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1、鋼絲繩受力計算公式 鋼絲繩是起重機上應用最廣泛的撓性構件, 也是起重機械安全生產三大重要構件 ( 制動器、鋼絲繩和吊鉤 ) 之一。鋼絲繩具有重量輕、撓性好、使用靈活、韌性好、能承 受衝擊載荷、高速運行中沒有噪音、破斷前有斷絲預兆等優點。但起重鋼絲繩頻繁用於 各種作業場所 , 因此易磨損、易腐蝕等。如果鋼絲繩的選擇、維護、保養和使用不當, 容 易發生鋼絲繩斷裂 , 造成傷亡事故或重大險情。因此正確掌握使用鋼絲繩的方法是十分 重要的。 一、鋼絲繩的種類 鋼絲繩是把很多根直徑為0.3 3mm 的高強度碳素鋼鋼絲先擰成股, 再把若干股 圍繞著繩芯擰成繩的。鋼絲繩種類很多, 按繞撚方法不同可分為左同向撚
2、、右同向撚、 左交互撚、右交互撚 四種, 起重作業中常用右交互撚鋼絲繩。 按鋼絲繩芯材料不同可分為麻芯、石棉芯和金屬繩芯三種 , 起重作業中常採用麻 芯鋼絲繩 , 麻芯中浸有潤滑油 , 起減小繩股及鋼絲之間的摩擦和防腐蝕的作用。 按鋼絲繩繩股及絲數不同可分為619、637 和 661 三種, 起重作業中最常 用的是 619 和 637 鋼絲繩 。 按鋼絲表面處理不同又可分為光面和鍍缽兩種, 起重作業中常用光面鋼絲繩。 按鋼絲繩股結構分類 , 又可分為點接觸繩、線接觸繩和接觸繩。 點接觸繩的各層鋼絲直徑相同, 但各層螺距不等 , 所以鋼絲互相交叉形成點接觸, 在工作中接觸應力很高 , 鋼絲易磨損
3、折斷 , 但其製造工藝簡單。 線接觸繩的股內鋼絲粗細不同, 將細鋼絲置於粗鋼絲的溝槽內, 粗細鋼絲間成線 接觸狀態。由於線接觸鋼絲繩接觸應力較小, 鋼絲繩壽命長 , 同時撓性增加。由於線接觸 鋼絲繩較為密實 , 所以相同直徑的鋼絲繩 , 線接觸繩破斷拉力大些。 繩股內鋼絲直徑相同 的同向撚鋼絲繩也屬線接觸繩。 面接觸繩的股內鋼絲形狀特殊, 採用異形斷面鋼絲 , 鋼絲間呈面狀接觸。 其優點是外表光滑, 抗腐蝕和耐磨性好 , 能承受較大的橫向力; 但價格昂貴 , 故只能在特 殊場合下使用。 二、鋼絲繩的規格參數 一般起重作業可採用GB/T8918-1996 鋼絲繩中 619 和 637 鋼絲繩 ,
4、 其規格參 數見表 1 和表 2。 表 1 鋼絲繩的破斷拉力 直徑鋼絲繩的抗拉強度 /MPa 鋼絲 繩 /mm 鋼絲 /mm 1400 1550 1700 1850 2000 鋼絲破斷拉力總和 /kN 6.2 0.4 20.00 22.10 24.30 26.40 28.60 7.7 0.5 31.30 34.60 38.00 41.30 44.70 9.3 0.6 45.10 49.60 54.70 59.60 64.40 11.O 0.7 61.30 67.90 74.50 81.10 87.70 12.5 0.8 80.10 88.70 97.30 105.50 114.50 14.O
5、0.9 101.00 112.00 123.00 134.00 114.50 15.5 1.O 125.00 138.50 152.00 165.50 178.50 17.O 1.1 151.50 167.50 184.00 200.00 216.50 18.5 1.2 180.00 199.50 219.00 238.00 257.50 20.O 1.3 21150 234.00 257.00 279.50 302.00 21.5 1.4 245.50 271.50 298.00 324.00 350.50 23.O 1.5 281.50 312.00 342.00 372.00 402.5
6、0 24.5 1.6 320.50 355.00 389.00 423.50 458.00 26.O 1.7 362.00 400.50 439.50 478.00 517.00 28.O 1.8 405.50 499.00 492.50 536.00 579.50 31.O 2.O 501.00 554.50 608.50 662.00 715.50 34.O 2.2 606.00 671.00 736.00 801.00 37.O 2.4 721.50 798.50 876.00 953.50 40.O 2.6 846.50 937.50 1025.00 1115.00 表 2 鋼絲繩的破
7、斷拉力 直徑鋼絲繩的抗拉強度 /MPa 鋼絲繩 /mm 鋼絲 /mm 1400 1550 1700 1850 2000 鋼絲破斷拉力總和 /kN 8.7 0.4 39.00 43.20 47.30 51.50 55.70 11.O 0.5 60.00 67.50 74.00 80.60 87.10 13.O 0.6 87.80 97.20 106.50 116.00 125.00 15.O 0.7 119.50 132.00 145.00 157.50 170.50 17.5 0.8 156.00 172.50 189.50 206.00 223.00 19.5 0.9 197.50 218.
8、50 239.50 261.00 282.00 21.5 1.O 243.50 270.00 296.00 322.00 348.50 24.O 1.1 295.00 326.50 358.00 390.00 421.50 26.O 1.2 351.00 388.50 426.50 464.00 501.50 28.O 1.3 412.00 456.50 500.50 544.50 589.00 30.O 1.4 478.00 529.00 580.50 631.50 683.00 32.5 1.5 548.50 607.50 666.50 725.00 784.00 34.5 1.6 624
9、.50 691.50 758.00 825.00 892.00 36.5 1.7 705.00 780.50 856.00 931.50 1005.00 39.O 1.8 790.00 875.00 959.50 1040.00 1125.00 43.O 2.O 975.50 1080.00 1185.00 1285.00 1390.00 47.5 2.2 1180.00 1305.00 1430.00 1560.00 52.O 2.4 1405.00 1555.00 1705.00 1855.00 56.O 2.6 1645.00 1825.00 2000.00 2175.00 三、鋼絲繩的
10、標記 目前在起重機上所採用的鋼絲繩主要是普通型結構鋼絲繩, 繩 619 和繩 637。 按照國 家標準圓股鋼絲繩 (GB1102一 74)的規定 , 鋼絲繩的標記方法如下 : 如, 鋼絲繩 637-15.0-170-I一甲一鍍一右交GB1102-74 這表示該圓股鋼絲繩由6 股撚制 , 股的結構形式為點接觸 , 每股有 37 根鋼絲 , 纖 維繩芯 , 鋼絲繩直徑 15.Omm, 由公稱抗拉強度 1700MPa 的 I 號甲組鍍缽鋼絲製成 , 鋼絲繩 的撚向為右交互撚。 四、鋼絲繩的選用 鋼絲繩在同直徑時公稱抗拉強度越低, 每股繩內鋼絲越多 , 鋼絲直徑越細 , 則繩 的撓性越好 , 但鋼絲繩
11、易磨損。 反之, 每股繩內鋼絲直徑越粗 , 則鋼絲繩撓性越差 ,鋼絲繩 耐磨損。因此,不同型號的鋼絲繩 , 它的使用範圍也不同。 根據起重吊裝作業的實際需要, 一般情況下 , 鋼絲繩的選用可考慮以下原則: (1)6 19 鋼絲繩用做纜風繩、拉索及製作起重索具 , 一般用於受彎曲載荷較小或 遭受磨損的地方。 (2)6 37 鋼絲繩用於起重作業中捆紮各種物件、設備及穿繞滑車組和製作起重 用索具。適用於繩索受彎曲時。 (3)6 61 鋼絲繩用於綁紮各類物件。 繩?剛性較小 , 易於彎曲 ,用於受 ?不大的 地方。 同向撚的鋼絲繩 , 表面較平整、柔軟 , 具有良好的抗彎曲疲勞性能,比較耐用 ; 其
12、缺點是繩頭斷開處繩股易鬆散, 懸吊重物時容易出現旋轉, 易捲曲扭結 , 因此在吊裝中不 宜單獨採用。起重吊裝作業常用存交互撚鋼絲繩。 五、鋼絲繩的受力計算 某一規格的鋼絲繩允許承受的最大拉力是有一定限度的, 超過這個限度 , 鋼絲繩 就會被破壞或拉斷 , 因此在工作中需對鋼絲繩的受力進行計算。 ( 一) 鋼絲繩的破斷控力 鋼絲繩的破斷拉力可由表1、2 中查出, 考慮鋼絲繩撚制使每根鋼絲受力不均勻, 整根鋼絲繩的破斷拉力應按下式計算: SP =Si 式中 SP 鋼絲繩的破斷拉力 ,kN; Si 鋼絲絲繩規格表中提供的鋼絲破斷拉力的總和, kN; 鋼絲撚制不均折減係數, 對 619繩, =0.85
13、; 對 637 繩, =0.82; 對 6 61 繩, =0.80。 但在工作現場 , 一般缺少圖表資料 , 同時也不要求精確計算 , 此時可採用 下式( 僅為數據估算用 ,非規範公式 ) 估算鋼絲繩的破斷拉力 : SP =500d 2 式中 SP 鋼絲繩的破斷拉力 ,N; d 鋼絲繩的直徑 ,mm。 ( 二) 鋼絲繩的安全係數 為了保證起重作業的安全, 鋼絲繩許用拉力只是其破斷拉力的幾分之一。破斷拉 力與許用拉力之比為安全係數。下表列出了不同用途鋼絲繩的安全係數。 表為鋼絲繩的安全係數 使用情況安全係數使用情況 安全係 數 用做纜風繩、拖 拉繩 3.5 機械驅動起重設 備 5-6 人力驅動起
14、重 設備 4.5 用做吊索 ( 無彎 曲) 6-7 用做捆綁吊索810 用做載人升降機14 (三)鋼絲繩的許用扭力 P = SP / K 式中 P鋼絲繩的許用拉力 ,N; SP鋼絲繩的破斷拉力 ,N; K 鋼絲繩的安全係數。 例 : 型號 637-26 的鋼絲繩 , 用做捆綁繩時其許用拉力為多大？ 解: SP =500d2=500262=338000(N) 用做捆綁繩時 ,取 K=10,則 P = SP / K =338000 / 10=33800（N） 六、鋼絲繩報廢標準 鋼絲繩使用到一定的損壞程度時, 必須按規定報廢 , 其報廢標準如下 : 每一節距 ( 也稱撚距 , 指鋼絲繩中的任何一股
15、纏繞一周的軸向長度) 內鋼絲斷 裂的數目超過表2.4 規定的數目時應報廢。鋼絲繩斷絲數量不多, 但斷絲增加很快時也 應報廢。 鋼絲繩的鋼絲磨損或腐蝕達到或超過原來鋼絲直徑的40% 以上時, 即應報廢。 在 40% 以內者應按表 2.5 降級使用。當整根鋼絲繩的外表面受腐蝕而形成的麻面達到肉 眼很容易看出的程度時 , 應予報廢。 表為折減係數 鋼絲表面磨 損或腐蝕量 (%) 折減係數 (%) 鋼絲表面磨 損或腐蝕盤 (%) 折減係數 (%) 10 85 25 60 15 75 30-40 50 20 70 大於 40 O 鋼絲繩受過火燒或局部電弧作用應報廢。 鋼絲繩壓扁變形、有繩股或鋼絲擠出、籠
16、形畸變、繩徑局部增大、扭結、彎 折時應報廢。 鋼絲繩繩芯損壞而造成繩徑顯著減少(達 7%) 時應報廢。 吊運熾熱金屬或危險品的鋼絲繩, 報廢斷絲數取通用起重機鋼絲繩斷絲數的 一半, 其中包括鋼絲繩表面磨損或腐蝕的折減。 七、鋼絲繩使用、維護與保養 鋼絲繩要正確開卷。鋼絲繩開卷時, 要避免鋼絲繩扭結 , 強度降低以致損壞。 鋼絲繩切斷時要紮緊防止鬆散。 鋼絲繩不得超負荷使用, 不能在衝擊載荷下工作 , 工作時速度應平穩。 在捆綁或吊運物件時, 鋼絲繩應避免和物體的尖角棱邊直接接觸, 應在接觸處 墊以木塊、麻布或其他襯墊物。 嚴禁鋼絲繩與電線接觸, 以免被打壞或發生觸電。靠近高溫物體時, 要採取隔 熱措施。 鋼絲繩在使用中應避免扭結, 一旦扭結 , 應立即抖直。使用中應儘量減少彎折 次數, 並儘量避免反向彎折。 鋼絲繩與捲筒或滑車配用時, 捲筒或滑輪的直徑至少比鋼絲繩直徑大16 倍。 不能穿過已經破損的滑輪, 以免磨損鋼絲繩或使繩脫出滑輪, 造
