重要用途鋼絲繩檢測中鋼絲矯直對破斷力的影響探究

摘要：本文對礦用鋼絲繩鋼絲矯直現狀進行分析，全面了解鋼絲矯直機理及主要方法，并且，采用對比試驗的方法，對礦用鋼絲繩鋼絲矯直對破斷力的影響進行探究，從而得出相關結論，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性能整體變化力不大。

關鍵詞：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，是煤炭行業常用的一種關鍵鋼材。礦用鋼絲繩一般由鋼絲、潤滑脂、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、強度高、可靠性高，在煤炭行業有著十分廣泛的用途[1]。本文以煤礦重要用途鋼絲繩檢測為例，對其中一項力學性能進行試驗研究，仔細觀察研究鋼絲繩矯直或者不矯直對其破斷力值的影響，進而為礦用鋼絲繩安全性能保障提供研究數據。

1 礦用鋼絲繩鋼絲矯直現狀

對礦用鋼絲繩的生產及質量檢測，必須嚴格遵守《重要用途鋼絲繩》以及相關行業、驗收標準。在實驗前進行矯直時，嚴禁使用鋼鐵器具，避免損傷鋼絲繩表面，繼而對其力學性能造成影響，需要將其放在木頭、鉛錠或硬質塑料上用銅錘、木錘等矯直。檢測部門在將礦用鋼絲繩樣本運送至制樣間后，也必須嚴格按照實驗標準將其切成相關長度（具體見表1），然后，按照試驗方法，將鋼絲繩反向捻開后將鋼絲矯直后，進行相關試驗。

目前，關于礦用鋼絲繩矯直的方法有很多，應用較為普遍的有平行輥式矯直、旋轉矯直。當鋼絲沒有進入輥筒時，主要受拉應力作用影響，矯直時，鋼絲受到的拉應力不會發生變化;當鋼絲進入輥筒后，受到的彎曲應力持續增加，達到一定綜合作用力閾值后，鋼絲發生彈塑性變形;當鋼絲走出輥筒后，受拉應力作用，鋼絲發生復彈，多次反復后，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或來兩個互相垂直平面內的雙排輥筒，將鋼絲仿佛彎曲和復彈，逐漸降低鋼絲彈復曲率，直到鋼絲彈復曲率歸零，鋼絲矯直成功[2]。旋轉矯直主要將旋轉輥不停旋轉，逐漸減少鋼絲曲率，逐漸消除其殘余應力，繼而達到矯直效果。但是，這種方法會對鋼絲表面造成損傷，故在本文中不采用旋轉矯直方法，而是采用人工矯直的方法進行矯直。

2 礦用鋼絲繩檢測中鋼絲矯直對破斷力的影響研究

2.1 試驗方法

根據礦用鋼絲繩驗收技術條件，鋼絲繩拆股關鍵技術指標有鋼絲直徑、抗拉強度、反復彎曲次數和扭轉次數。本文依照規范要求，針對6×19M-WSC 單層股鋼絲進行拆股試驗，該鋼絲繩鋼絲直徑為4mm，密度、捻距、捻角、極限抗拉強度、彈性模量分別為9800kg/m-3、102mm、17°、2100MPa、206GPa。在實際檢驗時，需要將鋼絲繩拆散，用硬質塑料墩、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應，并做好備樣[3]。同時，嚴格按照相關試驗操作標準開展試驗，統計收集試驗數據，對矯直和為矯直鋼絲力學性能進行比對分析。

2.2 試驗數據分析

比對分析上述表格中相關試驗數據可知，同一根鋼絲矯直前后的破斷拉力對比中，未矯直鋼絲≤矯直鋼絲。根據調查，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當均等，然而在試驗中卻出現了力值不均的情況[4]。

2.3 試驗結果

在對未矯直的試樣進行觀察后發現，部分鋼絲由鉗口處斷裂、部分由中間隨機斷裂，詳細分析可知：在中間隨機斷裂的鋼絲，其斷裂主要原因為：利用螺旋狀夾持器將鋼絲拉直后，受擰旋斜向力中豎直方向的分力影響，鋼絲發生斷裂。對扭曲鋼絲斜向斷裂進行力學分解可知，矯直鋼絲實際最大值為F總，拉力機產生的力為F豎，螺旋鋼絲交互捻會在水平方向分布一部分力為F橫，F豎

在鉗口處斷裂的鋼絲，斷裂損傷主要原因為切應力損傷。根據礦用鋼絲繩檢測檢驗實務標準，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塑料、木頭、鉛錠上，利用銅錘、木錘進行矯直，最大限度保障絲樣的力學性能。這表明矯直鋼絲時，為避免為做到表面無損傷，要確保矯直材料硬度和強度比鋼絲小，為此，在試驗中采用硬質塑料和銅錘進行檢驗。在實際檢驗時發現，在鉗口夾持伸直階段，鋼絲處于彎曲狀態，在利用鉗口夾板進行試驗時，一面為線受力、一面為點受力，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 結束語

綜上所述，根據本文試驗可知，在對礦用鋼絲繩進行檢測試驗，發現矯直和未矯直鋼絲繩破斷拉力的力學性能差異不甚明顯。同時，根據試驗結果，鉗口夾持會對鋼絲表面造成損害;彎曲鋼絲直接拉產生的水平分力力矩，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：

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

[2]吳益文. 鋼絲繩整繩破斷力測定方法國際標準ISO 3108：2017的修定過程及技術改進[J]. 理化檢驗（物理分冊）， 2018.

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

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

作者簡介：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：產品檢測檢驗