距倍數(shù)股不僅不能正常捻制，也會因為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性太差而無法后續(xù)使用。對內(nèi)層繩7根股，內(nèi)層股結(jié)構(gòu)為1×6、1×7之歸屬35（W）×7類鋼絲繩，PY-
THON用中心鋼絲、填充鋼絲和股組成的1+3×7+
3繩代替常用單根股，在1+3×7+3繩及其所含1×7股摻距倍數(shù)均可在正常捻距范圍情況下，輔助合理的捻法、捻向配置，1+3×7+3繩中所含1×7股外層鋼絲軸線與內(nèi)層繩1×6股、1×7股外層鋼絲軸線在股接觸部位可以實現(xiàn)平行，從而使替代結(jié)
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