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平行捻钢丝绳分类与结构标记问题探讨

发布时间:2020-07-31 13:33 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

1问题提出 平行捻钢丝绳是钢丝绳的特殊结构品种(注: GB/T 8706-2017/IS017893:2004将英文parallel- closed rope译为平行拾密实钢丝绳似乎并不准确,文中称谓平行捻钢丝绳),具有破断拉力高


1问题提出
平行捻钢丝绳是钢丝绳的特殊结构品种(注:GB/T 8706-2017/IS017893:2004将英文parallel-closed rope译为平行拾密实钢丝绳似乎并不准确,文中称谓平行捻钢丝绳),具有破断拉力高、结构伸长小等显著性能特点,但由于该钢丝绳对扭转载荷敏感,其使用有一定的特殊性。国内已研发出不同结构、规格、用途的平行捻钢丝绝口-1旧。平行捻钢丝绳在国内应用较多的是制造汽车起重机伸缩臂绳排和电气化铁路接触网补偿系统悬挂配重。在TOKYO、TESAC等钢丝绳企业资料中,平行捻钢丝绳绳芯标记是CFRC(Center Fit Rope Core),目的是区别独立钢丝绳绳芯IWRC(Independent Wire Rope Core)。CASAR资料显示平行捡钢丝绳从股在绳中的排列方式可分为西鲁式、填充式和瓦林吞式,依次如图1、图2和图3所示,WRCA和BRIDON资料显示瓦林吞平行捡钢丝绳依次如图4、图5所示,Diepa资料显示外层股9根、3层股结构西鲁式平行捡钢丝绳如图6所示,REDEALLI资料除显示图7外层股9根、2层股结构西鲁式平行捻钢丝绳外,还显示了图8外层相对小直径股成对与单根大直径股相隔排列更加特殊的平行捡钢丝绳,暂且称之为瓦林吞式平行捡钢丝绳](注:REDEALLI曾经将该结构形式平行捡钢丝绳出口中国市场),PYTHON资料除显示有图9、图10、图11、图12外层股9根、3层股结构西鲁式平行拾钢丝绳外,还显示有图13、图14外层股10根、3层股结构瓦林吞-西鲁式平行拾钢丝绳[注:PYTHON对图9~图14钢丝绳共同描述:Type of closing:Closing in one operation;对图9、图11、图13钢丝绳共同描述:Rope-Characteristic:All-steel rope/Standard type(N);对图10、图12、图14纲丝绳共同描述:Rope-Characteristic:All-steel rope/Swaged(V)]。需要说明的是,可能由于标准对平行捻钢丝绳结构式如何表示并不明确,才导致大多数企业采用自定义代号表示其所生产的平行捻
钢丝绳。
GB/T8706-2017/ISO17893:2004给出平行拾钢丝绳结构类别有6×19-PWRC类、6×36-
PWRC类、8×7-PWRC类、8×19-PWRC类、8×36-PWRC类、9×7-PWRC类、9×19-PWRC类和9×36-PWRC类,并规定钢丝绳均为2层股结构。如果将平行捻钢丝绳中由外层股以外股组成结
构视为钢芯并用“PWRC”表示,按标准规定,图1、图2、图6、图7、图9、图10、图11、图12、图13、图14钢丝绳均可写出其结构简式,但相应的结构简式只能反映组绳外层股数、外层股结构及股在绳中具有平行捡的捡制特征,并不能全面反映组绳股层数、股在绳中的排列方式等。如图1、图2钢丝绳有共同的结构简式8xK26WS-PWRC(K),但前者股在绳中的排列形式是填充式,而后者股在绳中的排列形式是西鲁式,又如图7、图9钢丝绳有共同结构简式9x19S-PWRC,且股在绳中的排列形式是西鲁式,但前者是2层股结构,而后者是3层股结构。图3、图4、图5、图8钢丝绳结构简式似乎难写,尤其是图8钢丝绳,甚至其详细结构式也不知该如何书写。虽然平行拾钢丝绳还没有纳入正式产品标准,但鉴于平行拾钢丝绳的生产和使用已经常态化,研究平行掩钢丝绳的结构分类与标记问题已经十分必要。

2平行检钢丝绳结构分类与标记问题研究
2.1平行捻股与平行掩钢丝绳共同点
GB/T 8706-2017/ISO17893:2004给出平行拾股定义是:“平行捡股(parallel lay strand)等卷距(equal lay)至少包括2层钢丝,所有的钢丝沿同一方向一次掩制而成的股。注:股中所有钢丝绳具有相同的捻距,而且两相邻层钢丝之间平行呈线接触状态”。标准给出平行捡钢丝绳定义是:“平行捡密实钢丝绳(parallel-closed rope)由2层及2层以上的股围绕一个股芯或纤维芯一次平行捻制而成的多股钢丝绳”。对比平行捻股与平行捻钢丝绳定义可以得出,将平行捡股组股钢丝换成股,则平行拾股即变成平行拾钢丝绳,平行拾股与平行捻钢丝绳只是形成螺旋结构的单元,前者是钢丝而后者为股而已,单元上互换性决定了平行捡股和平行捻钢丝绳结构的互换性,二者的共同点是:钢丝(股)在股(钢丝绳)中具有相同的掩向、捻距;由多层钢丝(股)组成的股(钢丝绳)不具有抗旋转性能;钢丝(股)在股(钢丝绳)中保持相对固定的排列规律形式。
2.2平行捻钢丝绳组绳最少股层数
从平行捡股与平行拾钢丝绳共同点可知,将平行捡股组股钢丝换成股,即可得到平行捡钢丝绳,而标准规定2层钢丝是平行捡股组股钢丝层数下限,且由2层钢丝组成的平行捻股有西鲁式、填充式和瓦林吞式3种基本形式。平行捻股除基本形式外,还有由西鲁式、填充式和瓦林吞式3种基本式中的2种或3种形成的组合形式,这种结构标准称为组合平行捻(combined parallellay),由此推断,有什么结构的平行捻股和组合平行拾股,理论上就存在与之相应结构的平行捻钢丝绳。如图13、图14平行拾钢丝绳在结构上与26WS股对应。GB/T 8706一2017/IS017893:2004规定其给出不同结构类别平行捡钢丝绳均为2层股结构,这与其给出平行捻钢丝绳定义中规定组绳最少2层股并不完全一致。尽管标准给出这些不同类别的平行捻钢丝绳在实际中也可能是采用2层股组绳,如图1、图2、图3钢丝绳为2层股结构,但强行限制这些平行拾钢丝绳为2层股结构,就意味着将超过2层股平行捡钢丝绳排除在标准结构外,如图6、图9、图10、图11、图12外层股9根平行捻钢丝绳因为组绳3层股会被视为非标结构,图13、图14外层股10根、3层股结构的平行捡钢丝绳,无论从组绳外层股数,还是从组绳股层数看也会被视为非标结构。文献[13]还对图9钢丝绳结构特点进行了研究。
2.3平行松钢丝绳结构分类与标记
2.3.1平行拾钢丝绳结构分类
2.3.1.1结构分类应与平行拾股分类保持一致平行拾钢丝绳虽然也是多层股钢丝绳,但因为股在绳中捻向相同而不具有抗旋转性能。根据组股钢丝数、组股钢丝层数、组股外层钢丝数,从GB/T
8706-2017/ISO17893:2004看,平行拾股可分为
“19根钢丝类平行捡股”、36根钢丝类平行拾股”和“61根钢丝类平行捡股”,故平行捡钢丝绳也应有“19根股类平行拾钢丝绳”、36根股类平行捻钢丝绳”和“61根股类平行捻钢丝绳”,这样才能体现平行捡钢丝绳源于对平行捻股钢丝用股替换所得之渊源。如果这样分类,将使平行捻钢丝绳组绳外层股数不再受限于GB/T8706-2017/IS017893:2004规定的6根、8根、9根,自然也就显著拓展了平行捻钢丝绳的结构品种,图3、图13、图14等非标结构平行捡钢丝绳也就成了标准结构。
当然,受到组股钢丝直径、股绝拾制设备等诸多条件限制,由不同结构股组成的平行捻钢丝绳未必要与所有成熟结构的平行捡股结构完全对应。但从标准前后一致性角度考虑,笔者认为对平行拾钢丝绳的结构分类应保持与平行捡股类别一致。另外,标准也可根据平行捻钢丝绳生产与应用实际,刻意减少平行捡钢丝绳结构类别,如只出现“19根股类平行捡钢丝绳”和“36根股类平行捻钢丝绳”。
2.3.1.2结构类别描述借鉴平行检股与多层股阻旋转钢丝绳
借鉴平行拾股,前述“19根股类平行捻钢丝绳”、36根股类平行捻钢丝绳”和“61根股类平行拾钢丝绳”,只是从组绳股数、组绳股层数、组绳最外层股数角度对平行捡钢丝绳结构进行分类,但这如同只说6股钢丝绳、7股钢丝绳、8股钢丝绳而没有说这些钢丝绳是由什么结构类型股组成的钢丝绳,故不能作为对平行拾钢丝绳结构类别的完整描述。参考GB/T8706-2017/IS017893:2004多层股阻旋转钢丝绳结构类别描述,故只需增加组绳外层股结构描述,即可形成对平行捻钢丝绳的结构类别描述。如将由7根钢丝类股”组成的‘“19根股类平行拾钢丝绳”结构类别写成PWRC19×7类。对该类平行捡钢丝绳结构的详细说明是:组绳股15-26根,组绝外层股7-12根,组绳股2-3层,外层股为组股钢丝5-9根、股外层钢丝4-8根的单层钢丝股,股在绳中平行捻制。对由“19根钢丝类平行检股”组成的“36根股类平行捡钢丝绳”,将该结构类别写成PWRC36×19类,对该类钢丝绳结构的详细说明是:组绳股29-57根,组绳外层股12-18根,组绳股2-4层,外层股为组股钢丝15-26根、股外层钢丝7-12根的平行拾股,股在绳中平行拾制。
根据上述分析与结合现有资料,捻制股平行捻钢丝绳分为PWRCI9×7类、PWRC19×19类、PWRC19×36类、PWRC36×7类、PWRC36×19类、PWRC36×36类比较合适。如果外层股为压实股,或对钢丝绳进行压实,结构类别自然增加,如PWRC19×
K7类、PWRC(K)19×7类、PWRC(K)19×K7类等类别。考虑到图4、图5钢丝绳外层股属于2种结构类别、结构相对单一、生产企业相对少数,故暂不给出相应结构类别。
需要注意的是,由于GB/T8706-2017/
IS017893:2004规定填充钢丝在股中不构成单独层,因此,平行拾钢丝绳中的填充股也不构成单独的层。
2.3.2平行捻钢丝绳结构标记
从组绳股层数看,GB/T 8706-2017/ISO17893:
2004多层股钢丝绳有多层股阻旋转钢丝绳和平行拾钢丝绳2大类。对于阻旋转钢丝绳,在钢丝绳结构类别时出现了字母“M'、W”。如34(M)×7类钢丝绳、35(W)×7类钢丝绳。对34(M)×7类钢丝绳,这里“M”的背后含义是合绳次数与组绳股层数一致,该钢丝绳由3层股组成,外层股以外股形成的钢丝绳是经过了2道合绳工序获得。对35(W)×7类钢丝绳,外层股以外股形成的钢丝绳是由1道合绳工序获得,且外层股以外股在绳中呈瓦林吞形式排列,换言之,外层股以外股构成的钢丝绳是瓦林吞式平行捻钢丝绳。至于标准为什么会出现2层股阻旋转钢丝绳结构类别写法并不一致,如2层股18×
7类钢丝绳与2层股8×7:IWRC类钢丝绳。分析认为,之所以出现8×7:IWRC类钢丝绳写法,可能是因为:(1)有别于8×7类单层股钢丝绳;(2)在“IWRC”前置符号:”,表示这种钢丝绳独立绳芯拾向与外层绳捻向相反(注:如果“IWRC”前置符号是
“-”,通常“IWRC”拾向与外层绳捡向相同),而2层股18×7类钢丝绳作为经典的多层股阻旋转钢丝绳,不必对其结构进行过多描述,况且也没有外层股11-12根单层股非抗旋转钢丝绳,故也即没有将其结构类别写成与8×7:IWRC类相同的结构形式。
平行趁股的多样性带来了平行捡钢丝绳结构的多样性,如果将外层股以外股形成的结构视为绳芯并以“PWRC”表示,这不能说明股在绳中的准确排列方式,因而显得未必合适。既然平行捡钢丝绳也是多层股钢丝绳,因此关于对其结构式的描述应参考多层股阻旋转钢丝绳结构描述规定。结合国外企业资料,笔者认为根据组绳外层股直径是否相等,对平行捻钢丝绳结构式采用如下方法表示,对外层股直径相等结构采用“PWRC组绳股数(股在绳中排列方式代号)外层股数×外层股结构”的表示方式,如图1、图2、图6、图13钢丝绳(不考虑聚合物填充)依次写成PWRC(K)17(F)8xK26WS、PWRC
(K)17(S)8xK26WS、PWRC28(S)9x195、PWRC26(WS)10×25F,图10、图12、图14钢丝绳依次写成K[PWRC28(S)9×195]、KIPWRC28(S)
9×25F]、KIPWRC26(WS)10×25F]。对外层股直径不相等结构,则将不同直径股分开,并用“+”号连接,如图3钢丝绳结构式写成PWRC(K)16(W)
10×(5×K31WS+5×K26WS)。图8钢丝绳结构式是否可参考3×2+3三角股芯而写成PWRC12
(W)9×(3×2×6+3×19S)需要进一步研究。值得说明的是,图8这种形式的平行捡钢丝绳被BRIDON用作阻旋转钢丝绳的内层绳
钢丝绳产品标准的颁布与实施不可能始终与新品研发同步,标准只能给出结构品种相对成熟、使用相对普递的钢丝绳结构,不可能包罗万象,总会有一些新结构,只是个别企业生产、使用不具有普遍性的纲丝绳游离在标准之外,而且这种现象会长期存在。例l,如图4钢丝绳结构只出现在WRCA和加拿大钢绳工业企业,图5钢丝绳结构只出现在BRIDON,图8也仅出现在REDEALLI;例2,TOKYO资料给出股式芯IWSC[Ses(39)]6×WS(26))、IWSC
[ses(48)]6×WS(31)、IWSC[ses(48)]6xWS
(31)钢丝绳(直径范围依次为8~50mm、l6~60
mm、16~60mm),其肯定对钢丝绳有特殊的性能考虑,这恐怕是给其Rota-Less Rope特殊称谓的原因;例3,REDEALLl早期资料给出18(6+1)+(36+
24+18+11+(6)+6+1)、12(6+1)+(24+18+12+6+1)、12(8+8+1)+(30+24+18+12+6+
1)钢丝绳(直径范国依次为40~70mm、20~48mm、40~60mm),现有技术标准也没有这种结构形式的钢丝绳,这恐怕也是REDEALLI给其自定义Ercole Wire Rope称谓的原因;例4,GB/T 8706-
2017/IS017893:2004给出多层股阻旋转钢丝绳组绝股最多40根、组绳股最多3层、外层股最多18根,而REDEALLI、KISWIRE、USH Martin 等提供海洋工程多层股钢丝绳组绳股55根、4层、外层股21根似乎是“标准结构”,BRIDON、KISWIRE多层股钢丝绳外层股更是多达24根。

3结语
将平行拾股组股钢丝换成股,则平行捻股即变成平行捡钢丝绳,反之亦然。平行捻钢丝绳特点是:组绳不同位置股在钢丝绳中具有相同捻向、捻距;钢丝绳不具有抗旋转性能;股在钢丝绳中具有相对固定的排列规律。2层股是平行捻钢丝绳组绳股层数下限。GB/T8706-2017/IS017893:2004规定所给不同结构类别平行捻钢丝绳均为2层股结构,与其对平行掩钢丝绳定义不完全一致。从组绳股数、组绳股层数、组绳最外层股数角度,平行捻钢丝绳结构类别可分为“19根股类平行拾钢丝绳”、‘36根股类平行掩钢丝绳”和“61根股类平行捻钢丝绳”。将组绳外层股以外股构成的结构用“PWRC”替代的钢丝绳结构简式只能反映组绳外层股数、外层股结构及股在绳中具有平行捻的捻制特征,并不能全面反映组绳股层数、股在绳中的排列方式等。根据相关分析与结合现有资料,平行捻钢丝绳分为PWRC19×7类、PWRC19×19类、PWRC19×36类、PWRC36×7类、PWRC36×19类、PWRC36×36类比较合适。如果外层股为压实股,或对钢丝绳进行压实,平行捡钢丝绳结构类别自然相应增加。描述平行捻钢丝绳结构应参考多层股抗旋转钢丝绳相关规定,应体现组绳股数、组股在绳中的排列形式、组绳外层股数、组绳外层股结构以及对钢丝绳是否存在压实等。


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