起重吊裝、鋼絲繩的特性及計(jì)算

起重吊裝、鋼絲繩的特性及計(jì)算1.鋼絲繩的特性：鋼絲繩是用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度碳素鋼絲捻制成的，它具有截面相等、抗拉強(qiáng)度高、耐磨損、彈性好，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沒有噪音，自重輕、工作安全、可靠。能承受沖擊性載荷，破斷前有斷絲預(yù)兆，整根鋼絲繩不會(huì)立即折斷。2.鋼絲繩的缺點(diǎn)：鋼絲繩由于具有柔性【能彎曲】、還具有僵性【反抗彎曲】，按規(guī)范要求，在起重吊裝機(jī)索具中具有一定的繩輪比，必然增大卷筒和滑輪的直徑，相應(yīng)地增大了其尺寸和重量。使用不當(dāng)時(shí)，易發(fā)生疲勞破壞和磨損。3.鋼絲繩的技術(shù)規(guī)范國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩中，針對(duì)我們起重吊裝作業(yè)常用的鋼絲繩有：6×19＋1【其中6為六股鋼索，19為每股鋼索中有十九根0.4～3㎜的鋼絲捻制而成，1為中間的一根麻芯，麻芯油浸過的。當(dāng)鋼絲繩受力后，油從縫隙中擠出，起到減小摩擦保護(hù)鋼絲繩使用壽命】。一般用作纜風(fēng)繩和拖拉繩。6×37＋1【其中6為六股鋼索，37為每股鋼索中有三十七根0.4～3㎜的鋼絲捻制而成，1為一根中間的油浸麻芯】。一般用作滑輪組與卷筒起重跑繩用。6×61＋1【其中6為六根鋼索，61為每股鋼索中有六十一根0.4～3㎜的鋼絲捻制而成，1為一根中間的油浸麻芯】。一般用作千斤繩【吊索】、捆綁繩用。其中鋼絲的抗拉強(qiáng)度分別為1400MpPa、1550MPa、1700MPa、1850MPa、2000MPa五個(gè)等級(jí)，見表?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，鋼絲繩的破壞主要是由疲勞、磨損引起的。1.鋼絲繩的破壞：根據(jù)實(shí)驗(yàn)與安裝施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐證明，鋼絲繩的破壞主要由鋼絲繩的疲勞、磨損引起的。因鋼絲繩在工作時(shí),一般要進(jìn)出滑輪或卷筒作彎繞，除了產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還有接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，尤其是后兩者的脈動(dòng)特性,引起金屬的疲勞。經(jīng)過一段時(shí)間的使用，鋼絲繩表面的鋼絲發(fā)生彎曲疲勞與磨損，表面層的鋼絲逐漸折斷，折斷的鋼絲數(shù)量愈多，其它未斷的鋼絲所受拉力越大，疲勞與磨損便愈來愈甚，使斷絲速度加快，當(dāng)斷絲發(fā)展到一定程度，就保證不了鋼絲繩的使用安全系數(shù)，按規(guī)范要求，鋼絲繩在一個(gè)節(jié)距內(nèi)斷絲超過規(guī)定的數(shù)量便報(bào)廢。（1）疲勞破壞：由于鋼絲繩是在交變載荷持續(xù)反復(fù)作用【積勞成疾】發(fā)生的破壞。破壞特點(diǎn)是突然性、高度局部性和各種缺陷的敏感性。疲勞破壞的宏觀斷口特征是脆性的，無明顯塑性變形。疲勞破壞總是始于微觀裂紋，來源于冶爍、冷熱加工、化學(xué)成份影響、熱處理影響、殘余應(yīng)力影響、應(yīng)力集中的影響等。針對(duì)起重吊裝實(shí)踐，鋼絲繩的疲勞破壞有如下原因：a.鋼絲繩纏繞不規(guī)范，任意交錯(cuò)，層層相咬，股股相磨。b.卷筒或滑輪的直徑太小，繩輪比不符合規(guī)范要求。c.滑輪或卷筒的軸承壞了，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)或不均勻的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生鞭打卷筒的現(xiàn)象。（2）鋼絲繩的節(jié)距：鋼絲繩的報(bào)廢與折減負(fù)荷使用按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在一個(gè)節(jié)距內(nèi)斷絲或磨損情況而確定的。見一個(gè)節(jié)距的示意圖2.鋼絲繩的計(jì)算：鋼絲繩的計(jì)算重點(diǎn)掌握，鋼絲繩與滑輪及卷筒繩輪比的計(jì)算；鋼絲繩使用安全系數(shù)的計(jì)算；破斷拉力計(jì)算；許用拉力計(jì)算等。（1）鋼絲繩纏繞滑輪或卷筒時(shí)最小直徑的計(jì)算D≥e1·e2·d式中D—滑輪或卷筒的直徑㎜e1——一根據(jù)工作類型而決定的系數(shù)。輕型e1=11～16；中型e1=18；重型e1=20。e2——一根據(jù)鋼絲繩結(jié)構(gòu)決定的系數(shù)。交互捻e2=1；同向捻e2=0.9。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)使用的H系列滑輪的繩輪比是D/d=11左右。（2）鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算：合理正確計(jì)算鋼絲繩安全系數(shù)必須保證在【安全、可靠】的基礎(chǔ)上，做到對(duì)構(gòu)件與設(shè)備吊裝的【萬無一失、完整無損】。在計(jì)算與選擇鋼絲繩的安全系數(shù)時(shí),應(yīng)考慮如下的因素：a.鋼絲繩在吊裝過程中將會(huì)出現(xiàn)拉伸、擠壓、彎曲、疲勞等復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，而且每股、每根鋼絲繩的受力都不一樣，這種不均勻的受力難以正確計(jì)算。一般只能按有較大安全儲(chǔ)備近似地計(jì)算。b.在吊裝過程中，常發(fā)生有沖擊和振動(dòng)的現(xiàn)象。如起重機(jī)的起動(dòng)和突然停車，由于鋼絲繩在初始狀態(tài)時(shí)是處於松弛，繼而起動(dòng)對(duì)構(gòu)件和設(shè)備猛拉時(shí)，產(chǎn)生比靜荷載大幾倍的動(dòng)荷載。c.鋼絲繩在使用過程中因磨損、銹蝕、被繩卡損傷等影響其強(qiáng)度。這些因素中最主要的是沖擊荷載和因拉伸、彎曲反復(fù)出現(xiàn)的疲勞現(xiàn)象。因此,安全系數(shù)與起重機(jī)牽引性質(zhì)、操作方法和滑輪與卷筒的直徑比,工作的繁忙程度有關(guān)。纜風(fēng)繩安全系數(shù)K=3.5；起重牽引跑繩K=5；吊索【千斤繩、捆綁繩】K=6～10；用于載人K=12～14。（3）鋼絲繩破斷拉力和許用拉力計(jì)算a.鋼絲繩破斷拉力計(jì)算Sb=л·d21/4·n·бb·ф=n·Fi·бb·ф式中Sb—鋼絲繩的破斷拉力，N；d1—鋼絲繩中每一根鋼絲的直徑M；n—鋼絲繩中鋼絲的總根數(shù)；бb—鋼絲繩中鋼絲的抗拉強(qiáng)度，Pa；Fi—鋼絲繩中鋼絲總斷面積，M2；ф—鋼絲繩中鋼絲的搓捻不均勻殘余應(yīng)力引起不均勻折減系數(shù)。6×19＋1ф=0.85；6×37＋1ф=0.82：6×61＋1ф=0.80?！纠}】1.輕鋼車間有一根6×19＋1鋼絲繩，直徑為21.5㎜，鋼絲的抗拉強(qiáng)度бb=1550MPa，鋼絲直徑d=1.4㎜，試求其破斷拉力為多少？【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。查表相吻合答破斷拉力為231KN【例題】2.重鋼車間有一根6×61＋1吊索，直徑為22.0㎜，鋼絲直徑為0.8㎜，抗拉強(qiáng)度бb=1550MPa，試求破斷拉力為多少？【解】：代入公式Sb=3.14×0.82×10－3×366×1550×103×0.8/4=228KN。查表相吻合（從這二例題加上書上例題可作分析比較,一是相同直徑破斷拉力不一樣,鋼絲的直徑也不一樣,為什么？）答破斷拉力為228KN。b.鋼絲繩破斷拉力的估算бb=0.5·d2（KN）式中d—鋼絲繩直徑㎜；該經(jīng)驗(yàn)公式適用于鋼絲抗拉強(qiáng)度為1600MPa左右，即表中所示1550MPa～1700MPa之間，不偏大，也不偏小。其它抗拉強(qiáng)度的可由下式換算出。Sb=бb/1600×0.5d2（KN）【例題】重鋼一廠有一直徑為39㎜的6×37＋1的起重吊裝用的鋼絲繩,試求其破斷拉力為多少？【解】：代入Sb=0.5·d2=0.5×392=760.5（KN）查表：當(dāng)бb=1550MPa時(shí)Sb=717.5（KN）當(dāng)бb=1700MPa時(shí)Sb=787（KN）在它們兩者之間,基本符合。C.鋼絲繩許用拉力的計(jì)算S=Sb/K式中S—許用拉力N；Sb—鋼絲繩的破斷拉力KN；K—安全系數(shù)。為了彌補(bǔ)材料的不均勻,外力決定的不準(zhǔn)確,計(jì)算的不精確，以及考慮到荷載的性質(zhì)、材料的性質(zhì)和施工作業(yè)的安全，一般要求鋼絲繩在實(shí)際工作中所承受的力是它在試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度極限的兒分之一，這樣鋼絲繩在工作時(shí)就有幾倍的安全系數(shù)。根據(jù)安裝施工使用起重鋼絲繩的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)和參照有關(guān)規(guī)范鋼絲繩的報(bào)廢由下列項(xiàng)目判定。（a）斷絲的性質(zhì)和數(shù)量；（b）繩端斷絲；（c）斷絲的局部聚集；（d）斷絲的增加