起重吊装、钢丝绳的特性及计算

起重吊装、钢丝绳的特性及计算1.钢丝绳的特性：钢丝绳是用优质高强度碳素钢丝捻制成的，它具有截面相等、抗拉强度高、耐磨损、弹性好，在高速运转时，运动平稳，没有噪音，自重轻、工作安全、可靠。能承受冲击性载荷，破断前有断丝预兆，整根钢丝绳不会立即折断。2.钢丝绳的缺点：钢丝绳由于具有柔性【能弯曲】、还具有僵性【反抗弯曲】，按规范要求，在起重吊装机索具中具有一定的绳轮比，必然增大卷筒和滑轮的直径，相应地增大了其尺寸和重量。使用不当时，易发生疲劳破坏和磨损。3.钢丝绳的技术规范国产标准钢丝绳中，针对我们起重吊装作业常用的钢丝绳有：6×19＋1【其中6为六股钢索，19为每股钢索中有十九根0.4～3㎜的钢丝捻制而成，1为中间的一根麻芯，麻芯油浸过的。当钢丝绳受力后，油从缝隙中挤出，起到减小摩擦保护钢丝绳使用寿命】。一般用作缆风绳和拖拉绳。6×37＋1【其中6为六股钢索，37为每股钢索中有三十七根0.4～3㎜的钢丝捻制而成，1为一根中间的油浸麻芯】。一般用作滑轮组与卷筒起重跑绳用。6×61＋1【其中6为六根钢索，61为每股钢索中有六十一根0.4～3㎜的钢丝捻制而成，1为一根中间的油浸麻芯】。一般用作千斤绳【吊索】、捆绑绳用。其中钢丝的抗拉强度分别为1400MpPa、1550MPa、1700MPa、1850MPa、2000MPa五个等级，见表。现场实践证明，钢丝绳的破坏主要是由疲劳、磨损引起的。1.钢丝绳的破坏：根据实验与安装施工现场的实践证明，钢丝绳的破坏主要由钢丝绳的疲劳、磨损引起的。因钢丝绳在工作时,一般要进出滑轮或卷筒作弯绕，除了产生拉应力外，还有接触应力和弯曲应力，尤其是后两者的脉动特性,引起金属的疲劳。经过一段时间的使用，钢丝绳表面的钢丝发生弯曲疲劳与磨损，表面层的钢丝逐渐折断，折断的钢丝数量愈多，其它未断的钢丝所受拉力越大，疲劳与磨损便愈来愈甚，使断丝速度加快，当断丝发展到一定程度，就保证不了钢丝绳的使用安全系数，按规范要求，钢丝绳在一个节距内断丝超过规定的数量便报废。（1）疲劳破坏：由于钢丝绳是在交变载荷持续反复作用【积劳成疾】发生的破坏。破坏特点是突然性、高度局部性和各种缺陷的敏感性。疲劳破坏的宏观断口特征是脆性的，无明显塑性变形。疲劳破坏总是始于微观裂纹，来源于冶烁、冷热加工、化学成份影响、热处理影响、残余应力影响、应力集中的影响等。针对起重吊装实践，钢丝绳的疲劳破坏有如下原因：a.钢丝绳缠绕不规范，任意交错，层层相咬，股股相磨。b.卷筒或滑轮的直径太小，绳轮比不符合规范要求。c.滑轮或卷筒的轴承坏了，在转动时发生振动或不均匀的偏心转动，钢丝在运动的时候，就会发生鞭打卷筒的现象。（2）钢丝绳的节距：钢丝绳的报废与折减负荷使用按国家标准规定,在一个节距内断丝或磨损情况而确定的。见一个节距的示意图2.钢丝绳的计算：钢丝绳的计算重点掌握，钢丝绳与滑轮及卷筒绳轮比的计算；钢丝绳使用安全系数的计算；破断拉力计算；许用拉力计算等。（1）钢丝绳缠绕滑轮或卷筒时最小直径的计算D≥e1·e2·d式中D—滑轮或卷筒的直径㎜e1——一根据工作类型而决定的系数。轻型e1=11～16；中型e1=18；重型e1=20。e2——一根据钢丝绳结构决定的系数。交互捻e2=1；同向捻e2=0.9。国内生产使用的H系列滑轮的绳轮比是D/d=11左右。（2）钢丝绳安全系数计算：合理正确计算钢丝绳安全系数必须保证在【安全、可靠】的基础上，做到对构件与设备吊装的【万无一失、完整无损】。在计算与选择钢丝绳的安全系数时,应考虑如下的因素：a.钢丝绳在吊装过程中将会出现拉伸、挤压、弯曲、疲劳等复杂的应力状态，而且每股、每根钢丝绳的受力都不一样，这种不均匀的受力难以正确计算。一般只能按有较大安全储备近似地计算。b.在吊装过程中，常发生有冲击和振动的现象。如起重机的起动和突然停车，由于钢丝绳在初始状态时是处於松弛，继而起动对构件和设备猛拉时，产生比静荷载大几倍的动荷载。c.钢丝绳在使用过程中因磨损、锈蚀、被绳卡损伤等影响其强度。这些因素中最主要的是冲击荷载和因拉伸、弯曲反复出现的疲劳现象。因此,安全系数与起重机牵引性质、操作方法和滑轮与卷筒的直径比,工作的繁忙程度有关。缆风绳安全系数K=3.5；起重牵引跑绳K=5；吊索【千斤绳、捆绑绳】K=6～10；用于载人K=12～14。（3）钢丝绳破断拉力和许用拉力计算a.钢丝绳破断拉力计算Sb=л·d21/4·n·бb·ф=n·Fi·бb·ф式中Sb—钢丝绳的破断拉力，N；d1—钢丝绳中每一根钢丝的直径M；n—钢丝绳中钢丝的总根数；бb—钢丝绳中钢丝的抗拉强度，Pa；Fi—钢丝绳中钢丝总断面积，M2；ф—钢丝绳中钢丝的搓捻不均匀残余应力引起不均匀折减系数。6×19＋1ф=0.85；6×37＋1ф=0.82：6×61＋1ф=0.80。【例题】1.轻钢车间有一根6×19＋1钢丝绳，直径为21.5㎜，钢丝的抗拉强度бb=1550MPa，钢丝直径d=1.4㎜，试求其破断拉力为多少？【解】：代入公式Sb=л·di·n·бb·ф/4=3.14×1.42×10－3×114×1550×103×0.85/4=231KN。查表相吻合答破断拉力为231KN【例题】2.重钢车间有一根6×61＋1吊索，直径为22.0㎜，钢丝直径为0.8㎜，抗拉强度бb=1550MPa，试求破断拉力为多少？【解】：代入公式Sb=3.14×0.82×10－3×366×1550×103×0.8/4=228KN。查表相吻合（从这二例题加上书上例题可作分析比较,一是相同直径破断拉力不一样,钢丝的直径也不一样,为什么？）答破断拉力为228KN。b.钢丝绳破断拉力的估算бb=0.5·d2（KN）式中d—钢丝绳直径㎜；该经验公式适用于钢丝抗拉强度为1600MPa左右，即表中所示1550MPa～1700MPa之间，不偏大，也不偏小。其它抗拉强度的可由下式换算出。Sb=бb/1600×0.5d2（KN）【例题】重钢一厂有一直径为39㎜的6×37＋1的起重吊装用的钢丝绳,试求其破断拉力为多少？【解】：代入Sb=0.5·d2=0.5×392=760.5（KN）查表：当бb=1550MPa时Sb=717.5（KN）当бb=1700MPa时Sb=787（KN）在它们两者之间,基本符合。C.钢丝绳许用拉力的计算S=Sb/K式中S—许用拉力N；Sb—钢丝绳的破断拉力KN；K—安全系数。为了弥补材料的不均匀,外力决定的不准确,计算的不精确，以及考虑到荷载的性质、材料的性质和施工作业的安全，一般要求钢丝绳在实际工作中所承受的力是它在试验时强度极限的儿分之一，这样钢丝绳在工作时就有几倍的安全系数。根据安装施工使用起重钢丝绳的实践与经验和参照有关规范钢丝绳的报废由下列项目判定。（a）断丝的性质和数量；（b）绳端断丝；（c）断丝的局部聚集；（d）断丝的增加