载人索道用牵引钢丝绳生产工艺研究

随着旅游业快速发展，载人索道用牵引钢丝绳的应用越来越广泛。载人索道在西方工业发达国家已经发展了一百多年，形成了一个独立的系统。载人索道用牵引钢丝绳为往复式运行，根据索道用钢丝绳标准GB26722-2011要求，对钢丝绳安全系数要求很高，钢丝绳选型也极为重要。载人索道用牵引钢丝绳必须具有足够的抗拉强度和良好的柔软性，载人索道用牵引钢丝绳一般选用线接触同向捻股式结构钢丝绳，在腐蚀性或露天环境中推荐使用镀层（镀锌、镀合金等）钢丝绳。国内大多数索道用6×19S+PPC结构钢丝绳作为牵引钢丝绳使用，但使用效果不太理想。国内外索道的发展表明，点接触钢丝绳使用寿命低于线接触钢丝绳，但西鲁式钢丝绳使用寿命仅1~2年，不宜作为索道牵引钢丝绳使用，为了提高索道用牵引钢丝绳的使用寿命，使索道运营更经济、更安全，需探索使用寿命更长的其他结构钢丝绳。 1. 16×25Fi同向捻载人索道用牵引钢丝绳生产工艺 不同结构载人索道用牵引钢丝绳使用情况见表1。根据牵引钢丝绳的使用情况，6×25Fi填充股式同向捻钢丝绳使用效果较好，因此，在国内载人索道用牵引钢丝绳的使用，25Fi填充股式同向捻钢丝绳正逐渐替代其他线接触或点接触钢丝绳。但每个钢丝绳生产厂家的生产工艺有差异，导致钢丝绳在使用过程中出现不同的缺陷，钢丝绳的生产工艺选择和主要过程控制尤为重要。

1.1结构形式及使用特点

6×25Fi属于填充式线接触钢丝绳，6×25i同向捻钢丝绳股的捻向和绳的捻向相同。股中钢丝呈两层排列，在内、外层钢丝的缝隙中填充直径较细的钢丝，股中各层钢丝间呈线接触状态，每根钢丝螺旋线处于相互平行状态，各钢丝之间逐根紧密相靠，结构稳定性较好。

当钢丝绳受载荷工作时，钢丝绳内各股及股内各层钢丝所受的接触应力较小，弯曲时各层钢丝间不存在二次弯曲应力]，因此钢丝绳的耐疲劳性能相对较好。同向捻钢丝绳由于股的捻向和绳的捻向相同，钢丝受到的弯扭变形比交互捻钢丝绳的小，并且钢丝与绳的轴线夹角比交互捻钢丝绳的大得多，同向捻一般为30°左右，6×25Fi同向捻钢丝绳的钢丝与绳的轴线夹角控制在26°左右，交互捻一般为0~8°，所以钢丝绳的柔软度及弯曲疲劳性能较好。外层钢丝曲率与滑轮槽的曲率匹配度较好，接触应力小，所以钢丝磨损较均匀，而在相同条件下，交互捻钢丝绳外层钢丝与滑轮槽的接触面积小，接触应力大，钢丝局部磨损严重，磨损断丝的机率增大。

车厢运动过程中，载人索道在径向压力作用下，内部弯曲应力很大。绳轮上的接触应力也非常大，但6×25Fi钢丝绳外层钢丝直径较小，其与绳轮的接触应力较小，同向捻钢丝绳与绳轮的接触应力比交互捻钢丝绳的小，钢丝绳耐磨性能较好。

1.2外层钢丝直径和绳径的关系

国内外实践证明，载人索道用牵引钢丝绳的外层钢丝直径最佳范围在1.0~3.0mm，钢丝直径过小易磨损造成疲劳断裂，钢丝直径过大会使钢丝绳柔软性变差，不宜编织。

索道用牵引钢丝绳外层钢丝直径和绳径的关系如下，d=D/（n+3.5），式中：D为钢丝绳公称直径，mm；d为股外层钢丝公称直径，mm；n为股外层钢丝根数。

钢丝绳股的外层钢丝直径用式（1）计算的误差不大于3%。以长江索道用牵引钢丝ZAA6x25Fi+PPC-23.5mm-1770MPa为例，钢丝绳股结构式为1+6+6F+12，股外层钢丝数为12根，该钢丝绳外层钢丝工艺配丝公称直径为1.50mm，代入公式（1）可得

d=D/（n+3.5）=1.51mm,这与实际数据1.50mm相差不大。在相同绳径下钢丝数多的钢丝绳其外层钢丝直径较细，钢丝之间的相对滑动较容易，钢丝绳越柔软，耐弯曲疲劳性能越好旦。载人索道对钢丝绳安全系数要求很高，因此，钢丝绳结构选择尤为重要，而钢丝绳股的外层钢丝直径对钢丝绳的使用效果影响较大。国内某索道用牵引钢丝绳外层钢丝公称直径见表2。

由表2可以看出，除6×37点接触钢丝绳外，相同绳径的钢丝绳25Fi结构股外层钢丝直径最小，31WS结构股外层钢丝比25Fi略大，31WS和25Fi钢丝绳股结构的内层钢丝均位于外层钢丝的“谷”部，但25i结构股在内、外层相邻钢丝的缝隙里填充较细钢丝，因此在钢丝绳运行过程中钢丝不易相对滑动，钢丝间的磨损较小，由表1可以看出，25Fi钢丝绳使用寿命也最长。

1.3股与股和丝与丝之间的间隙 载人索道的特殊使用环境，对钢丝绳的安全性能要求较高，所以根据特殊的使用环境，必须配以特殊的生产工艺。钢丝绳股的相邻钢丝之间和相邻股之间的间隙不能过大，过大可能会造成钢丝或股之间的滑动，造成钢丝绳结构破坏，且钢丝绳的金属接触面积小，会降低钢丝绳的整绳破断拉力。钢丝绳股的相邻钢丝之间和相邻股之间的间隙也不能过小，过小会造成钢丝绳在运行过程中钢丝或股相对运动而磨损，会使钢丝绳磨损断丝。因此，钢丝绳股的相邻钢丝之间和相邻股之间的间隙必须严格控制。股中钢丝之间的间隙如图1所示，绳中股之间的间隙如图2所示。

1.4钢丝绳的绳芯

根据索道的使用环境，绳芯一般选用合成纤维绳芯（PPC），合成纤维绳芯具有耐腐蚀性、耐挤压性强，钢丝绳柔软性较好。在索道往复运行过程中钢丝绳不断受到冲击载荷及横向挤压作用力时，纤维绳芯能够起支撑钢丝绳结构的作用，减小各股间的相对滑动。如果没有钢丝绳芯支撑和润滑钢丝绳各股，钢丝绳各股就会相互挤压，导致钢丝绳结构破坏和钢丝绳各股间磨损增大。在索道紧急启动和停止时会对钢丝绳产生惯性动载荷，纤维绳芯能减小动载荷对钢丝绳的损伤四。合成纤维绳芯直径波动范围较小，绳芯的捻距和直径直接影响钢丝绳的使用效果。钢丝绳用绳芯如图3所示。根据钢丝绳公称直径计算绳芯直径如下，m=D/d

1.5拾距和掩角的关系

捻距和捻角都是主要的工艺参数，捻距和捻角之间成反比关系。捻距通常用钢丝绳公称直径的倍数来描述，一的大小直接影响钢丝绳的使用寿命。

捻距大小的影响体现了钢丝在绳股中的捻制变形程度。绳股捻距越大，则扭转变形损失越小。但钢丝绳股捻距越大，绳内弹性应力越大，疲劳性能下降，使用寿命缩短，但强度损失和伸长也越小。因此，确定钢丝绳股捻距时要综合考虑影响因素，特别是要考虑钢丝绳特定的使用条件和用途要求，进行合理选择国。钢丝绳捻距不宜过大，当钢丝绳承受较大的压力时，捻距小可大大提高钢丝绳的使用寿命，但捻距过小则相反，钢丝绳捻距小，造成钢丝绳伸长率增加，不利于索道运行。对于6×25Fi同向捻载人索道用牵引钢丝绳而言，建议索道用牵引钢丝绳的T/D一般应为6.8左右，T/D应大于6.5，钢丝绳股的t/d约为8.0，根据查阅国内外索道用钢丝绳文献资料，推荐索道用钢丝绳捻角a为16~20。选择捻距较小的钢丝绳比较好，因为捻距小，钢丝绳的柔软性较好，钢丝绳在运动中的扭转力小，可以提高钢丝绳的耐磨性。如国内某索道用ZAA6×25Fi+PPC-23.5mm-ZZ-1870MPa同向捻镀锌钢丝绳捻距T=157mm，T/D=6.68,数值大于6.5，接近6.8。d=7.70mm，t=61mm，a=17°，代入公式t/d=7.9，非常接近8.0。

2. 6×25Fi同向捻钢丝绳捻制主要控制点

2.1捡制应力控制

钢丝或股在捻制时随着机身的旋转而产生扭转应力；钢丝绳捻制后钢丝或股呈螺旋线形式，捻制变形存在弹性变形和塑性变形，因此必然产生弯曲应力。股绳生产采用后变形器来控制捻制应力，合绳先采用预变形器消除部分股绳应力，再使用后变形器消除合绳过程中的捻制应力，钢丝绳捻制应力过大会严重影响钢丝绳使用效果，因此钢丝绳的扭力必须严格控制。

6×25Fi同向捻钢丝绳生产过程中，大多数生产厂家都采用工字轮翻身的方法处理，即成绳机框架工字轮随着股的捻制方向一起转动，使股的应力在捻制成绳过程中保持平衡，但翻身等于是股破劲，钢丝绳捻制后股中钢丝不紧密，会出现股中钢丝松弛现象，这使得钢丝绳在运行过程中易出现结构破坏，造成钢丝绳使用寿命降低。由于同向捻钢丝绳捻制过程中股处于上劲状态，同时要保证钢丝绳捻制后股丝不松动，需控制股扭力方向与股的捻制方向相同，且需要股绳的扭力与合绳过程中破劲的扭力相抵消，这就需要放大股的扭力，使钢丝绳应力处于平衡状态。通过不断生产试验，保证钢丝绳股中钢丝不松弛，且钢丝绳捻制扭转在0~90°，得出6×25Fi类同向捻钢丝绳股的捻制扭转控制在-720°~-540°。6×25Fi同向捻钢丝绳扭转情况见表四 2.2钢丝绳不松散性能控制 松散是钢丝绳的一项质量缺陷，松散的钢丝绳不易编接，切割时捆扎不当会造成钢丝绳结构破坏。钢丝绳的松散性能主要是通过合绳时的预变形器来控制，一般用拆股变形率来衡量。从钢丝绳中拆出大于4个捻距长度的股，注意保持股的螺旋状态不被破坏，然后放置在一水平面上，股的各相应点均和该平面接触，测量出股的螺旋高度h和钢丝绳的实际直径D的比值为拆股变形率n，即n=h/D。

通过长期的生产验证，6×25Fi+PPC结构不同直径同向捻钢丝绳不松散、不起壳状态下的拆股变形率控制在85%~88%较好，不同结构规格钢丝绳拆股变形率及松散情况见表5。

根据钢丝绳生产的相关要求和实际生产经验，拆股变形率大于90%会造成钢丝绳起壳，拆股变形率小于80%会造成钢丝绳松散。对于6×25Fi同向捻索道用牵引钢丝绳，根据国内索道的使用情况，钢丝绳捻制不松散、不起壳状态的拆股变形率控制在85%~88%，使用效果较好。

3结语

载人索道用钢丝绳结构、规格繁多，技术条件复杂，这给钢丝绳选取和维护带来一定的困难。根据具体的使用环境和条件，合理正确地选择、检查和维护载人索道用钢丝绳。载人索道用牵引钢丝绳一般选用同向捻多丝线接触纤维芯钢丝绳，但在线接触钢丝绳中，25Fi填充式同向捻钢丝绳在工艺设计和自身结构上更具优势，更耐用。目前国内大多数载人索道用钢丝绳都使用25Fi类钢丝绳代替其他线接触钢丝绳和部分点接触钢丝绳。