礦用鋼絲繩的結構性能及合理選用
摘 要：主要闡述了礦用鋼絲繩的類型、結構及性能，並論述礦井在不同條件下如何合理選用鋼絲繩。例舉各種不同股型、撚向、絲型及絲徑的鋼絲繩，在各種不同條件下進行使用壽命的比較。正確合理地選用鋼絲繩，可以延長鋼絲繩的使用壽命，節約鋼材，提高企業經濟效益。
關鍵詞：點接觸；線接觸；麵接觸鋼絲繩；圓股；三角股；橢圓股鋼絲繩；多層股不旋轉鋼絲繩；扁鋼絲繩
中圖分類號：TD532 文獻標識碼：A 文章編號：1008-8725(1999)04-0023-04
Construction and performance of the
steel rope and reasonable usage
LI Heng
(Huaibei Mining Group, Anhui Prov., Huaibei 235100, China)
Abstract:The paper expounds the type ,construction and performance of t he steel rope using in different coal mine and different usage.The wo rk ing life ,strand ,lay,thread type and thread diameter of the different steel rop e are compared.
Key words:point touch ; line touch; face touch steel rope ; ro und strand ;
trigonometric strand ; elliptic strand steel rope ; multiple -strand non-rotatio n steel rope
0 前言
鋼絲繩是礦井提升係統的重要組成部份之一，如何正確合理的選擇使用是極為重要的問題，它不僅關係到提升設備的安全可靠運行，而且也關係到為國家節約大量優質鋼材問題，並可減少更換鋼絲繩次數，增加有效提升時間。
礦用鋼絲繩有各種結構類型，而每一種鋼絲繩都有其獨特的性能，適用於各種不同的條件和環境。如果能夠熟習掌握礦用鋼絲繩的結構性能，根據不同的條件，合理正確的選用，則可大大提高鋼絲繩的壽命，減少鋼絲繩的消耗，對降低噸煤成本，提高企業的經濟效益，都起著重要的作用［1］。
1 鋼絲繩的結構性能
1.1 按繩股內各層鋼絲的接觸方式分類
1.1.1 點接觸鋼絲繩
該種鋼絲繩的繩股內各層鋼絲的撚距不等，各層鋼絲呈相互交叉的點接觸狀態，見圖1。
圖1
該類型鋼絲繩當受到拉伸載荷時，繩內各層鋼絲的受力在理論上相等，但在生產中發現這種鋼絲繩的缺點是受拉時，鋼絲間的點接觸處，因應力集中而產生壓痕，尤其是鋼絲繩受彎曲時，壓痕更為嚴重，因此導致鋼絲疲勞斷裂而過早損壞，所以點接觸鋼絲繩使用壽命較短。
1.1.2 線接觸鋼絲繩
該種鋼絲繩的繩股內各層鋼絲等撚距編撚，而內層鋼絲和外層鋼絲的撚距相等，見圖2，從而使層間的鋼絲互相平行，而呈線接觸。
圖2
例如瓦林吞型及西魯型均為線接觸鋼絲繩。其特點是柔軟性不足，但它避免了應力集中，減少了鋼絲間的摩擦阻力，抗彎曲、抗疲勞的性能顯著提高，這在彎曲半徑較小的滾筒上工作或受較大的的擠壓載荷時更為有利。根據生產實踐及理論03manbetx
證明，在同等工作條件下，線接觸鋼絲繩的使用壽命約比點接觸鋼絲繩長一倍。
1.1.3 麵接觸鋼絲繩
該種鋼絲繩的鋼絲是由圓股鋼絲經過特殊加工，股內鋼絲呈麵接觸，見圖3。
圖3
a.6×7麵接觸 b.6X(19)麵接觸
c.6W(19)麵接觸 d.6T(25)麵接觸
試驗證明，麵接觸鋼絲繩具有以下優點：
(1)結構緊密，表麵光滑，和繩槽接觸麵積較大，耐磨損抗擠壓性能好。
(2)鋼絲繩接觸應力極小，鋼絲繩耐疲勞性能好。
(3)鋼絲繩的有效金屬斷麵積較大，約為63%，其破斷拉力比相同直徑的普通鋼絲繩增大約25%。
(4)鋼絲間接觸麵積大，相互貼緊，礦井淋水及煤粉不易浸入，抗腐蝕性能強。
(5)鋼絲繩的伸長變形量較小。
但是這種鋼絲繩也存在缺點，即可撓性較差，易采用較大的繩筒/繩徑的比值。
1.2 按鋼絲繩及繩股的形狀分類
1.2.1 圓股鋼絲繩
上述三種點接觸、線接觸和麵接觸鋼絲繩都是圓股鋼絲繩，這是最通用的一種鋼絲繩，易於製造，價格低廉。
1.2.2 三角股鋼絲繩
繩股基本上近似三角形，見圖4。其特點是，繩撚製緊密，金屬斷麵係數大，鋼絲繩強度高，表麵平滑，承壓麵積大，可減小鋼絲繩和繩槽間的比壓，因而顯著提高了繩槽襯墊的壽命。繩股的外層鋼絲較粗，所以抗磨損性能好，由於表麵鋼絲的排列方式，增加了鋼絲繩的抗擠壓能力，尤其是當鋼絲繩在滾筒上多層纏繞，相互跨越時，穩定性較好。
圖4
1.2.3 橢圓股鋼絲繩
繩股基本上呈橢圓形，見圖5，也具有較大的支承麵積和抗磨損性能，它不適於承受過大的擠壓應力，穩定性差些。
圖5
1.2.4 多層股不旋轉鋼絲繩
該種鋼絲繩具有兩層或三層繩股，見圖6。而各層繩股的撚向相反，所以當繩承受負荷時旋轉性很小，它主要用於鑿井提升。
圖6 多層股不旋轉鋼絲繩
1.2.5 密封式鋼絲繩(又稱鎖股鋼絲繩)
鋼絲繩呈圓形封閉式，由多層異形鋼絲編撚而成，如乙形和梯形鋼絲，不分繩股，見圖7和圖8。
圖7 密封鋼絲繩
圖8 密封鋼絲繩截麵
金屬斷麵係數最大，繩外層表麵光滑，具有較強的耐磨損和抗鏽蝕能力，鋼絲伸長變形量小，彈性及永久變形小，用在多繩提升中，各繩的張力容易平衡，最適合於作繩罐道，服務年限長，這種鋼絲繩在英國使用較多。但它也存在一些缺點，如撓性差，接頭困難，製造複雜，價格高等缺點。
1.2.6 扁鋼絲繩
鋼絲繩截麵呈扁平形，它主要是用作尾繩，其特點是柔性好、不旋轉，運行平穩。但製造複雜，價格昂貴，如五十年代東北本溪礦務局彩屯豎井就是用扁鋼絲繩作尾繩。現在也有用不旋轉圓鋼絲繩作尾繩的，再裝上轉環［2］。
1.3 按鋼絲繩的撚向分類
以鋼絲繩外層繩股的撚向分類共有二種，即左撚和右撚鋼絲繩；若以繩股和鋼絲的撚向關係分類，有交撚和順撚二種鋼絲繩。
1.3.1 左撚和右撚鋼絲繩
這兩種鋼絲繩，分別見圖9和圖10。就是以外層繩股的編撚方向來區分的，由於繩股是螺旋線形編撚，當它受到拉伸載荷時，必然產生和繩股編撚方向相反的旋轉力矩，使鋼絲繩沿鬆撚方向轉動。
圖9 右撚
圖10 左撚
因此在某些條件下，選擇鋼絲繩時，應注意對鋼絲繩撚向的要求。例如鑽機和鋼絲繩衝擊鑽應選用左撚鋼絲繩，使其產生的轉矩，有利於螺扣越擰越緊，可避免鑽具在衝擊載荷作用下掉入鑽孔內。
1.3.2 交撚(交互撚)順撚(同向撚)鋼絲繩
無論是左撚或右撚鋼絲繩，都還有交撚和順撚兩種編撚方式；共有左交撚，左順撚和右交撚，右順撚四種類型。
交撚鋼絲繩，是指繩股和鋼絲的撚向不同的鋼絲繩，其特點如下：
(1)鋼絲繩受拉伸載荷時，會產生與繩股編撚方向相反的轉動，而交撚鋼絲繩中鋼絲與繩股的撚向相反，因而在繩內產生一阻止轉動的力矩，所以交撚鋼絲繩的旋轉力度較順撚鋼絲繩要小。在起重機中普遍采用這種鋼絲繩。
(2)結構穩定，使用中不易產生扭結現象。
(3)抗扭曲變形能力強，在較小直徑繩筒上工作時，較順撚鋼絲繩穩定可靠。
順撚鋼絲繩，是指繩股和鋼絲的撚向相同的鋼絲繩，其特點如下：
(1)順撚鋼絲繩的繩股表麵鋼絲長度，約為相同結構交撚鋼絲繩的兩倍半。所以比交撚繩有大得多的耐磨麵積，提高了鋼絲繩和繩槽的耐磨壽命。
(2)順撚鋼絲繩抗疲勞性能也較交撚繩高。
(3)順撚鋼絲繩的缺點，是旋轉性較大，散股的趨向也大。
(4)順撚鋼絲繩的穩定性較差，使用中易產生扭結。經過小直徑繩筒或繩輪，或在過緊的繩槽中工作時，有時會扭曲變形，使用條件合適時，順撚鋼絲繩較交撚鋼絲繩壽命長得多。
1.4 按鋼絲繩的繩芯材質分類
繩芯的作用是增加鋼絲繩的柔軟性，它並可吸收作用於鋼絲繩上的張力和接觸壓力的衝擊，還能含油，使鋼絲繩在長期運轉中得到潤滑。
可分為金屬繩芯和麻繩芯兩大類。麻繩芯一般用黃麻、西沙爾麻、馬尼拉麻等天然纖維和聚丙稀等合成纖維。
1.5 按鋼絲加工的工藝分類
用鍍鋅鋼絲撚成的繩，叫鍍鋅鋼絲繩，它主要是耐酸、耐堿、耐腐蝕性強。用光麵鋼絲撚成的繩，即是一般的普通鋼絲繩。
1.6 按鋼絲的韌性分類
鋼絲的韌性分為特號、Ⅰ號、Ⅱ號三種，《煤礦安全01manbetx
》規定：專為升降人員用的以及升降人員和物料用的，不得低於特號鋼絲的韌性標準；專為升降物料和平衡用的，不得低於Ⅰ號鋼絲的韌性標準。
2 鋼絲繩的選擇
鋼絲繩的選擇和計算，主要是必須滿足現行安全01manbetx
的要求，如升降人員和提升物料用的鋼絲繩，對鋼絲韌性的要求，以及各種提升，懸吊設備的安全係數要求等。這在01manbetx
中都有明確規定，為縮減篇幅，現簡述如下。
(1)當井筒淋水較大，酸、堿度較高，或用在回風井的提升鋼絲繩，應選用鍍鋅鋼絲繩。例如，某礦井的井筒淋水較大，且呈酸性。在生產中使用光麵鋼絲和鍍鋅鋼絲的兩種鋼絲繩，使用情況見表1。實踐表明，鍍鋅鋼絲繩的壽命約為普通鋼絲繩的3倍。
表1 鍍鋅鋼絲繩和普通光麵鋼絲繩使用情況比較
表2 順撚和交撚鋼絲繩的使用壽命比較
(3)斜井提升使用鋼絲繩主要是考慮磨損問題，應選用耐磨損的鋼絲繩，根據現場生產使用經驗，粗絲的鋼絲繩較細絲的鋼絲繩使用壽命長，三角股鋼絲繩較圓股鋼絲繩使用壽命長，因三角股鋼絲繩，每根繩股的外層鋼絲較粗，它們的使用壽命，分別見表3和表4。
表3 斜井使用6×7和6×19圓股鋼絲繩使用壽命比較
(mm) 使用壽命
(月) 年鋼材消耗
(kg) 每根繩長
(M) 備 注 6×7 32 11 3820 1000 根據礦井實際使用資料整理 6×19 31 6 6200 1000 6×7 32 16 1850 700 6×19 31 10 2600 700
表4 斜井使用三角股鋼絲繩和圓股鋼絲繩使用壽命比較
(mm) 使用壽命
(天) 提升次數
(次) 備 注 6×7圓股鋼絲繩 33 232 27900 同一台絞車實際 6△(19)三角股鋼絲繩 33 438 39026 使用情況
(4)現在 設計和建設新井中，廣泛采用鋼絲繩罐道，選用密封型鋼絲繩作繩罐道是最合理的，它比普通圓股鋼絲繩有較長的壽命。如焦作礦務局李封 煤礦使用密封型鋼絲繩作繩罐道。於1920年投產，運轉50多年，使用情況良好。
(5)關於鋼絲繩撚向的選擇
在豎井多繩絞車提升中，為消除鋼絲繩扭轉對提升容器的影響，應采用一半左撚和一半右撚的鋼絲繩。
鋼絲繩在絞車繩筒上纏繞方向，對鋼絲繩的撚向也有一定的要求，不正確的撚向選擇，將導致鋼絲繩受力情況惡化 ［3］～［4］。
3 結語
綜上所述，各種類型的鋼絲繩，性能各異，都各具特色。事物都是一分為二，並不是某一種鋼絲繩各方麵都十全十美，隻有熟習掌握各種鋼絲繩的性能，結合實際使用條件，抓住主要矛盾，正確合理的選用，才能達到延長鋼絲繩的壽命，節約鋼材，提高企業效益的目的。
作者簡介：李珩(1959-)，男，安徽淮北人，工程師，從事煤礦機電特殊掘進工作。
作者單位：淮北礦業集團工程處，安徽淮北235100
參考文獻：
［1］ 煤礦總工程師工作指南［M］.北京：煤炭工業出版社，1990.
［2］ 周乃榮，嚴萬生.礦山固定機械手冊［M］.北京：煤炭工業出版社，1986.
［3］ 礦井提升設備［M］.北京：煤炭工業出版社，1986.
［4］ 濃季良.建井工程手冊［M］.北京：煤炭工業出版社，1986.
