钢丝绳的应力分析

      无数的研究和实践表明:影响钢丝绳使用寿命的主要原因是“疲劳破坏”。所谓的“疲劳破坏”,是由于在交变应力的作用下,钢丝绳的钢丝内部形成“断裂源”,这些“断裂源”逐步发展扩大,最后导致钢丝断裂(俗称“疲劳断丝”)。这种“疲劳断裂”并无明显的塑性变形,具有突发性的特点,对钢丝绳危害极大。因此,长时期以来人们都从减少或消除钢丝绳的应力入手来增强钢丝绳的“耐疲劳”性能,从而提高钢丝绳的使用寿命。

      要消除或减少钢丝绳的应力,首先要对钢丝绳内的各种应力进行客观地分析和认识。这方面,国内外不少研究者做出了大量的理论和实际研究探索,并取得了很大的成就。但是钢丝绳的应力是极为复杂的,准确地描述钢丝绳应力以及应力与“疲劳极限”之间的关系还有待于今后的进一步努力。
综合各种论述,钢丝绳的应力基本上可以分为两大类:一是钢丝绳制造过程中产生的应力;贰拾钢丝绳在使用过程中产生的应力。
 
  • 钢丝绳制造中形成的应力
钢丝绳中的钢丝是经过拉拔制成的,在拉制过程中要在钢丝内形成残余拉拔应力;由钢丝念成股,再由股捻成绳时,也要产生捻制应力。因此钢丝绳在制造过程中主要产生两类应力:即残余拉拔应力和捻制应力。
 
  1. 残余拉拔应力
残余拉拔应力又以三种形式存在:
1)残余拉应力
钢丝在拉拔中,由于模子的角度、润滑条件、冷却条件上的差异,变形时,钢丝的内部各层“晶粒纤维”出现位移差和变形差,因此在钢丝的纵向产生拉应力。这种拉应力将部分地在残存钢丝内部形成残余拉应力。
  1. 残余弯曲应力
拉制过程中,钢丝在拉丝机的辊轮、卷筒中弯曲时要形成弯曲应力残存于钢丝的内部。尤其是当卷筒的直径与钢丝的直径不协调(即弯曲比不合)时,残余弯曲应力更为明显。此外,如果模子的出口中心与钢丝在卷筒的切点不在自然水平切线上,也会加剧弯曲应力的形成。
  1. 滑轮式拉丝机拉制钢丝时,钢丝将绕自身轴线产生扭转,而形成扭转应力。
 
  1. 捻制应力
捻制应力也有三种形式:
  1. 扭转应力
  2. 弯曲应力
  3. 拉伸应力
 
 
  • 钢丝绳在工作时的应力
钢丝绳的工作状态按受力的方式主要有两种:一种是只受拉力负荷作用的工作状态,即便是这种情形的钢丝绳的应力也是极为复杂的。因为钢丝绳在张力负荷下本身存在着各种形式的运动,这些运功形式的不同对张力的大小、方向都会产生不同程度的影响。为了研究方便,只考虑在静拉力负荷作用下的钢丝绳应力状态。另外一种是钢丝绳绕过绳轮或卷筒时工作状态。在这种情形下,钢丝绳除受到绳轮的摩擦之外,主要是在张力状态下收到绳轮的弯曲。
现就这两种工作状态时的简单情形对钢丝绳的应力进行分析。
  1. 仅受拉力负荷作用的钢丝绳应力
当钢丝绳受到拉力负荷作用时,由于钢丝和股绳呈螺旋状态,因此,同时要受到张拉、径向挤压、弯曲、扭转的综合作用。
  1. 钢绳所受拉力负荷与钢丝和股受力之间的关系
  2. 钢丝绳内的接触应力
  3. 扭转力矩和扭转应力
  4. 弯曲力矩和弯曲应力
 
  1. 钢丝绳绕在绳轮(卷筒)工作状态下的应力
 
日期: 11/03/2017  点击量: