钢丝绳受力计算公式

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、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6×19、6×37和6×61三種,起重作業中最常用的是6×19和6×37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6×19和6×37鋼絲繩,其規格參數見表 1和表2。

表1 鋼絲繩的破斷拉力

表 2 鋼絲繩的破斷拉力

三、鋼絲繩的標記

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6×19和繩6×37。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6×37-15.0-170-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:

S P =ΨΣS i

式中S P ——鋼絲繩的破斷拉力,kN;

ΣS i ——鋼絲絲繩規格表中提供的鋼絲破斷拉力的總和, kN;

Ψ——鋼絲撚制不均折減係數,對6×19繩,Ψ=0.85;對6×37繩,Ψ=0.82;對6×61 繩, Ψ=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:

S P =500d2

式中S P ——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

(三)鋼絲繩的許用扭力

P = S P / K

式中 P——鋼絲繩的許用拉力,N;

S P——鋼絲繩的破斷拉力,N;

K ——鋼絲繩的安全係數。

例 : 型號6×37-26的鋼絲繩,用做捆綁繩時其許用拉力為多大？

解: S P =500d2=500×262=338000(N)

用做捆綁繩時,取K=10,則

P = S P / 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:

①每一節距(也稱撚距,指鋼絲繩中的任何一股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。

②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。