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0引言 鋼絲繩內(nèi)部出現(xiàn)磨損與疲勞斷絲、斷股的缺陷，極大地降低了使用壽命。對鋼絲繩的內(nèi)部磨損與疲勞破壞的檢測缺乏有效的辦法，使得其在使用中存在極大的安全隱患。鋼絲繩結(jié)
0引言
鋼絲繩內(nèi)部出現(xiàn)磨損與疲勞斷絲、斷股的缺陷，極大地降低了使用壽命。對鋼絲繩的內(nèi)部磨損與疲勞破壞的檢測缺乏有效的辦法，使得其在使用中存在極大的安全隱患。鋼絲繩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論分析受力計算也比較困難。1993年朱永剛、劉桂森和黃江水“就在疲勞試驗機(jī)進(jìn)行過鋼絲繩疲勞試驗情況的研究。隨著鋼絲繩的使用量越來越大，迫切需要對鋼絲繩的摩擦磨損及疲勞壽命等方面的試驗研究。本文依據(jù)GB/T12347-2008《鋼絲繩彎曲疲勞試驗方法》，利用鋼絲繩彎曲疲勞試驗機(jī)進(jìn)行了鋼絲繩彎曲疲勞試驗。
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（1）試驗?zāi)康?/span>
測試試驗鋼絲繩樣品在給定試驗條件下，隨繞試驗滑輪彎曲次數(shù)的累積，試驗鋼絲繩樣品外層鋼絲磨損規(guī)律、鋼絲繩表面鋼絲斷絲發(fā)展變化規(guī)律，測定試驗鋼絲繩樣品在給定試驗張力、試驗頻率、包角、彎曲比（D/d）、試驗行程、試驗段有效長度、報廢條件等試驗條件下的彎曲疲勞壽命。
（2）試驗方法
在電液伺服式全自動鋼絲繩彎曲疲勞試驗機(jī)上，依據(jù)GB/T12347-2008《鋼絲繩彎曲疲勞試驗方法》，對試驗鋼絲繩施加給定試驗張力，通過自動控制的傳動裝置驅(qū)動卷筒作正、反向旋轉(zhuǎn)運動，拖動試驗鋼絲繩繞試驗輪進(jìn)行彎曲疲勞試驗，同時定期對試驗鋼絲繩外層鋼絲的磨損、斷絲等損傷情況進(jìn)行測量。
（3）試驗輪、導(dǎo)向輪參數(shù)
試驗輪：外徑700mm；內(nèi)徑610mm；繩槽半徑17mm。
導(dǎo)向輪：外徑1230mm；內(nèi)徑1120mm；繩槽半徑20mm。
試驗輪、導(dǎo)向輪的其他參數(shù)符合GB/T12347-2008
《鋼絲繩彎曲疲勞試驗方法》的相關(guān)要求。
2試驗參數(shù)
（1）試驗張力
'=&
K式中：F為試樣的最小破斷拉力值，kN；F'為試樣施加的張力值，kN；K為安全系數(shù)，可根據(jù)用戶使用時的安全系數(shù)選取。
本次試驗的試驗張力為180kN。
（2）試驗包角
平面單向彎曲疲勞試驗中，試驗鋼絲繩繞入和繞出試驗輪兩切點法線所形成的角度，本次試驗經(jīng)雙方協(xié)商后確定的試驗包角為180°，如圖1所示。
（3）試驗段長度
試驗段長度取6倍鋼絲繩捻距，鋼絲繩捻距約為7倍鋼絲繩直徑，直徑32mm的鋼絲繩的試驗段長度為7x
6×32mm=1344mm。本次試驗經(jīng)雙方協(xié)商后確定的試驗鋼絲繩有兩個試驗段，每個試驗段長度為2000mm。
（4）試驗行程
平面單向彎曲、試驗鋼絲繩在試驗輪上的包角為180°.鋼絲繩試驗段完全繞過試驗輪所走的總行程，試驗行程計算示意如圖1，上試驗段完全經(jīng)過試驗輪，經(jīng)計算試驗行程為3008mm，取3010mm。
（5）試驗頻率
試驗頻率可以在10~12次/min內(nèi)任意調(diào)整，允許偏差為±1次/min；鋼絲繩彎曲疲勞試驗機(jī)的啟動、停止的加速度為0.5m/s，完成1個平面單向彎曲鋼絲繩的試驗行程為3010mm，鋼絲繩彎曲疲勞試驗機(jī)完成1個平面單向彎曲的速度時間曲線如圖2所示，由圖計算出完成一個疲勞循環(huán)所用的時間約為5.04s，試驗頻率為11.90次/min。
圖2速度時間計算（6）集中斷絲區(qū)
試驗過程中發(fā)現(xiàn)集中出現(xiàn)大量斷絲的區(qū)域，如圖1中的1008mm長度的圓弧段區(qū)域。
（7）直徑等值減少量計算
o=fd-d.X1xioo%
式中：d.為參考直徑（鋼絲繩開始使用后立即在沒有經(jīng)受彎曲的區(qū)段上測量的實測直徑）；d為實測直徑
（在兩個互相垂直的方向上測量的鋼絲繩同一橫截面外接圓直徑的平均值，本次試驗中的實測直徑為在試驗段上3個相距500mm位置測量的6個直徑數(shù)據(jù)的平均值，如圖3所示的黑點標(biāo)記處）；d為公稱直徑（鋼絲繩直徑規(guī)格的約定值）。
3鋼絲繩彎曲疲勞試驗依據(jù)
試驗標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12347-2008《鋼絲繩彎曲疲勞試驗方法》"；GB/T8358-2014《鋼絲繩實際破斷拉力測定方法》。
鋼絲繩報廢標(biāo)準(zhǔn)：GB/T5972-2016《起重機(jī)鋼絲繩保養(yǎng)、維護(hù)、安裝、檢驗和報廢》四中規(guī)定的報廢基準(zhǔn)，等同于ISO43092010中相應(yīng)的條款。具體內(nèi)容為：
可見斷絲（6d長度范圍內(nèi)斷絲9根，或30d長度范圍內(nèi)斷絲18根），或直徑減少（直徑的等值減少量達(dá)到
7.5%），或斷股（出現(xiàn)斷股）。
4試驗結(jié)果
4.1試驗段鋼絲繩的整體磨損
試驗過程中分別對上下兩個試驗段試驗鋼絲繩的磨損情況進(jìn)行了測量，鋼絲繩直徑隨彎曲疲勞次數(shù)變化曲線如圖4所示。
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8。
芝2.1
b0o0m0o|
31.9空系系圣至空名關(guān)系點品
2三三
2A2三2圖4直徑隨彎曲疫勞圖5斷絲總數(shù)與彎偏次數(shù)變化曲線我勞次數(shù)關(guān)系
4.2試驗段鋼絲繩直徑等值減少量
上試驗段：d.=32.47.d.=32.13.d=32.00；下試驗段：d=32.39，d.=32.20，d=32.00。
由此計算出的試驗段鋼絲繩直徑等值減少量如下：
Q：=1（32.47-32.13）/32.001×100%=1.06%
Qr=（32.39-32.20）/32.001×100%=0.59%
上下試驗段鋼絲繩直徑等值減少量都沒有達(dá)到GB/
T5972-2016《起重機(jī)鋼絲繩保養(yǎng)、維護(hù)、安裝、檢驗和報廢》中規(guī)定的報廢基準(zhǔn)（直徑的等值減少量達(dá)到
7.5%）。
4.3試驗鋼絲繩表面斷絲
鋼絲繩表面斷絲全部出現(xiàn)在集中斷絲區(qū)，合計斷絲數(shù)為20，斷絲總數(shù)與彎曲疲勞次數(shù)關(guān)系如圖5所示。可見斷絲數(shù)已經(jīng)達(dá)到了報廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的6d長度范圍內(nèi)斷絲9根或30/長度范圍內(nèi)斷絲l8根。
鋼絲繩表面斷絲如圖6所示，第1次斷絲、第2次斷絲、第3次斷絲均為股頂斷絲，如圖7所示，鋼絲繩股表面被壓平部位為股頂，股頂斷絲共4根；其余斷絲均為股溝斷絲，股溝斷絲共16根，如圖8所示。
原因分析：隨著上試驗段完全經(jīng)過試驗輪進(jìn)行一次平面單向彎曲，集中斷絲區(qū)相當(dāng)于從一個試驗輪出來又完全進(jìn)入下一個試驗輪，也就是說集中斷絲區(qū)進(jìn)行了一次平面雙向S型彎曲，導(dǎo)致了圖1中的1008mm長度的圓弧段區(qū)域出現(xiàn)大量斷絲，而其他任何試驗區(qū)域都沒有出現(xiàn)斷絲。
圖6鋼絲繩表面斷絲（在試驗機(jī)上）圖7鋼絲繩表面斷絲（股頂斷絲）圖8鋼絲繩表面新絲（股溝斷絲）
4.4試驗鋼絲繩拆股斷絲統(tǒng)計如圖9所示，將試驗鋼絲繩外層股按從上往下順序編號為股1~8，每股的最左側(cè)白色標(biāo)記為股編號標(biāo)簽，其余位置的每個白色標(biāo)簽至少代表1個斷絲點，卷尺顯示長度為1.10m，每股的斷絲數(shù)如表1所示。股4和股6被截取的部分用于做鋼絲繩表面斷絲斷口、金相、成分等分析，截取部分包含6個完整斷絲點（即表1中的+4和+2），斷絲嚴(yán)重區(qū)域如圖10所示。合計斷絲數(shù)為76.
與試驗至報廢時在試驗機(jī)上數(shù)出的表面斷絲數(shù)20差別很大，說明了試驗鋼絲繩的斷絲既有外層股的表面可見斷絲也有外層股的表面不可見斷絲。圖9外層股鋼絲繩拆股斷空位置拆解外層股后，去除內(nèi)層股表面的填充物，內(nèi)層股拆解如圖11所示，鋼絲繩內(nèi)層股編號為股l~6（圖中從上往下順序為股1-7.股7為繩芯.每股的最左側(cè)白色標(biāo)記為股編號標(biāo)簽，其余位置的每個白色標(biāo)簽至少代表1個斷絲點，卷尺顯示長度為1.10m），內(nèi)層股表面可見斷絲數(shù)合計為22，繩芯表面可見斷絲數(shù)為10，合計斷絲數(shù)為32。內(nèi)層股嚴(yán)重斷絲區(qū)如圖12所示。
綜上所述，將試驗鋼絲繩拆解后，外層股、內(nèi)層股、繩芯合計斷絲數(shù)合計為76+32=108。
圖1l內(nèi)層股鋼紛師拆股斷絲位置圖12內(nèi)層股嚴(yán)重斷絲區(qū)（直股為繩芯）
4.5試驗鋼絲繩彎曲疲勞壽命試驗鋼絲繩彎曲疲勞壽命為19534次。
4.6破斷拉伸試驗
破斷拉伸試驗采用《GB/T8358-2014鋼絲繩實際破斷拉力測定方法》中5.3條套壓法試樣制備破斷拉伸鋼絲繩試樣，試樣最小有效長度為30d-2000mm。
破斷拉伸鋼絲繩試樣1：在鋼絲繩彎曲疲勞試驗機(jī)驅(qū)動卷筒上最外側(cè)選取一段，這一段鋼絲繩在進(jìn)行鋼絲繩彎曲疲勞試驗機(jī)一直在驅(qū)動卷筒上，受到鋼絲繩彎曲疲勞試驗影響較小，截取長度5m的鋼絲繩，制作破斷拉伸鋼絲繩試樣1.在300t臥式拉力試驗機(jī)上進(jìn)行破斷拉伸試驗。
破斷拉伸鋼絲繩試樣2：試驗后，選取試驗鋼絲繩上一端選在集中斷絲區(qū)的端點.表面完好，沒有達(dá)到報廢條件的試驗鋼絲繩上截取長度5m的鋼絲繩，制作破斷拉伸鋼絲繩試樣2，在3001臥式拉力試驗機(jī)上進(jìn)行破斷拉伸試驗。
試樣l破斷拉伸試驗曲線如圖13所示，最大拉伸力為849.0kN。試樣2破斷拉伸試驗曲線如圖14所示，最大拉伸力為836.7kN，與試樣l相比，試樣2破斷拉力沒有明顯降低。
1000I000600
-400
O 28 5684112[40 028564 112 140仲長位移Nmm鐘長（位移mm圖13試樣l破斷拉掉試驗曲線圖14試樣2破斷拉伸試驗曲線5結(jié)束語
試驗鋼絲繩進(jìn)行了19534次平面單向彎曲疲勞試驗后，試驗前后試驗鋼絲繩所能承受的拉力沒有明顯損失，但表面可見斷絲為20根，拆開外層股、內(nèi)層股后，外層股、內(nèi)層股及繩芯的表面斷絲達(dá)到了108根，通過試驗驗證了鋼絲繩整繩表面可見斷絲僅僅是鋼絲繩全部斷絲的一小部分，大部分?jǐn)嘟z都隱藏在鋼絲繩的內(nèi)部。
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