6×7-IWS（7*7）镀锌钢丝绳的弯曲疲劳性能测试
0引言
钢丝绳具有较高抗拉强度、承载能力、抗冲击韧性l以及柔软性和吸收阻尼的特点。在海洋工程、桥梁工程、矿山工程以及航空航天事业日中都离不开钢丝绳的应用。不仅如此，日常生活中也随处可见钢丝绳的应用，如升降电梯，自动升降衣架。为了防止钢丝绳使用过程中突然断裂而造成的人员生命安全以及财产损失，研究钢丝绳的失效过程以及疲劳寿命也就具有重要的意义。目前，有关钢丝绳弯曲疲劳以及微动疲劳的研究越来越多1]，但大多数均是针对大规格、粗规格的钢丝绳，研究细规格钢丝绳的学者很少，王春辉小组叫在研究小直径钢丝绳轴向疲劳时的钢丝直径也高达16mm。而随着设备精细化、轻量化的发展，钢丝绳也不再仅限于大规格、粗规格的应用。因此，通过对6×7-IWS-①1.95mm细规格镀锌钢丝绳进行弯曲疲劳研究，分析掌握其弯曲失效的基本形式，探索影响钢丝绳弯曲疲劳的影响因素也就具有重要的意义。
1实验方法
1.1试验材料
本实验采用日本进口碳含量为0.72%左右的盘条作为原材料先生产出半成品镀锌钢丝，然后再用半成品镀锌钢丝生产出成品钢丝。成品钢丝经捻股以及合绳工序后得到钢丝绳样品。其中盘条化学成分和半成品镀锌钢丝的各项性能如表1与表2所示。
1.2样品制备与实验设备
对半成品镀锌钢丝进行水箱拉拔，分别获得直径为0.21mm、0.23mm、0.24mm、0.25mm四种规格的钢丝，然后再经过捻股机生产出结构为0.23+6×0.21的外绕股以及结构为0.25+6×0.24的中心股，最后经合绳机生产出结构为6×7-IWS的交互捻镀锌钢丝绳，钢丝绳破断拉力为5050N。钢丝绳横截面结构如图1所示。
00.2110一00.23一00.2400.251mm图1钢丝经截面图
对合绳后的钢丝绳进行取样，以20m/份，共取16份。在如图2所示的弯曲疲劳机上进行实验。疲劳机辊轮直径为60mm，配重为45kg，每次实验时同时对五根钢丝绳进行弯曲测试，每根钢丝绳样品的长度为2m。
图2考曲疲劳机
1.3实验方法与原理
以3000次实验为起始次数，每隔500次作为一次节点进行实验记录，直到钢丝绳全断时停止。每个节点次数安排两次实验，即每个次数节点有10根样品。对不同弯曲次数下的钢丝绳样品进行弯曲工作段（约1060mm）的拆股解捻处理，记录钢丝绳不同层中钢丝的断丝情况，并对不同层中的断裂钢丝进行微观形貌观察。与多数学者的研究方法不同，本文中的疲劳机有三个被动辊轮，三个辊轮之间的相对位置固定。钢丝绳通过疲劳机中固定端的压板进行一端固定，另一端悬挂配重，钢丝绳中间部分绕过三个辊轮，通过辊轮在导轨上的往复运动对钢丝绳进行弯曲测试，本实验机在业内称为三辊疲劳机吧。
2实验结果与分析
2.1不同层钢丝的断丝率统计
本实验中，6×7-IWS-b1.95mm镀锌钢丝绳在疲劳机中的极限弯曲次数为9500次，通过记录3000次至9500次每个节点不同钢丝的断丝率可得如图3所示数据。从图3中可知，6×7-IWS-51.95mm镀锌钢丝绳从弯曲次数达到3500次时开始出现断丝，断丝的钢丝为钢丝绳最外层0.21mm钢丝。随着疲劳次数增加至4500次时，芯股的中心钢丝50.25mm与芯股外绕丝50.24mm开始出现断丝。虽然，0.25mm与①0.24
mm钢丝比钢丝绳最外层（50.21mm钢丝晚出现断丝，但均比0.21mm钢丝先达到100%的断丝率。值得关注的是，钢丝绳外绕股的中心钢丝b0.23mm仅在钢丝绳接近极限状态时，才开始有断裂的钢丝产生，（0.23
mm钢丝基本都是随着整绳断裂而断裂。根据实验推断，
6×7-IWS结构钢丝绳中外绕股的中心钢丝在钢丝绳弯曲测试过程中具有重要的作用。
为了进一步研究钢丝绳中不同层钢丝对钢丝绳弯曲疲劳性能的影响，安排了同种结构钢丝绳的缺丝对比实验，实验数据如表3中所示。从表3中数据可明显看出，在缺少一根0.23mm单丝时，钢丝绳的极限疲劳次数
2.2不同层钢丝的结构分析
图4是6×7-JWS-01.95mm镀锌钢丝绳拆股解捻后不同层钢丝的宏观形貌，从图中可以看出，作为钢丝绳芯股的中心丝，0.25mm钢丝没有任何波形结构；b0.23mm与b0.24mm钢丝均表现出单一的波形结构：
而0.21mm钢丝具有复合波形结构。结合钢丝绳捻制工艺可知，各钢丝中波形的波高与波长尺寸与钢丝绳的捻制参数有关，即0.23mm钢丝的波形波长与钢丝绳的绳捻距有关，波高与钢丝绳的粗度和外绕股的粗度有关：0.24mm钢丝的波形波长与波高分别与芯股的捻距和粗度有关：而具有复合波形的（b0.21mm钢丝的波形既和绳捻距、粗度有关，也与外绕股的捻距、粗度有关。通过对不同钢丝中波形的曲率半径进行测量可得，b0.21mm钢丝中存在三种曲率半径的波形，分别为分析认为：钢丝绳弯曲疲劳测试过程中，具有不同波形结构的钢丝在钢丝绳中的受力也各不相同。b0.23
mm的钢丝在钢丝绳弯曲测试过程中，波形曲率半径大，由于钢丝结构的原因，钢丝在轴向具有一定的结构弹性，在钢丝绳弯曲疲劳过程中抵抗断裂的性能好。具有复合波形结构的（b0.21mm钢丝，由于具有多种波形，钢丝上的应力分布复杂。b0.24mm钢丝的波形虽然不是复合波形，但整体波形尺寸小，波形曲率半径最小，钢丝绳弯曲疲劳过程中在波峰与波谷处产生的应力比b0.23
mm和b0.21mm的都大。（b0.25mm钢丝虽然不具有波形，但作为钢丝绳绳芯的组成单元，在钢丝绳受轴向拉应力时，绳芯钢丝产生的应力最大，使得绳芯处钢丝的疲劳寿命值低]：其次，相同规格的帘线成品，钢丝的丝径越粗，其抗疲劳性能越差“4，使得b0.25mm中心钢丝在钢丝绳弯曲疲劳过程中断裂速度过快。
3结论
3结论
通过对结构为6×7-IWS-01.95mm的钢丝绳进行弯曲疲劳测试可知：
1）6×7-IWS结构钢丝绳外绕股中心钢丝对钢丝绳的弯曲疲劳寿命具有非常重要的影响，外绕股中心钢丝所具有的相对较大且单一的波形结构，是其在钢丝绳弯曲疲劳过程中抵抗断裂的主要原因：
2）钢丝绳中钢丝的弯曲测试断口均为疲劳断口，疲劳源产生的主要原因是钢丝表面的摩擦磨损，改善钢丝绳工作时与辊轮间的润滑状态以及钢丝绳内部钢丝与钢丝间的润滑状态均能在较大程度上提升钢丝绳的弯曲疲劳寿命。
上一篇：6×36WS+IWR镀锌钢丝绳生产工艺研究 下一篇：起重机钢丝绳特点及维护
