ELASTIC DEFORMATION ANALYSIS OF MULTILA YERED STRANDS

This paper describes a general model for the mechanical behavior studying of general wire rope strand. An exact solution of the deformation characteristics was given when the strands is under tensile and torsional loads. The theoretical results are useful in evaluating the extensional and torsional moduli of rigidity for the strands. Finally, a simple design criterion is establised for the nonrotating ropes.

基于整体与局部纹理特征加权融合的港机装备钢丝绳断丝缺陷检测研究

钢丝绳是港机装备的重要部件,由于作业工况环境恶劣,钢丝绳表面极易引起断丝等缺陷,影响港机装备作业安全。针对港机装备钢丝绳表面油泥严重、光照亮度不均,以及港机装备钢丝绳断丝缺陷能够在钢丝绳股顶钢丝椭圆形区域内有效体现的特点,提出了一种基于钢丝绳整体纹理特征与股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓纹理特征加权融合的钢丝绳断丝缺陷检测方法。首先采用图像降噪、增强、校正技术对钢丝绳原始图像进行预处理。然后采用图像平滑、阈值分割及边缘特征提取技术对股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓进行提取。接着采用局部二值模式(LBP)算子分别提取钢丝绳整体纹理特征与股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓纹理特征,并对钢丝绳整体纹理及边缘轮廓纹理特征进行特征加权融合。最后对加权融合后的特征向量进行主成分分析(PCA)法降维,并应用支持向量机(SVM)技术对钢丝绳断丝缺陷进行检测。研究结果表明:本文提出的方法对实际工况下重油泥、光照不均等钢丝绳断丝缺陷具有较好的检测效果,具有一定的工程应用价值。

15×K6-EPIWRC多层阻旋转抗冲击钢丝绳研制

多层压实股钢丝绳阻旋转性能在一些应用场合有极其重要的意义,钢丝绳旋转超过相关要求会影响工作效率,甚至产生安全事故。为最大限度地克服阻旋转性差、断芯、外层磨损超标3大难题,新产品采用1-4+4/15结构形式,对绳芯进行注塑处理,以满足客户要求。26.0 mm钢丝绳研制完成后,实际破断拉力达到681.0 kN,钢丝绳各项指标均达到客户标准和EN12385标准要求,工艺设计合理,绳捻制紧密,抗旋转性能优良,抗冲击载荷性能好。

三角股电梯曳引钢丝绳力学特性及失效分析

为进一步提升电梯曳引系统传动的安全性和可靠性,优化电梯曳引系统中受力部件钢丝绳与绳槽之间的受力情况。本研究首先分析电梯曳引系统的结构与失效形式,然后提出并建立新型电梯三角股曳引钢丝绳及其绳槽几何结构,最后建立电梯曳引三角股钢丝绳与绳槽接触受力的有限元模型,并进行仿真分析。仿真结果表明:当电梯载荷为1 kN,捻角分别为12°、16°和20°时,曳引三角股钢丝绳的最大接触应力分别为229.6 MPa、430.5 MPa和648.6 MPa,捻角越大,曳引钢丝绳接触应力越大,越容易磨损失效。该研究为三角股钢丝绳在电梯曳引系统中的安全应用提供了理论参考。

海工钢丝绳生产难度分析

海工钢丝绳市场是钢丝绳生产强企纷纷瞄准的重要用途钢丝绳市场,也是纷纷落地巨型捻股机、合绳机生产钢丝绳的主要目标市场。面对海工钢丝绳超重、超长、大直径、镀锌、高破断拉力及使用所处的特殊环境,分析认为,国内企业制造该用途钢丝绳目前确实面临不少困难。欲生产好海工钢丝绳应做好以下几方面工作:深入分析粗直径钢丝绳性能特点,高度重视盘条质量,慎重选择适合海洋环境的钢丝绳润滑油脂,仔细研究钢丝绳制造关键技术,适度考虑增加预张拉工艺,必须强调捻制设备运行可靠的重要性,充分认识增加大吨位钢丝绳破断拉力试验机的必要性,不断丰富能更好满足使用的钢丝绳其他性能。在持续实践与总结中逐渐提高国产海工钢丝绳质量。

长寿命与环保港口钢丝绳制造相关问题研究

港口面临的环保压力越来越大,对钢丝绳的质量要求也越来越高。通过采用压实股组绳、钢丝绳内置含油纤维绳、钢芯聚合物包覆、增加外层绳股数、优化钢芯结构、精细结构参数设计与严格控制生产过程等措施以响应港口对钢丝绳的长寿命要求,通过使用高质量润滑油脂、重视润滑油脂对使用环境的适应性与实施润滑工艺标准化等措施以稳定钢丝绳润滑质量,最大限度满足港口减少海洋环境污染与实施清洁文明生产的需要。

竖井提升用三角股钢丝绳伸缩分析

竖井提升用6V三角股钢丝绳在投入使用后出现较大延伸和偶尔缩短现象,对竖井提升系统钢丝绳运行情况进行跟踪测量,并结合6V三角股钢丝绳的结构特性进行分析。钢丝绳延伸主要有初始结构性延伸、弹性延伸和永久延伸,钢丝绳使用初期和中期结构延伸较大,钢丝绳偶尔缩短属于弹性延伸,永久延伸阶段钢丝绳已经达到使用寿命末期或接近报废状态。钢丝绳载荷状态、预张拉效果以及设备运行情况等都影响钢丝绳的伸缩状况。钢丝绳进行预张拉处理非常重要,可以一定程度上消除结构延伸和捻制应力,使钢丝绳结构更加稳定。

钢绞线用钢丝绳股表示之合理性商榷

虽然钢绞线和钢丝绳股同为钢丝一次螺旋捻制结构,考虑到ISO17893(E):2004 Steel wire ropes——Vocabulary,designations and classifications已明确给出钢丝绳股定义,且钢绞线和钢丝绳股之间确实存在诸多明显不同,分析认为,尽管国内外相关标准用钢丝绳股表示钢绞线似乎已成习惯,但其合理性值得商榷。

拦阻索钢丝绳力学性能仿真分析

拦阻索是拦阻系统中的关键部件,为便于拦阻索选型,研究了6V×24S+FC三角股钢丝绳和与之绳径相同的圆股钢丝绳的力学性能。通过参数化建模,建立了两种右同向捻的钢丝绳的三维模型,利用ABAQUS软件建立了两种钢丝绳的有限元模型,并基于有限元方法对两种钢丝绳的拉伸和扭转性能进行了对比分析,结果表明,三角股钢丝绳更适合作为拦阻索,为拦阻索的选型提供了依据。

轴向载荷下WR-CVT异股钢绳环数值模拟

为分析弯曲状异股钢丝绳应用在WR-CVT (Wire Rope-Continuously Variable Transmission)工况下的力学分布特点,文中推导建立了弯曲状椭圆股数学模型,并与传统圆股6×7+IWS钢丝绳和三角股绳进行轴向载荷下的数值模拟对比。结果表明:相同载荷下,弯曲状椭圆股钢丝绳、中心丝及侧丝较三角股和6×7+IWS的应变分布更加均匀,右侧外层丝应力大于左侧的,横截面应力幅均值小,伸长量小,具有更佳的耐磨性和抗疲劳特性;弯曲状三角股钢丝绳截面应力幅均值和伸长量较大,更易达到应力屈服;而6×7+IWS钢丝绳的各种力学特性均介于椭圆股和三角股之间。

轴向加载下不同捻向多股钢丝绳的力学行为研究

多股钢丝绳在工程结构中广泛应用,其中多数钢丝经过两次捻绕成为二次螺旋钢丝。基于Love弹性曲杆理论和变形前后钢丝绳结构状态分析,建立了轴向加载下考虑二次螺旋钢丝局部变形行为的多股钢丝绳弹性理论模型,并通过有限元模拟研究了钢丝绳的弹塑性力学响应。将弹性理论模型结果与有限元模拟结果、Costello模型进行了对比验证,进一步分析了不同捻向钢丝绳(顺捻、交互捻)整绳和局部钢丝的力学行为。研究发现二次螺旋钢丝的局部响应不同于单股绳一次螺旋钢丝,钢丝的弯曲和扭转变形沿钢丝绳截面周期性变化。整绳受拉伸载荷时,沿钢丝轴线的拉伸变形占主要部分,交互捻钢丝的弯曲和扭转变形均小于顺捻钢丝,且扭转变形的方向与顺捻钢丝相反。在通常弹性使用范围内,交互捻钢丝绳沿钢丝截面的最大拉伸和扭转应力均小于顺捻钢丝绳,且产生的反作用扭矩更小,因此优于顺捻钢丝绳。

阻旋转钢丝绳笼状畸变成因分析与预防措施

笼状畸变是多层股阻旋转钢丝绳使用过程中常见现象之一,现有相关资料将其产生原因归结如下:或钢丝绳进出滑轮(卷筒)偏角过大,或钢丝绳所经过滑轮(卷筒)沟槽半径过小,或安装钢丝绳不正确,或钢丝绳工作时受到了大的冲击载荷等。分析认为,导致钢丝绳使用过程出现笼状畸变与钢丝绳本身制造质量不高密切相关。提高钢丝绳捻制紧密性、改善钢丝绳阻旋转性能、实现内外层绳受力尽可能一致、重视钢丝绳润滑质量、严于标准控制钢丝绳直径偏差和对内层绳进行包塑、压实等对预防笼状畸变发生十分重要。

不同断面形状电梯曳引钢丝绳承载特性分析

钢丝绳是电梯曳引系统中最重要的受力部件,其自身结构和受力情况会直接影响电梯曳引系统的传动性能。在作业过程中,电梯钢丝绳与绳槽的受力十分复杂,且钢丝绳的结构和力学承载特性决定钢丝绳的磨损情况,决定了电梯的使用安全性和可靠性。文中研究对比分析了圆股、三角股、椭圆股钢丝绳作为电梯曳引钢丝绳,仿真分析3种钢丝绳绕曳引轮弯曲状态下的应力和变形分布规律。结果表明:对比分析相同横截面积下的椭圆股、三角股和6×7+IWS钢丝绳,钢丝绳应力均近似呈左右对称分布;椭圆股钢丝绳与绳槽接触区域的接触应力和伸长量均最小,分别为248.4 MPa和0.136456 mm;椭圆股分布钢丝绳更符合以摩擦力传递扭矩的电梯曳引工况中。该研究为电梯曳引系统中的钢丝绳的选用提供了理论参考。

基于小波变换的钢丝绳断股检测分析

为探索一种对钢丝绳断股检测更准确的方法,防范高空吊篮坠落事故发生,采用电磁学对断股钢丝绳处进行泄漏磁感线的检测,利用磁偶极子模型判断缺陷处轴向分量与径向分量的磁感应强度,选择特征更明显的轴向分量磁感应强度进行分析,利用霍尔元件检测磁感应强度,建立了基于STM32单片机的信息采集与处理系统。为获得更加准确稳定的检测数据,利用小波变换对信号进行处理,并且确定软阈值来判断钢丝绳断股情况。根据理论分析和实验结果,此种钢丝绳检测方法能有效判断钢丝绳的断股情况。

钢丝绳拆股钢丝试验流程的分析与改进

在钢丝绳进行拆股单丝试验的过程中,对钢丝的矫直需要很大工作量,目前还是依靠传统的人工矫直方法,即放在木头或硬质塑料用铜锤进行矫直,费时费力。研究直接对钢丝绳拆股后进行拉力试验,用拉断但未产生钢丝丝径变化的部分进行弯曲和扭转试验,通过与经矫直后的钢丝进行对比试验,结果显示2种试验方法的所得的数据结果基本相符。今后可进一步增加试验数据比对,在不损害钢丝力学性能的情况下利用此方法,不仅提高钢丝绳检验效率,也大量减少人工成本,同时也避免劳动强度带来的安全隐患,符合安全第一、节能增效的理念。

石油钻井用超高强度多层压实股钢丝绳研制

随着油田开采的不断发展,深井采油对钢丝绳的性能要求也越来越高,要求其具有高的破断拉力、良好的结构稳定性及抗旋转性能。选用多层压实股钢丝绳替代常规结构钢丝绳是发展的趋势。对35(W)×K7-52 mm石油钻井用超高强度压实股钢丝绳进行研制,钢丝绳要求最小破断拉力2480 kN。通过优化钢丝绳工艺设计及各工序生产工艺,各层股均采用压实结构,股径压缩率控制在13.4%~14.5%,股径公差控制在-1%~+1%,内、外层绳采用一次捻制工艺技术。研制结果,钢丝绳实测直径53.60~53.80 mm,钢丝绳破断拉力2530 kN,钢丝破断拉力总和3146.31 kN,各项技术指标均满足标准及合同要求。

电梯用钢丝绳断股原因分析

通过宏观检查并结合体式显微镜、电感耦合等离子体发射光谱仪、碳硫分析仪、金相显微镜、显微硬度计、扫描电子显微镜等检测分析仪器,对一根电梯用的钢丝绳断股原因进行分析。结果表明:钢丝绳材质为45钢;断股钢丝绳与未断股钢丝绳的显微组织、维氏硬度未见明显差异;钢丝绳出现断股的主要原因与该股钢丝绳所受的应力较大有关,最终在钢丝绳运行的过程中,只出现了一股钢丝绳发生断裂,且断口主要为正断断口。

钢丝绳弹塑性损伤本构模型研究

通过分析钢丝绳的结构与材料特点以及主要失效形式,将材料损伤力学理论引入到钢丝绳失效模型,结合材料损伤理论,建立了含损伤的钢丝绳弹塑性损伤本构模型,推导了钢丝绳受到拉伸载荷作用时的损伤变量演化方程,编写了含损伤与不含损伤的钢丝绳弹塑性损伤有限元仿真分析程序,计算得到了钢丝绳在受到拉应力作用下的损伤演化历史,对比计算了不含损伤与含有损伤的两种本构模型的仿真计算结果,为进一步开展基于损伤力学的钢丝绳寿命与可靠性研究提供了基础。

基于弹塑性本构的单股钢丝绳受力分析

针对单股钢丝绳在受到冲击载荷作用下的失效问题,采用有限元法开展了其结构弹塑性分析。利用钢丝绳单丝试验数据,拟合得到了相应的弹塑性本构模型参数,根据钢丝绳钢丝几何空间构型,建立了钢丝绳的三维有限元模型。在静载荷和冲击载荷下分别对钢丝绳内部钢丝的受力进行了计算,得到了在各层钢丝的Von Mises应力和等效塑性应变分布。结果表明,各层钢丝内侧接触部位的Von Mises应力和等效塑性应变均相对较大,是引发钢丝绳结构失效的关键部位。

钢丝绳模型比较研究

将现有的各种钢丝绳计算模型进行比较研究，通过将数值结果与现有的实验数据进行比较可以看出，考虑绳芯变化并结合Ｌｏｖｅ曲杆理论的ＪＷ和ＫＣ模型更适用于实际的钢丝绳结构．