mm(同層由不同直徑鋼絲組成時取其最大規格)和股直徑取10.0000mm,通過SolidWorks繪圖求得鋼絲處于非捻制狀態時圖15、圖16、圖17、圖18不同股及其不同位置鋼絲直徑,相應數據見表1、表2。
從表1、表2數據看出,對西魯式、填充式和瓦林吞式3種股,只要內層鋼絲為3根(注:同層鋼絲為3根也應是組股同層鋼絲最少根數),那么,組股鋼絲直徑差很大,如對3-3,3-3+3,3-3F-6不同股,組股鋼絲直徑最大比值依次約為9.90,1.98,
3.45。注意,在填充式結構中,填充鋼絲直徑雖小,但因為關乎股結構完整性而絕對不可缺少。很顯然,采用這樣結構會帶來以下問題:(1)組股個別規格直徑過小或過大而增加鋼絲生產難度;(2)鋼絲直徑過小會降低其耐磨性;(3)組股鋼絲直徑差異過大導致鋼絲疲勞性能的一致性較差;(4)鋼絲直徑差異大,因捻股鋼絲張力均勻性調整困難會影響捻制質量。也正因為如此,基本不采用3-3,
3-3F-6股,即使尺寸均勻性相對較好的3-3+3結構也很少使用,這種結論同樣適合于對平行捻密實鋼絲繩的結構分析。
根據上述分析,當平行捻密實鋼絲繩采用內層3根股的西魯式、填充式和瓦林吞式時,在鋼絲繩直徑較小時不僅生產難度大,而且結構也不盡合理。
而在3-3+3×2結構中,組股鋼絲直徑最大比值約為1.44,該值顯示了組股鋼絲尺寸均勻性在4種結構中最好,所以,圖13、圖14這種看似瓦林吞結構可又不符合標準瓦林吞結構的平行捻密實鋼絲繩,組繩股直徑既不會過大,也不會過小,有利于組織生產和鋼絲繩疲勞性能的提高,該結構可以看成是對標準瓦林吞結構的繼承和發展,仍然保持著平行捻密實鋼絲繩破斷拉力高的結構特點。
圖11、圖12平行捻密實鋼絲繩組繩股數少、組股尺寸均勻性也較差,從目前資料看,其用途也比較特殊,很少看到應用實例,
2.2性能特點
2.2.1與企業自產的平行捻密實鋼絲繩性能對比瑞得利產品樣本中正常平行捻密實鋼絲繩為外層繩股數為9根的西魯式,且采用2層股組繩,佩松也有采用外層繩股數為9根的西魯式結構,但組繩股數為3層。瑞得利給出圖1、圖2、圖13、圖14結構部分規格鋼絲繩最小破斷拉力與近似線質量,見表3。
從表3得出:圖13與圖1鋼絲繩相比,前者最小破斷拉力、近似質量與后者比值依次為1.024-
1.028,0.943~0.950,而圖14與圖2鋼絲繩相比,相應數值依次為1.053-1.060,0.976-1.000。相同直徑2160MPa級鋼絲繩與Extra級(即EIP)鋼絲繩最小破斷拉力比較接近,單位長度近似質量相差不大。也就是說,圖13、圖14雖為非標結構的平行捻密實鋼絲繩,但與外層由9根股組成的平行捻密實鋼絲繩一樣,仍然具有高的破斷拉力,數據的一致性顯示其作為平行捻密實鋼絲繩是可行的,非標結構特征沒有影響平行捻密實鋼絲繩的固有特性。
當然在表3中,由于鋼絲繩級別有的采用鋼級的概念,有的采用抗拉強度數值的概念,而鋼級與抗拉強度數值又不存在嚴格的對應關系,所以這里認為圖13鋼絲繩與圖1鋼絲繩、圖14鋼絲繩與圖2鋼絲繩具有共同的性能,主要是基于對鋼絲繩最小破斷拉力的比較。值得說明的是.圖13、圖l4鋼絲繩破斷拉力稍高可能與級別較高有一定關系,因為ANSI/API9A-20041之表1“2160MPa級鋼絲繩鋼絲抗拉強度級為1960-2160MPa(或級別4-級別5),而EIP級鋼絲繩鋼絲抗拉強度級為1770~
2160MPa(或級別3~級別5)”,據組股鋼絲抗拉強度級別高低推斷,2160MPa強度級應稍高于Exta級,不過這種差異不影響對問題分析的結果。
2.2.2與其他企業平行捻密實結構鋼絲繩性能相比凱撒給出圖4、圖5鋼絲繩,迪帕給出圖7、圖8鋼絲繩最小破斷拉力與近似質量,將其與圖13、圖14鋼絲繩相應參數一并列入表4、表5(注:圖6、圖9鋼絲繩規格不在圖13、圖14鋼絲繩規格之列,且前者直徑大于后者)。
根據表3、表4與表5數據計算得出:圖13與圖4鋼絲繩、圖14與圖5鋼絲繩、圖13與圖7鋼絲繩、圖14與圖8鋼絲繩相比,前者最小破斷拉力(近似質量)與后者比值依次為1.021~1.081(0.986~
1.042),1.058~1.066(1.027~l.046),1.059~
1.105(0.916~0.957),1.038~1.064(0.960~
1.014)。計算結果也顯示了與2.2.1相似的結論;圖13、圖14鋼絲繩結構的非標特征沒有影響平行捻密實鋼絲繩的關鍵指標——最小破斷拉力,其最小破斷拉力與常見外股為8根的填充式平行捻密實鋼絲繩基本一致。
至于平行捻密實鋼絲繩,有企業推薦西魯式,有企業推薦填充式,有企業推薦瓦林吞式,除了與鋼絲繩結構本身存在差異和適應使用條件有關外,可能也與企業對鋼絲繩結構特性認識及生產習慣有關。如港口集裝箱起重機、卸船機,雖然普遍使用6股鋼絲繩,8股鋼絲繩也被許多生產技術強勢企業推薦,但美國鋼繩公司(WRCA)推薦的卻是很少看到的7股鋼絲繩,并且這種鋼絲繩同樣被列入ASTM Al023/Al023M-07,而瑞得利在不同場合更是推薦不多見的9股鋼絲繩(注:該企業祖直徑鋼絲繩也習慣選擇9股結構,如已投入使用Spin9鋼絲繩,不僅公稱直徑達到了119mm,而且單根長度也達到了2700m)。當然,由于各企業鋼絲生產實際水平、鋼絲繩結構參數設計水平和對鋼絲繩直徑實際控制水平存在一定的差異,因此對相同結構類別、公稱直徑、級別鋼絲繩,其給出鋼絲繩近似質量與最小破斷拉力不可能完全一致,但十分接近。圖13、圖14鋼絲繩與外層股數為9根的西魯式平行捻密實鋼絲繩、外層繩股數為8根的填充式平行捻密實鋼絲繩一樣具有相近似的最小破斷拉力,顯示了其作為平行捻密實鋼絲繩存在的價值。
3結語
我國鋼絲繩標準將由3-3+3股組成的6股鋼絲繩劃歸6×7類結構,但因為組股有2層鋼絲,這種劃歸其實是不正確的。平行捻密實鋼絲繩基本形式有西魯式、填充式和瓦林吞式,筆者尚未見由其2種或3種基本形式的復合結構,瑞得利Met W,Met WK鋼絲繩由于組繩股在鋼絲繩中具有相同捻距,也應視為平行捻密實結構,可看成是在標準瓦林吞式結構基礎上的創新,由于組繩股直徑均勻性相對內層繩股為3根西魯式、填充式和瓦林吞結構要好,所以,更加適合小規格平行捻密實鋼絲繩生產,并能提高其疲勞性能,從鋼絲繩最小破斷拉力與近似線質量看,其與外層為9根股的西魯式平行捻密實鋼絲繩、外層為8根股的填充式平行捻密實鋼絲繩相當。對外層股直徑、結構相同的西魯式、填充式密實鋼絲繩,包括對其進行壓實,按照目前標準可以進行結構標記,如將圖3、圖5鋼絲繩依次標記為K19×K19S-PWRC[9x
7-PWRC(9×7-1×7)],8xK26WS-PWRC(4×17S+F4×K7-1×7),而對外層由不同直徑、不同結構股或相同結構股組成的平行捻密實鋼絲繩,標準沒有規范其結構標記方法,而圖6、圖14鋼絲繩是否依次可標記為5xK31WS+5xK26WS-
5×K26WS-1×17S,3×K19S+3×2×K7-3x K19S,需要進一步研究,畢竟其也是具有使用價值的平行捻密實鋼絲繩。