矿用钢丝绳检测中钢丝矫直对破断力的影响研究

李沅羲

（唐山冀东矿业安全检测检验有限公司 河北唐山 063000）

矿用钢丝绳在煤矿安全生产中发挥着关键作用，其质量是否达标、应用方法是否正确会对生产安全及相关人员的人身安全造成直接影响。因此，要采取正确的方式来检测矿用钢丝绳，需要对矿用钢丝绳矫直与否对破断力直接造成的影响进行分析，完成对钢丝绳安全性的研究。

1 检测矿用钢丝绳现状与研究的意义

矿山企业中的钢丝绳主要应用在立井提升、悬挂吊盘、斜井提升、运输工作人员等多个方面。矿用钢丝绳作为矿井中的一项重要部件，其性能和质量会对生产人员及生产作业安全造成直接的影响。同时，受作业环境、人员操作等多项因素影响，矿用钢丝绳是整个提升设备中最终容易遭受破坏的一项部件，其寿命长度对生产工作及企业经济效益造成直接影响，如果钢丝绳出现断裂问题，将会引发事故，可见，要加强对矿用钢丝绳检测的探究。总而言之，对检测方法及相关内容的探究和分析意义重大。通过对多年来矿山企业检测钢丝绳工作的相关经验进行总结，以及企业反馈的各项信息来看，检测矿用钢丝绳现状如下。

对于立井提升中摩擦式钢丝绳、悬挂吊盘用钢丝绳及倾斜架空乘人装置检测，缺少合理监督措施和检测方法，这都会对最终等级检测结果造成不良影响，无法获取到精准检测结果。

送入到试验室内的待检测钢丝绳样品代表性差，这可能会导致最终检测结果无法准确反映钢丝绳质量。

需要制定一套合理的检测方法，将其应用到检测矿用钢丝绳中，对于钢丝绳报废前的过程进行全方位检测。

为了提高检测结果的精准性，需要对检测结构进行探讨，做好相应分析工作。而对矿用钢丝绳检测来说，检测前是否进行钢丝矫直处理是影响检测工作开展及检测最终结果的一项重要内容，因此，需要加强对这一内容的探讨。

2 影响矿用钢丝绳寿命的各项因素

矿用钢丝绳寿命会受到不同因素影响，具体如下。

2.1 生产工艺

生产工艺是影响矿用钢丝绳寿命长度的一项重要因素。通过对钢丝绳的具体结构进行分析，可以发现，其是由绳芯和绳股共同构成的，其中，绳股是构成钢丝绳的一项重要部分，除了单股钢丝外，还有不少于4股绳股。矿用提升钢丝绳常见的绳股主要有6 股、8 股、18 股等几种形式。钢丝绳中的绳芯主要有纤维绳芯和金属绳芯两种类型。绳股钢丝与生产作业中采用的捻制工艺会直接影响钢丝绳的最终质量，但是从实际使用的情况来看，钢丝通常是采用高质量的钢锭，采取热轧方式，制作成直径相对较细的圆钢，然后通过多次冷拔后，将其制作直径不同的钢丝。在具体生产过程中，若钢丝和捻制工艺无法达到预期，势必会对制造的钢丝绳质量造成直接影响，导致其无法满足应用需求，在具体应用时可能会发生突然断裂现象，这不但会对生产作业造成不良影响，而且会造成经济损失，甚至会引起人员伤亡，危害巨大。

2.2 应用因素

将钢丝绳投入使用后，各种不同类型的损伤是破坏钢丝绳性能、缩短其应用寿命的关键影响因素，而机械损伤也是钢丝绳的主要损伤类型，通过对大量钢丝绳出现的问题进行分析，可以发现，其中较为常见的形式如下。

第一，矿用钢丝绳发生断丝而缩短其寿命，对其应用造成不良影响。对于矿用钢丝绳来说，主要有制造断丝和使用断丝两种不同类型。制造断丝的出现就是由于在进行捻制时，采用的捻制工艺不合理及钢丝存在中断情况造成的；使用断丝指的是矿用钢丝绳在长期应用期间，绳轮上及卷筒上钢丝绳发生多次弯曲，这会导致钢丝绳发生严重疲劳现象，会降低钢丝绳在具体应用时的韧性，最终在应用期间会发生断丝问题。从大量的矿用钢丝应用情况来看，除了疲劳丝之外，还包括锈蚀断丝、损伤断丝、拉断断丝等情况，其中，拉断断丝与矿用钢丝自身性能有着直接影响，断丝会大幅度缩短矿用钢丝寿命。

第二，磨损缩短钢丝绳寿命。磨损主要分为内部磨损和外部磨损。内部磨损集中在矿用钢丝绳在具体应用时压力集中一侧，钢丝绳内部钢丝间会产生作用力，这将会导致丝与丝、股与股间产生的作用力不断改变，钢丝绳内部将会发生严重磨损，如果应力集中或应用过于频繁，或遭受到的瞬间冲击力，将会导致内部出现断丝现象，会大幅度缩短钢丝绳寿命。外部磨损指的是钢丝绳在应用期间，其表面会与卷筒、绳轮、托辊表面发生摩擦，而这一摩擦现象是长期存在的，随着时间的推移，钢丝绳经磨损会不断变细，情况严重时会出现断丝，最终降低整个钢丝绳的破断拉力。

第三，过载是缩短矿用钢丝绳寿命的一项重要因素。钢丝绳在长期应用期间会发生局部磨损和微量缩颈现象，若荷载超出了钢丝绳塑性变形极限值，可能会出现整绳断裂或断丝现象。但是，钢丝绳在时间应用过程中都处于运动状态，钢丝绳不仅需要承受自重、载重之外，还要关注冲击和加速度而引起的荷载及由于摩擦而引起的附加荷载，各种荷载相互叠加，将会导致钢丝绳在应用时发生过载现象。

2.3 锈蚀因素

矿用钢丝绳的应用环境相对恶劣，经常会遭受巷道酸碱性、气体腐蚀等各项因素影响，钢丝绳表层会遭受化学腐蚀，会出现麻坑、黑皮等各种不良现象。含有酸碱性的气体或淋水，一方面会冲刷钢丝内部和表面防腐油脂，另一方面还会腐蚀钢丝绳内芯，导致钢丝绳出现严重锈蚀。长时间锈蚀会大幅度降低钢丝强度，这一腐蚀会超出钢丝绳正常疲劳和腐蚀对于钢丝绳造成的影响。

3 检测钢丝绳破断力的方法

3.1 浇铸法

采用熔融金属浇铸试样散头，然后冷却到常温，将钢丝夹持在试验机钳口座内，开展拉伸试验。该方法主要适合应用在绳径大于6mm的钢丝绳的检测中。

3.2 套压法

通过套管将试样头压紧，然后采用试验机钳口进行夹持，开展拉伸试验。该方法适合应用在检测金属芯类钢丝绳的破断力，如果在实际检测中检测的为纤维芯钢丝绳，若采取套压法开展相应的检测工作，为了确保最终检测结果准确，应当将套压处的纤维芯去除，采用同股径钢芯对该段进行填充处理，然后再进行套压。

3.3 缠绕法

通过卷轮进行应用开展检测试验，检测人员将试样直接缠绕在卷轮上，然后通过试验。该方法主要适合应用在绳径小于30mm 的钢丝绳的检测中，而直径超过30mm的钢丝绳最好采取浇铸法进行检测。

3.4 直接夹持法

将试样直接夹持在试验机钳上开展检测。

4 检测试验结果对比分析

4.1 矿用钢丝矫直概况

在检测钢丝前，检测机构需要矫直矿用钢丝。在具体矫直时，不得采用钢铁器，可以采用硬质塑料、木头、铜锤等进行，这样做的核心目的就是避免钢丝由于矫直而导致其遭受损伤，影响检测结果。检测部门将需要检测的钢丝送到制样间后，要依据的相关产品的具体标准及采用的试验方法，利用切样机将待检测钢丝切割为符合实际长度的钢丝样本。由于散开的钢丝将会成螺旋状，在这一情况下，无法直接开展检测工作，因此，开展检测作业时，要进行矫直后才能开展后续检测作业。从目前整个行业的发展情况来看，许多钢丝绳生产厂家及检测机构都要对钢丝绳进行矫直处理。具体检测工作主要运用人工方式，即人工利用木棰或铜棒对钢丝进行加矫直，基于此，也出现了部分钢丝矫直器，但是从实际情况来看，矫直机器自由度和灵活度都较小，而且作业效率、费电耗材等方面与人工方法相比存在较大差距，可实施性较低，难以达到预期。因此，为了完成相应分析工作，采用人工矫直钢丝对比试验方法进行探讨。

4.2 对比试验结果

4.2.1 试验方法分析

对钢丝绳进行拆股处理，拆散的每股每丝，相关工作人员通过对硬质塑料墩和铜锤进行矫直处理，矫直一半，同时，利用切丝器将丝样从弯直部分处切断，将未矫直螺旋丝与矫直钢丝进行逐一备份，严格依据拉力试验操作规范要求的拉力试验机开展相应试验工作，同时，要对通过试验获取到的各项数据内容进行全面统计，通过对比完成后续分析工作。

4.2.2 试验结果

一共分析了20组钢丝绳，矫直前后钢丝破断拉力情况如表1所示。

表1 矫直前后钢丝破断拉力情况

通过表1 中的数据可以看出，对于同一根钢丝来说，未矫直钢丝破断拉力与矫直后的钢丝进行对比并不大；对于同一外观没有出现缺陷的钢丝破断拉力来说，钢丝的断拉力是相等的，但是力值会出现不均匀的改变。

4.2.3 分析试验结果

通过对未矫试验钢丝破断后的采样进行分析，可以发现，部分钢丝在中间部位出现了随机断裂现象，而另一部分断裂集中在钳口处。具体分析内容如下。

第一，钳口断裂钢丝。矫直时，不得对钢丝表面造成损伤。在对钢丝进行矫直处理时，要采取应当远小于钢丝硬度的材质开展，确保经过矫直处理后的钢丝表面不会遭受到损伤。例如，采用LJ-5000 破断拉力试验机开展试验作业，在具体处理时，因为待处理的钢丝位于钳口夹持拉伸阶段处于弯曲状态，钳口夹板会导致弯曲部分钢丝夹持两端自受力上会出现受力不均匀现象，一面为线受力，另一面则为点受力，这一项会导致钢丝外表面遭受到轻微损伤，这会导致未经过矫直垂直的钢丝在钳口处发生破断。由此可见，未经过矫直处理的钢丝破断力与矫直处理的钢丝相比，夹持平面的受力会小于钢丝破断拉力。

第二，分析中间出现随机断裂的钢丝。通过对钢丝钳口产生的切应力损伤进行分析，可以发现，其已经不是主要原因，造成这一现象的主要原因是螺旋状夹持器夹持拉伸后，在钢丝绳表面将会发生拧旋，这会导致钢丝表面由于受力的不均而发生断裂问题，并非垂直钢竖直方向重力，而是通过拧旋斜向力中竖直方向风力被拉力机进行准确显示。通过对大量的试验内容进行分析，可以发现，采取的人工方式对钢丝进行矫直处理时，在具体处理时，受操作人员操作情况、试验环境等各项内容影响，会发生直接矫直拧旋现象。但是，从实际情况来看，采取人工方式矫直处理后的钢丝会转变为直条状，而拧旋水平方向的力矩与弯曲钢丝直接拉直拧旋形成的水平方向的力矩相比，前者要小很多。

5 结语

开展矿用钢丝绳检测试验期间，通过对比未矫直和矫直的钢丝破断力试验获取到的数据，获取到了影响钢丝破断力值的因素主要有钳口夹持对于钢丝表面造成的损伤及直接拉直断裂形成的拧旋水平力，受这两项因素影响，将会导致未经过矫直处理的钢丝测得破断力值小于采取正确矫直的钢丝，这会对真实破断力试验结果造成不良影响。采取正确方式对钢丝进行矫直处理，经过处理后的钢丝性能发生的变化微乎其微，通过试验获取到数据能够反映钢丝的性能。