Page 80 - 《摩擦学学报》2020年第6期

第 6 期 王大刚, 等: 定、变载弯曲疲劳钢丝绳失效机理对比研究 763

提升钢丝绳连接着提升机和提升容器，担负着运 1 钢丝绳弯曲疲劳试验装置
输煤炭、生产设备和煤矿工作人员的任务 . 作为提升
[1]
依据GB/T5972–2006研制了1台钢丝绳弯曲疲劳
机关键承载和传动部件，提升钢丝绳承载强度和服役
试验机，其实物图和原理图分别见图1(a)和图1(b). 由
寿命直接决定提升安全性和传动可靠性. 在提升循环
图1可知，钢丝绳弯曲缠绕于主动轮6和从动轮3-1、
[2]
中，钢丝绳承受循环静张力和时变动张力 ，即定载、
3-2、3-3，电动缸4往复伸缩推动从动轮3-2实现钢丝绳
变载弯曲疲劳，均导致钢丝绳(钢丝和股捻成的螺旋
交变载荷的施加(电动缸位置不变实现钢丝绳的恒定
结构)断丝和磨损现象，造成钢丝绳横截面积和承载
预张力)，通过变频器控制变频电机7的转速，变频电
强度均降低. 然而，定载、变载弯曲疲劳导致差异的钢
机7带动主动轮6转动，当钢丝绳运行至指定位置时接
丝绳断裂机理和磨损演化特性，故开展定载、变载弯
近开关5给变频电机7发出反转信号，进而实现钢丝绳
曲疲劳钢丝绳失效机理对比研究，对提升钢丝绳服役
往复弯曲疲劳，主动轮正反转次数通过控制柜1上计
寿命预测具有重要理论意义.
在定载弯曲疲劳钢丝绳失效机理方面，贾小凡等 [3] 数器2进行计数. 当钢丝绳绕经(绕入和绕出)1个从动
和Zhang等 [4-5] 研究了预张力、滑轮材料、预制断丝分布 轮时，经历了2次弯-直(或直-弯)变化，因此记弯曲疲
对钢丝绳损伤量值、外部断丝数和弯曲疲劳寿命的影 劳次数为2次，故主动轮正反转1次，同一根钢丝绳区
[6]
响规律；胡吉全和胡正权 考察了弯曲应力对钢丝绳 段1~6(长度见表1)对应的弯曲疲劳次数分别为2、4、6、
[7]
疲劳寿命的影响；尹涛等 考察了弯曲疲劳钢丝绳钢 8、10和12次. 钢丝绳沿试验机长度方向对称布置，
丝强韧性和显微硬度；殷觊恺等 研究了轮/绳直径比 R 区和R 区钢丝绳均各有区段1~5，仅R 区有区段6.
[8]
1
2
1
和绳端张力对钢丝绳弯曲应力和寿命的影响规律； 弯曲疲劳试验机参数列于表1中.
Chen等 分析了弯曲疲劳钢丝绳内部钢丝摩擦磨损特
[9]
2 试验参数与测试方法
[10]
性；Argatov等 探讨了轮/绳直径比对钢丝绳接触参
[11]
数的影响规律；Onur等 分析了滑轮尺寸和预张力对 选用6×19W+IWS钢丝绳，具体结构参见图2，结
钢丝绳弯曲疲劳寿命的影响规律. 针对钢丝绳变载弯 构参数列于表2中. 依据文献[3, 13]，选择钢丝绳弯曲
[12]
曲疲劳方面，Zhang等 研究了变载弯曲疲劳钢丝绳 疲劳试验参数(见表3)，对比恒定张力和变张力对钢丝
断丝数和钢丝磨损深度特性. 然而，定载、变载弯曲疲 绳弯曲疲劳损伤的影响规律. 通过人工拆股统计钢丝
劳作用下钢丝绳断裂机理(断丝数演化、断口形貌)和 绳断丝数和断丝位置，运用VW-9000系列高速度数码
磨损演化特性(未断、断裂钢丝磨痕)对比性研究尚未 显微系统观察钢丝绳、绳股表面磨痕和断丝形貌以及
见报道. 钢丝断口和磨痕形貌.

3-1 R 2 region
4 5
3-2
3
920 F 3 790 ω
6 940
2 R 1 region
1 7
3-3 6 5 4 3 2 1 Straight-line
segment
(a) Test apparatus (b) Schematic diagram

Fig. 1 Bending fatigue test apparatus of wire rope
图 1 钢丝绳弯曲疲劳试验机

表 1 弯曲疲劳试验机参数及各区段钢丝绳长度
Table 1 Parameters of bending fatigue test apparatus and rope lengths at different segments

Positive and negative rotation Material of driving and Driven pulley Driving pulley Maximum thrust of Lengths of steel wire rope in each segment
period of driving pulley driven pulleys diameter diameter electric cylinder Seg. 1 Seg. 2 Seg.3 Seg.4 Seg.5 Seg.6
30 s Cast steel 284 mm 694 mm 20 kN 43 cm 104 cm 35 cm 100 cm 40 cm 13 cm