重要用途鋼絲繩檢測(cè)中鋼絲矯直對(duì)破斷力的影響探究

摘要：本文對(duì)礦用鋼絲繩鋼絲矯直現(xiàn)狀進(jìn)行分析，全面了解鋼絲矯直機(jī)理及主要方法，并且，采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，對(duì)礦用鋼絲繩鋼絲矯直對(duì)破斷力的影響進(jìn)行探究，從而得出相關(guān)結(jié)論，即未矯直的鋼絲其破斷力小于正確矯直的鋼絲，但是，正確矯直后鋼絲力學(xué)性能整體變化力不大。

關(guān)鍵詞：礦用鋼絲繩;鋼絲矯直;破斷力

礦用鋼絲繩，顧名思義，在礦山及礦井中使用的鋼絲繩，是煤炭行業(yè)常用的一種關(guān)鍵鋼材。礦用鋼絲繩一般由鋼絲、潤(rùn)滑脂、繩芯等組成的螺旋狀鋼絲束，具有提升、牽引、拉緊和承載的作用，自重輕、彈性好、強(qiáng)度高、可靠性高，在煤炭行業(yè)有著十分廣泛的用途[1]。本文以煤礦重要用途鋼絲繩檢測(cè)為例，對(duì)其中一項(xiàng)力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，仔細(xì)觀察研究鋼絲繩矯直或者不矯直對(duì)其破斷力值的影響，進(jìn)而為礦用鋼絲繩安全性能保障提供研究數(shù)據(jù)。

1 礦用鋼絲繩鋼絲矯直現(xiàn)狀

對(duì)礦用鋼絲繩的生產(chǎn)及質(zhì)量檢測(cè)，必須嚴(yán)格遵守《重要用途鋼絲繩》以及相關(guān)行業(yè)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行矯直時(shí)，嚴(yán)禁使用鋼鐵器具，避免損傷鋼絲繩表面，繼而對(duì)其力學(xué)性能造成影響，需要將其放在木頭、鉛錠或硬質(zhì)塑料上用銅錘、木錘等矯直。檢測(cè)部門在將礦用鋼絲繩樣本運(yùn)送至制樣間后，也必須嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將其切成相關(guān)長(zhǎng)度（具體見表1），然后，按照試驗(yàn)方法，將鋼絲繩反向捻開后將鋼絲矯直后，進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

目前，關(guān)于礦用鋼絲繩矯直的方法有很多，應(yīng)用較為普遍的有平行輥式矯直、旋轉(zhuǎn)矯直。當(dāng)鋼絲沒有進(jìn)入輥筒時(shí)，主要受拉應(yīng)力作用影響，矯直時(shí)，鋼絲受到的拉應(yīng)力不會(huì)發(fā)生變化;當(dāng)鋼絲進(jìn)入輥筒后，受到的彎曲應(yīng)力持續(xù)增加，達(dá)到一定綜合作用力閾值后，鋼絲發(fā)生彈塑性變形;當(dāng)鋼絲走出輥筒后，受拉應(yīng)力作用，鋼絲發(fā)生復(fù)彈，多次反復(fù)后，鋼絲曲率變小，鋼絲也逐漸矯直。其中，平行輥式矯直主要通過一個(gè)或來兩個(gè)互相垂直平面內(nèi)的雙排輥筒，將鋼絲仿佛彎曲和復(fù)彈，逐漸降低鋼絲彈復(fù)曲率，直到鋼絲彈復(fù)曲率歸零，鋼絲矯直成功[2]。旋轉(zhuǎn)矯直主要將旋轉(zhuǎn)輥不停旋轉(zhuǎn)，逐漸減少鋼絲曲率，逐漸消除其殘余應(yīng)力，繼而達(dá)到矯直效果。但是，這種方法會(huì)對(duì)鋼絲表面造成損傷，故在本文中不采用旋轉(zhuǎn)矯直方法，而是采用人工矯直的方法進(jìn)行矯直。

2 礦用鋼絲繩檢測(cè)中鋼絲矯直對(duì)破斷力的影響研究

2.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)礦用鋼絲繩驗(yàn)收技術(shù)條件，鋼絲繩拆股關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有鋼絲直徑、抗拉強(qiáng)度、反復(fù)彎曲次數(shù)和扭轉(zhuǎn)次數(shù)。本文依照規(guī)范要求，針對(duì)6×19M-WSC 單層股鋼絲進(jìn)行拆股試驗(yàn)，該鋼絲繩鋼絲直徑為4mm，密度、捻距、捻角、極限抗拉強(qiáng)度、彈性模量分別為9800kg/m-3、102mm、17°、2100MPa、206GPa。在實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)，需要將鋼絲繩拆散，用硬質(zhì)塑料墩、銅錘等將一半鋼絲矯直，然后用切絲器將矯直的鋼絲切斷，確保矯直鋼絲與未矯直螺旋絲一一對(duì)應(yīng)，并做好備樣[3]。同時(shí)，嚴(yán)格按照相關(guān)試驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)開展試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)矯直和為矯直鋼絲力學(xué)性能進(jìn)行比對(duì)分析。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

比對(duì)分析上述表格中相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，同一根鋼絲矯直前后的破斷拉力對(duì)比中，未矯直鋼絲≤矯直鋼絲。根據(jù)調(diào)查，倘若鋼絲外表光滑沒有缺陷，同一根光面鋼絲其破斷拉力應(yīng)當(dāng)均等，然而在試驗(yàn)中卻出現(xiàn)了力值不均的情況[4]。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

在對(duì)未矯直的試樣進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)，部分鋼絲由鉗口處斷裂、部分由中間隨機(jī)斷裂，詳細(xì)分析可知：在中間隨機(jī)斷裂的鋼絲，其斷裂主要原因?yàn)椋豪寐菪隣願(yuàn)A持器將鋼絲拉直后，受擰旋斜向力中豎直方向的分力影響，鋼絲發(fā)生斷裂。對(duì)扭曲鋼絲斜向斷裂進(jìn)行力學(xué)分解可知，矯直鋼絲實(shí)際最大值為F總，拉力機(jī)產(chǎn)生的力為F豎，螺旋鋼絲交互捻會(huì)在水平方向分布一部分力為F橫，F(xiàn)豎

在鉗口處斷裂的鋼絲，斷裂損傷主要原因?yàn)榍袘?yīng)力損傷。根據(jù)礦用鋼絲繩檢測(cè)檢驗(yàn)實(shí)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，鋼絲矯直要避免使用鋼鐵器具損傷絲樣表面，盡可能將其放在硬質(zhì)塑料、木頭、鉛錠上，利用銅錘、木錘進(jìn)行矯直，最大限度保障絲樣的力學(xué)性能。這表明矯直鋼絲時(shí)，為避免為做到表面無(wú)損傷，要確保矯直材料硬度和強(qiáng)度比鋼絲小，為此，在試驗(yàn)中采用硬質(zhì)塑料和銅錘進(jìn)行檢驗(yàn)。在實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在鉗口夾持伸直階段，鋼絲處于彎曲狀態(tài)，在利用鉗口夾板進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，一面為線受力、一面為點(diǎn)受力，使得鋼絲夾持兩面受力不均勻，鋼絲外表輕微受損，繼而導(dǎo)致鋼絲在鉗口處斷裂。因此，未矯直鋼絲破斷拉力<矯直后夾持面平衡受力鋼絲破斷拉力。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)本文試驗(yàn)可知，在對(duì)礦用鋼絲繩進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)矯直和未矯直鋼絲繩破斷拉力的力學(xué)性能差異不甚明顯。同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，鉗口夾持會(huì)對(duì)鋼絲表面造成損害;彎曲鋼絲直接拉產(chǎn)生的水平分力力矩，比人工矯直后擰旋的水平分力力矩大;未矯直鋼絲破斷拉力<矯直后夾持面平衡受力鋼絲破斷拉力。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧敏， 楊西東， 李建凱. 鋼絲繩整繩破斷拉力測(cè)定方法的研究[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2017， （017）：3737-3737.

[2]吳益文. 鋼絲繩整繩破斷力測(cè)定方法國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3108：2017的修定過程及技術(shù)改進(jìn)[J]. 理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)）， 2018.

[3]曾懷靈. 礦井提升鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)方法研究[J]. 采礦技術(shù)， 2021， 21（5）：3.

[4]蔡磊， 朱建國(guó)， 程亮，等. 高碳鋼絲多道次拉拔及矯直對(duì)殘余應(yīng)力的影響[J]. 中國(guó)材料進(jìn)展， 2021， 40（6）：5.

作者簡(jiǎn)介：李棟（1988年4月-），男，漢族，河南省義馬市人，本科，工程師，研究方向：產(chǎn)品檢測(cè)檢驗(yàn)