- 机械设计手册（第六版）
- 成大先主编
- 5736字
- 2024-12-21 15:37:05
2 钢丝绳及绳具
2.1 钢丝绳（摘自GB 8918—2006、GB/T 20118—2006）
重要用途钢丝绳（GB 8918—2006）适用于矿井提升、高炉卷扬、大型浇铸、石油钻井、大型吊装、繁忙起重、索道、地面缆车、船舶和海上设施等用途的圆股及异形股钢丝绳。
一般用途钢丝绳（GB/T 20118—2006）适用于机械、建筑、船舶、渔业、林业、矿业、货运索道等行业使用的各种圆股钢丝绳。
2.1.1 分类
重要用途钢丝绳按其股的断面、股数和股外层钢丝的数目分类，见表9-1-8；一般用途钢丝绳按其股数和股外层钢丝的数目分类，见表9-1-9。如果需方没有明确要求某种结构的钢丝绳时，在同一组别内，结构的选择由供方自行确定。
表9-1-8 重要用途钢丝绳分类
注1.13组及11组中异形股钢丝绳中6V×21、6V×24结构仅为纤维绳芯，其余组别的钢丝绳，可由需方指定纤维芯或钢芯。
2.三角形股芯的结构可以相互代替，或改用其他结构的三角形股芯，但应在订货合同中注明。
3.钢丝绳的主要用途推荐，见表9-1-10。
表9-1-9 一般用途钢丝绳分类
注：1.3组和4组内推荐用（a）类钢丝绳。
2.12组～14组仅为纤维芯，其余组别的钢丝绳可由需方指定纤维芯或钢芯。
3.（a）为线接触，（b）为点接触。
钢丝绳按捻法分为右交互捻、左交互捻、右同向捻和左同向捻四种，如图9-1-1所示。其中图a和图b绳与股捻向相反，图c和图d绳与股捻向相同。
图9-1-1 钢丝绳按捻法分类
表9-1-8中，1～9组钢丝绳可为交互捻和同向捻，其中6～9组多层圆股钢丝绳的内层绳捻法，由生产厂确定；13组钢丝绳仅为交互捻；10～12组和14组异形股钢丝绳为同向捻；14组钢丝绳的内层与外层绳捻向应相反，且内层绳为同向捻。
表9-1-9中，1组中1×19和1×37单股钢丝绳外层钢丝与内部各层钢丝的捻向相反；2～4组、6～11组钢丝绳可为交互捻和同向捻，其中8组、9组、10组和11组多层股钢丝绳的内层绳捻法，由供方确定；3组中6×19（b）类、6×19W结构，6组中8×19W结构和9组中18×19W、18×19结构钢丝绳推荐使用交互捻；4组中6×37（b）类、5组、12组、13组、14组、15组、16组钢丝绳仅为交互捻。
钢丝绳特点及用途见表9-1-10。
表9-1-10 钢丝绳特点及用途
2.1.2 钢丝绳标记代号
钢丝绳标记代号应按GB/T 8706—2006《钢丝绳 术语、标记和分类》的标定执行，见表9-1-11。
表9-1-11 钢丝绳标记代号
注：1.股的结构由中心逐层向外层进行标记。平行捻的各层钢丝之间用“-”号隔开，多任务序捻（点接触）的各捻制工序钢丝层用“/”号隔开，同一层不同尺寸的钢丝用“＋”号隔开。例如：平行捻股结构19S表示为（1-9-9），多任务序捻（点接触）37M表示为（1-6/12/18），三角股结构V25表示为（V-12/12），组合平行捻股结构49SWS表示为（1-8-8-8＋8-16），圆股复合捻股结构103SWSNS表示为（1-9-9-9＋9-18/24-24）。
2.多股钢丝绳芯通常为独立的单元，但是平行捻密实绳芯除外，代号为PWRC。
3.外层钢丝在单捻钢丝绳中、外层股在多股钢丝绳中或单元钢丝绳在缆式钢丝绳中沿钢丝绳轴线的捻制向即为钢丝绳的捻向。
2.1.3 钢丝绳直径的计算与选择（摘自GB/T 3811—2008）
起重机用钢丝绳应符合GB/T 20118的要求，优先选用线接触型钢丝绳。
当起重机进行危险物品装卸作业（如吊运液态熔融金属、高放射性或高腐蚀性物品等），或吊运大件物品、重要设备、且起重机在使用时对人身安全及可靠性有较高要求时，应采用GB 8918中规定的钢丝绳。
（1）确定钢丝绳最大工作静拉力应考虑的因素
在起升机构中，钢丝绳最大工作静拉力是由起升载荷考虑滑轮组效率和承载分支数后确定，起升载荷是指起升质量的重力。起升质量包括允许起升的最大有效物品、取物装置（下滑轮组、吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等）、悬挂挠性件及其他在升降中的设备质量。起升高度小于50m的起升钢丝绳的重量可以不计。在上极限位置若钢丝绳与铅垂线夹角大于22.5°时，还需考虑由钢丝绳的倾斜引起钢丝绳拉力的增大。
对于四绳（或双绳）抓斗，其闭合绳和支持绳载荷分配按如下规定：
如使用的系统能自动且快速地（例如采用启动式电控装置等）使用闭合绳和支持绳中的载荷平均分配，则闭合绳和支持绳各取总载荷的66％；当采用直流或交流变频调速时，并保证抓斗离地时起升与闭合机构载荷准确协调共同承担者，则闭合绳和支持绳各取总载荷的55％。
如使用的系统在起升过程中不能使闭合绳和支持绳中的载荷平均分配（在抓斗闭合及起升初期几乎由闭合绳承受载荷），则闭合绳取总载荷的100％，支持绳取总载荷的66％。
（2）C系数法
该方法只适用于运动绳。选取的钢丝绳直径不应小于按式（9-1-1）计算的钢丝绳直径。
（9-1-1）
式中 dmin——钢丝绳最小直径，mm；
C——钢丝绳选择系数，
；
S——钢丝绳最大工作静拉力，N。
钢丝绳选择系数C取值与钢丝的公称抗拉强度和机构工作级别有关，见表9-1-12。
表9-1-12 钢丝绳的选择系数C和安全系数n
注：1.对于吊运危险物品的起重用钢丝绳，一般应比设计工作级别高一级的工作级别选择表中的钢丝绳选择系数C和钢丝绳最小安全系数n值。对起升机构工作级别为M7、M8的某些冶金起重机和港口集装箱起重机等，在使用过程中能监控钢丝绳劣化损伤发展进程，保证安全使用，保证一定寿命和及时更换钢丝绳的前提下，允许按稍低的工作级别选择钢丝绳；对冶金起重机最低安全系数不应小于7.1，港口集装箱起重机主起升钢丝绳和小车曳引钢丝绳的最低安全系数不应小于6。
伸缩臂架用的钢丝绳，安全系数不应小于4。
2.本表中给出的C值是根据起重机常用的钢丝绳6×19W（S）型的最小破断拉力系数k′、且只针对运动绳的安全系数用式（9-1-1）计算而得。对纤维芯（FC）钢丝绳k′＝0.330，对金属丝绳芯（IWRC）或金属丝股芯（WSC）钢丝绳k′＝0.356。
当钢丝绳的k′和σt值与表9-1-12不同时，则可根据工作级别从表9-1-12选择安全系数n值并根据所选择钢丝绳的k′和σt值按式（9-1-2）换算钢丝绳选择系数C，然后再按式（9-1-1）选择绳径。
（9-1-2）
式中 n——钢丝绳的最小安全系数，按表9-1-12选取；
k′——钢丝绳最小破断拉力系数，见表9-1-12注；
σt——钢丝的公称抗拉强度，N/mm2。
（3）最小安全系数法
本方法对运动绳和静态绳都适用。按与钢丝绳所在机构工作级别有关的安全系数选择钢丝绳直径。所选钢丝绳的整绳最小破断拉力应满足式（9-1-3）。
F0≥Sn （9-1-3）
式中 F0——钢丝绳的整绳最小破断拉力，kN；
S——同式（9-1-1）；
n——同式（9-1-2）。
设计时，根据具体情况选择计算方法。
2.1.4 重要用途钢丝绳结构及力学性能表（摘自GB 8918—2006）
第1组6×7类
表9-1-13 力学性能（第1组4种结构）
第2组6×19类
表9-1-14 力学性能（第2组4组结构）
第2组6×19类
第3组6×37类
表9-1-15 力学性能（第2组6种结构，第3组12种结构）
第4组8×19类
表9-1-16 力学性能（第4组4种结构）
第4组8×19类和第5组8×37类
表9-1-17 力学性能（第4组6种结构，第5组8种结构）
第6组18×7类
第7组18×19类
表9-1-18 力学性能（第6组4种结构，第7组4种结构）
第8组34×7类
表9-1-19 力学性能（第8组4种结构）
第9组35×7类
表9-1-20 力学性能（第9组2种结构）
第10组6V×7类
表9-1-21 力学性能（第10组4种结构）
第11组6V×19类
表9-1-22 力学性能（第11组2种结构）
第11组6V×19类
表9-1-23 力学性能（第11组2种结构）
第11组6V×19类和第12组6V×37类
表9-1-24 力学性能（第11组2种结构，第12组4种结构）
第12组6V×37类
表9-1-25 力学性能（第12组2种结构）
第13组4V×39类
表9-1-26 力学性能（第13组2种结构）
第14组6Q×19＋6V×21类
表9-1-27 力学性能（第14组2种结构）
2.1.5 一般用途钢丝绳结构及力学性能表（摘自GB/T 20118—2006）
第1组单股绳类
表9-1-28 力学性能（第1组 结构1×7）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.111。
第1组单股绳类
表9-1-29 力学性能（第1组 结构1×19）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.111。
第1组单股绳类
表9-1-30 力学性能（第1组 结构1×37）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.176。
第2组6×7类
表9-1-31 力学性能（第2组5种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.134（纤维芯）或1.214（钢芯）。
第3组6×19（a）类
表9-1-32 力学性能（第3组4种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.214（纤维芯）或1.308（钢芯）。
第3组6×19（b）类
表9-1-33 力学性能（第3组3种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.226（纤维芯）或1.321（钢芯）。
第3组6×19（a）类和第4组6×37（a）类
表9-1-34 力学性能（第3组6种结构，第4组12种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.226（纤维芯）或1.321（钢芯），其中6×37S纤维芯为1.191，钢芯为1.283。
第4组6×37（b）类
表9-1-35 力学性能（第4组2种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.249（纤维芯）或1.336（钢芯）。
第5组6×61类
表9-1-36 力学性能（第5组2种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.301（纤维芯）或1.392（钢芯）。
第6组 8×19类
表9-1-37 力学性能（第6组4种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.214（纤维芯）或1.306（钢芯）。
第6组8×19类和第7组8×37类
表9-1-38 力学性能（第6组6种结构，第7组8种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.226（纤维芯）或1.374（钢芯）。
第8组18×7类和第9组18×19类
表9-1-39 力学性能（第8组4种结构，第9组6种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.283，其中17×7为1.250。
第10组34×7类
表9-1-40 力学性能（第10组4种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.334，其中34×7为1.300。
第11组35W×7类
表9-1-41 力学性能（第11组2种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.287。
第12组6×12类
表9-1-42 力学性能（第12组 结构6×12＋7FC）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.136。
第13组6×24类
表9-1-43 力学性能（第13组 结构6×24＋7FC）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.150（纤维芯）。
第13组6×24类
表9-1-44 力学性能（第13组2种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.150（纤维芯）。
第14组6×15类
表9-1-45 力学性能（第14组 结构6×15＋7FC）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.136。
第15组4×19类和第16组4×37类
表9-1-46 力学性能（第15组4种结构，第16组2种结构）
注：最小钢丝破断拉力总和＝钢丝绳最小破断拉力×1.191。
2.1.6 重要用途钢丝绳主要用途推荐表（摘自GB 8918—2006）
表9-1-47 钢丝绳主要用途推荐表
注：1.腐蚀是主要报废原因时，应采用镀锌钢丝绳。
2.钢丝绳工作时，终端不能自由旋转，或虽有反拨力，但不能相互纠合在一起的工作场合，应采用同向捻钢丝绳。
2.1.7 电梯用钢丝绳（摘自GB 8903—2005）
主要用途：适用于载客电梯或载货电梯的曳引用钢丝绳、液压电梯用悬挂钢丝绳、补偿用钢丝绳和限速器用钢丝绳，以及杂物电梯和在导轨中运行的人力升降机等用的钢丝绳。不适用于建筑工地升降机，矿井升降机以及不在永久性导轨中间运行的临时性升降机用钢丝绳。
标记示例：结构为8×19西鲁式，绳芯为天然纤维芯，直径为13mm，钢丝公称抗拉强度为1370/1700（1500）MPa，表面状态光面，双强度配置，捻制方法为右交互捻的电梯钢丝绳标记为：
电梯钢丝绳 13NAT 8×19S＋FN－13－1500（双）右交ZS-GB 8903—2005。
力学性能（6×19类，3种结构）
表9-1-48
注：1.最小破断拉力系数为0.330。
2.带∗标记对新电梯的优先尺寸。
力学性能（8×19类，3种结构）
表9-1-49
注：1.最小破断拉力系数为0.293。
2.带∗标记对新电梯的优先尺寸。
力学性能（8×19类，3种结构）
表9-1-50
注：1.最小破断拉力系数为0.356。
2.带∗标记对新电梯的优先尺寸。
3.钢丝绳外股与钢丝绳芯分层捻制。
4.适用于曳引用钢丝绳和液压电梯用悬挂钢丝绳。
力学性能（8×19类，2种结构）
表9-1-51
注：1.最小破断拉力系数为0.405。
2.带∗标记对新电梯的优先尺寸。
3.钢丝绳外股与钢丝绳芯一次平行捻制。
4.适用于补偿用钢丝绳。
表9-1-52 力学性能（6×36类，2种结构）
注：1.最小破断拉力系数为0.330。
2.适用于补偿用钢丝绳。
2.1.8 密封钢丝绳（摘自Y/T 5295—2010）
主要用途：适用于客运索道承载索、货运索道承载索、缆索起重机承载索、挖掘机绷绳、吊桥主索、矿井罐道等场合使用的密封钢丝绳。
分类：按用途分客运索道用密封钢丝绳（客运索道承载索、货运索道承载索、缆索起重机主索、吊桥主索）和其他用途密封钢丝绳（包括矿井罐道、挖掘机绷绳等）。密封钢丝绳按结构分为半密封和一～五层全密封六种，绳芯结构可采用点接触、点线接触、线接触、压实股结构形式。如果需方没有明确要求密封钢丝绳结构时，则结构由供方确定。密封钢丝绳按钢丝表面状态分光面（U）和镀锌（Zn）两种。密封钢丝绳捻向按最外层钢丝捻向确定，分为左捻（S）和右捻（Z）两种。如需方无要求，按右捻供货。
标记示例：
密封钢丝绳的标记由中心向外层标记，其格式如下：
公称直径－表面状态－WSC－n1Z＋n2Z＋n3Z＋n4Z＋n5Z－抗拉强度－捻向－标准号
其中，n1，n2，n3，n4，n5为相应层别Z形钢丝的根数（根数由供方确定）。
①密封钢丝绳公称直径为20mm，由一层Z形钢丝和线接触（1×25Fi）绳芯构成，抗拉强度级别为1470MPa右捻镀锌密封钢丝绳标记为：
密封钢丝绳20Zn-WSC（1×25Fi）＋18Z－1470Z YB/T 5295—2010。
②密封钢丝绳公称直径为60mm，由三层Z形钢丝和点接触（1×37）绳芯构成，抗拉强度级别为1370MPa左捻光面密封钢丝绳标记为：
密封钢丝绳 60U-WSC（1×37）＋22Z＋26Z＋33Z－1370S YB/T 5295—2010。
表9-1-53 客运索道用密封钢丝绳结构及破断力
注：密封钢丝绳的最小破断拉力＝最小钢丝破断拉力总和×0.86。
表9-1-54 其他用途密封钢丝绳结构及破断力
注：密封绳最小破断拉力＝最小钢丝破断拉力总和×0.88。
表9-1-55 其他用途密封钢丝绳结构及破断力
注：密封钢丝绳的最小破断拉力＝最小钢丝破断拉力总和×0.86。
2.1.9 不锈钢丝绳（摘自GB/T 9944—2002）
主要用途：适用于仪表和机械传动、拉索、吊索、减振器减振等使用的场合。
标记示例：6×7＋IWS结构，公称直径1.6mm的钢丝绳标记为：
1.6NAT 6×7＋IWS GB/T 9944
表9-1-56 钢丝绳分类
表9-1-57 钢丝绳结构及破断拉力
注：1.8.75mm钢丝绳主要用于电气化铁炉接触网滑轮补偿装置。
2.公称直径≤8.0mm为钢丝股芯，≥8.75mm为钢丝绳绳芯。
3.制绳用钢丝的材料应采用GB/T 4240中规定的1Cr18Ni9、0Cr18Ni9奥氏体不锈钢。根据需方要求也可采用其他牌号的奥氏体不锈钢。
制绳用钢丝的抗拉强度应能使制成的钢丝绳满足本表规定的最小破断拉力要求。
4.钢丝绳的绳芯为金属绳芯，可以是钢丝股芯（IWS）或独立的钢丝绳绳芯（IWR）。
5.单捻钢丝绳为左捻，1×19的下层和上层的捻法相反，双捻钢丝绳的右交互捻。根据需方要求，也可供应其他捻法的钢丝绳。
6.用于飞机操纵用钢丝绳，应进行伸长率试验，其伸长率不得大于1.5％。
7.根据需方要求，飞机操纵用和减振器用钢丝绳，可进行疲劳性能试验，试验结果应符合GB/T 9944—2002中表5的规定。