多股鋼索的製作方法
2023-10-18 04:55:09
專利名稱：多股鋼索的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有一個中心股和可達9根圍繞中心股的外圍股的鋼索，每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲，這樣的鋼索通常被稱作多股鋼索。
多股鋼索可以用作加強橡膠產品，例如傳送帶和不在公路上行駛的重型輪胎。這種多股鋼索也可以用來在礦井或起重機上應用的起重索或鋼絲繩。所以，在下文中名詞「鋼索」、「鋼繩」和「鋼纜」沒有什麼區別。
多股鋼索由適當的可以獲得高致斷負載線材成分的高碳鋼絲組成，鋼絲可以具有抗腐蝕鍍層，例如鋅或鋅合金，或者具有可粘附橡膠的鍍層，例如銅合金。
多股鋼索必須具有耐久的抗腐蝕性，目的在於增加它的使用壽命，通過設置適合的鍍層例如鋅，不但可以避免腐蝕鋼索，而且通過獨特的結構性能使鋼索中單根鋼絲之間充滿橡膠。通過設置在單根鋼絲之間的自由空間能達到橡膠的滲透。但是，為了加強輕輪胎和載重輪胎，多股鋼索的情況並不像單股鋼索那樣簡單。多股鋼索的標準實例是7×10結構，這種鋼索有133根鋼絲。保護每根鋼絲免遭腐蝕，意思是應該用橡膠層包裹每根鋼絲，甚至中心股的中心鋼絲。因此，在相鄰鋼絲之間應設置相對大的空間。但是，在灌封橡膠期間，當在鋼絲之間設置大的空間時，各股組裝鋼索和/或鋼索結構本身的緊密和規則的幾何圖形變得鬆散。因此，鋼索沿其長度方向不再能提供均勻一致的加強效果。此外，它總是要求以可能的最小量的加強材料來獲得一定的加強效果。這意味著為預定的致斷負載，鋼索的截面積應儘可能地小，其意思是按給定的鋼索截面，應儘可能小地選擇每根鋼索的外徑。顯然，這個要求違背上述的在鋼索中相鄰鋼絲之間設置相對大的空間的目的。
本發明的目的是提供具有足夠的橡膠滲透和具有最大增強度的多股鋼索。
根據本發明的第一個方面和第一個實例，提供具有直徑D和包括一個中心股以及在中心股周圍多達6個外圍股的鋼索。中心股具有直徑D1和外圍股具有直徑D2。
中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於1.05，最好小於1.30。如果D1/D2小於1.05，那麼能穿過外圍股至中心股的橡膠的數量不足，如果D1/D2大於1.30，那麼沿鋼索縱長方向獲得不太均勻的截面。
每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲。每層的所有鋼絲具有基本相同的直徑。在每層中鋼絲直徑最好小於同股的中心鋼絲的總直徑。在徑向外層中鋼絲的直徑最好也小於同股的徑向內層中鋼絲的直徑。
徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角。在本發明範圍內，層扭絞角定義如下假設d1是中心鋼絲的(總)直徑，d2是直接圍繞中心鋼絲的徑向內層鋼絲的直徑，以及d3是圍繞徑向內層的第二層鋼絲(即徑向外層)的直徑。
LL2是徑向內層的絞矩長度，LL3是徑向外層的絞矩長度。
徑向內層的扭絞角定義為a2＝arctg〔(d1+d2)×π/LL2〕×180/π第二層的扭絞角定義為a3＝arctg〔(d1+d2+d3)×π/LL3〕×180/π在圍繞中心結構多於兩層的情況下，可以用同樣的公式求出第三層的扭絞角，或許能求出第四層的扭絞角。
在一層與緊接著一層(緊接的徑向內層)之間扭絞角的差值最好是在緊接著一層的扭絞角的1.5%和20%之間的範圍內。這一扭絞角的差值達到緊接著一層的扭絞角的10%更好。這樣配置的扭絞角所產生的優點是在緊接著的徑向外層的鋼絲不會傾向於進入設置在緊接著徑向內層表面處的間隙的螺旋狀表面。所以，也就不會阻塞間隙和阻止橡膠滲入。另外，扭絞角的這種設置也有助於各層在外形上幾乎呈完美的圓柱形的形狀。在徑向內層中使用較大的扭絞角也能補償與徑向外層的鋼絲相比較，固有的較短的徑向內層的鋼絲長度。這意味著在鋼索的總截面中扭絞角的這種設置有助於負截力在所有鋼絲上的規則分布。
為了能使橡膠滲入到中心鋼絲，至少在中心股的徑向最內層的每對鋼絲之間設置在0.0015×D到0.0075×D範圍內，但最好在0.002×D到0.007×D範圍內的第一自由空間。這個第一自由空間的適當的絕對值在0.010毫米到0.075毫米之間。如果第一自由空間具有的值低於上述範圍，那麼橡膠滲入不足的可能性很大;如果第一自由空間具有的值超過上述範圍，那麼對於相同的預定致斷負載來說，鋼索將佔據過大的體積。
大於第一自由空間的第二自由空間至少在中心股中圍繞徑向最內層的各層的每對鋼絲之間設置，最好在0.003×D到0.015×D之間，但更好在0.004×D到0.012×D之間。這個第二自由空間適當的絕對值在0.030毫米到0.0150毫米之間。第二自由空間必須大於第一自由空間，這是因為第二自由空間不僅必須能使橡膠滲入到圍繞徑向最內層的各層，而且要滲入到徑向最內層和中心鋼絲。如果第二自由空間具有的值低於上述範圍，那麼，橡膠滲入不足的可能性很大;如果第二自由空間具有的值超過上述範圍，那麼對於相同的預定致斷負載來說鋼索將佔據過大的體積。
外圍股最好具有在90%到105%範圍內的預成形比率，例如在93%到100%之間變化，97%的預成形比率是最佳值。
按如下所述能測定外圍股的預成形比率。精確地選取並測定裝配好的鋼索的預定長度(例如500毫米)然後不引起塑性變形地從鋼索中解開外圍股。可按下式求出預成形比率預成形比率＝ (鋼索的長度)/(解開的股的長度) ×100%中心股的所有的各層最好按第一方向扭絞，外圍股最好圍繞中心股按該第一方向扭絞，而外圍股的各層按該第一方向的相反方向扭絞。這樣做是為了促進穩定的扭力平衡。
根據本發明的多股鋼索可以具有下述中心結構(1)單根中心鋼絲，(2)圍繞一根不一定有助於總鋼索的最終強度的細直的輔助鋼絲扭絞的三根鋼絲，(3)具有大於上面覆蓋層扭絞角的扭絞角扭絞的2到7根鋼絲。
鋼索的直徑在3到20毫米範圍內，例如在6到15毫米範圍內。鋼絲的直徑在0.15到1.20毫米範圍內。
如果粘附橡膠是主要因素，鋼絲可以具備銅合金鍍層，如果抗腐蝕是主要因素，鋼絲可以具備鋅或鋅合金鍍層。
下面描述本發明第一方面的其它實施例達到5條外圍股可具有至少0.07，但最大0.92的直徑D1/D2的比率。
在根據本發明的鋼索中心達到7條外圍股可以具有至少1.39，但最大1.69的直徑D1/D2的比率。
達到8條外圍股可具有至少1.73，但最大2.10的直徑D1/D2的比率。
達到9條外圍股可具有至少2.07，但最大2.45的直徑D1/D2的比率。
根據本發明的第二方面，提供的橡膠產品包括至少一條根據本發明第一方面的多股鋼絲。橡膠滲入到中心股的中心股鋼絲並最好封裹全部中心股的中心鋼絲。因此獲得被橡膠圍著整個鋼索的所有單根鋼絲的鋼索。
橡膠產品可以是傳送帶或不在公路上行駛的輪胎。
然而，根據本發明特有的方面，橡膠產品具有基本呈圓截面形的細長件，並只包括一條多股鋼索。所使用橡膠的種類依實際應用而定。橡膠化合物可以是耐火的聚氯丁烯橡膠，也可以為耐油脂的丁腈橡膠或有相當耐強度降低性質和低摩擦的EPDM橡膠。
現在將參照附圖更詳細地說明本發明。附圖如下
圖1顯示根據本發明的多股鋼索的示意斷面圖。
圖2是顯示包括多股鋼索的橡膠產品的示意斷面圖。
圖3說明硫化多股鋼索的過程。
圖4是描述不同鋼索結構的橡膠滲入的曲線圖。
圖5顯示對鋼索或鋼帶進行動態試驗的試驗結構。
參看圖1，根據本發明的多股鋼索10包括中心股12以及圍繞中心股12的6個外圍股14。
中心股12包括由徑向內層的6根鋼絲18和徑向外層的12根鋼絲20圍繞著的中心鋼絲16。中心鋼絲16的直徑大於鋼絲18的直徑，鋼絲18的直徑大於鋼絲20的直徑。
各外圍股14包括由徑向內層的6根鋼絲24和徑向外層的12根鋼絲26圍繞著的中心鋼絲22。中心鋼絲22的直徑大於鋼絲24的直徑，鋼絲24的直徑大於鋼絲26的直徑。
這樣就獲得所謂7×19的多股鋼索。
在中心股12的徑向內層的相鄰鋼絲18之間設置第一自由空間28，這樣，在外圍股14的相鄰鋼絲24之間也設置第一自由空間32。
在中心股12的徑向外層的相鄰鋼絲20之間設置第二自由空間30;這樣，在外圍股14的徑向外層的相鄰鋼絲26之間也設置第二自由空間34。
根據下述大家已知的工序步驟可以製造多股鋼索。
-普通的拉絲工序，如果需要，可結合適當次數的中間韌化處理步驟;
-普通的電鍍工序;
-普通的扭絞工序，例如，首先通過扭絞各個單股，然後，接著把各股扭絞成鋼索，這種扭絞可以利用普通管式扭絞機或利用大家已知的雙絞機進行。在剛扭絞之前，在拉力下通過使外圍股承受扭曲操作，可以獲得外圍股的預成形度。
依靠線材的選擇和應用熱機處理的選擇，不同鋼索的鋼絲能獲得不同強度的抗拉強度。但是，通常可以說，具有相同直徑且在鋼索中佔有相似位置的所有鋼絲具有大約相同的抗拉強度。
圖2顯示包括如前面所述的多股鋼索10的細長的橡膠產品的截面。橡膠36滲入到所有鋼絲，甚至滲入到中心股12的中心鋼絲16。橡膠36的薄層覆蓋鋼索10截面的周圍，以便獲得具有圓形截面的細長件。
正如圖2所表示的，幾乎在所有單根鋼絲周圍設置的空間能讓橡膠36幾乎封裹所有單根鋼絲。實際上，這意味著隔絕了鋼絲與鋼絲之間的接觸。換句話說，大大地減少了鋼絲之間的相互的磨損，增強合成橡膠鋼索的抗疲勞強度。這將通過下面的實例來說明。
如圖2中顯示的橡膠封裹的鋼索能用作礦井或起重機的起重索，特別是在需要高抗腐蝕和高抗疲勞強度的那些場合中應用。
在圖3中說明通過硫化過程能製造圖2的細長的用橡膠封裹的鋼索。包括下件38和上件40的鑄模使形成細長圓形件。設置間隙41作為橡膠的通道。為了避免上件40接觸下件38並產生規定的壓力，應在下件38和上件40之間設置間隙42。在至少30kg/cm2的壓力下，溫度在攝氏140°與160°之間橡膠與鋼索10相接觸。
實例1根據本發明製成的7×19鋼索10如下鋼索直徑D是9.83毫米中心股120.85毫米(中心鋼絲16)(右捻)+6×0.75毫米(鋼絲18)，扭絞角16.47°
+12×0.69毫米(鋼絲20)，扭絞角16.14°六個外圍股140.69毫米(鋼絲22)(左捻)+6×0.61毫米(鋼絲24)，扭絞角11°+12×0.57毫米(鋼絲26)，扭絞角10.5°鋼索扭絞角17.88°，即絞矩長度66毫米，右捻中心股12的第一自由空間28總計達0.0259毫米，中心股的第二自由空間30總計達0.0706毫米，比率D1/D2是1.222。每米鋼索的重量是323.8克和裝填比例，即鋼索截面的表面對周圓表面的比率相當於54.4%已經對本發明的這種7×19鋼索和不具有權利要求1所述的全部特性的標準鋼索進行過比較。標準鋼索的特性如下鋼索直徑D是10.03毫米中心股120.87毫米(右捻)+6×0.74毫米，扭絞角17.54°+12×0.71毫米，扭絞角21.82°6個外圍股140.71毫米(左捻)+6×0.63毫米，扭絞角13.9°+12×0.58毫米，扭絞角14.95°鋼索絞矩長度63毫米，右捻。
在中心股的第一自由空間總計達0.038毫米，中心股的第二自由空間部計達0.0308毫米。比率D1/D2是1.204，每米鋼索的重量是345.2克以及裝填比例相當於52.8%。
本發明的鋼索儘管具有較大的裝填比例，比標準鋼索呈現更好的橡膠滲入，正如圖4所說明的，在下文中將詳述。
在申請人的比利時專利第1000126(A6)號中已經敘述了測定橡膠滲入的一種方法和裝置。用這種方法和裝置獲得的測定結果如圖4所示。
由曲線44表示本發明的鋼索10的作為時間的函數的壓降，實際上，兩種不同橡膠化合物的壓降是零。這意味著在鋼絲之間的空間完全被橡膠充滿。
與此截然相反，標準鋼索的壓降是不可忽視的，如第一種橡膠化合物由曲線46所示，而第二種橡膠化合物由曲線48顯示得更加清楚。這表明空氣能通過的整個鋼絲之間的螺旋狀空隙的空腔存在，因此產生顯著的壓降。當切斷鋼索露出傳動帶截面後，用肉眼檢驗橡膠滲入情況時，就可以證實上述結果。捻開本發明的鋼索和標準鋼索的各股，接著也捻開每股的鋼絲，用目檢查本發明的鋼索能觀察到橡膠覆蓋度很大，甚至中央鋼絲16和22的覆蓋度也很大，而標準鋼索的情況不是這樣。
實例2製造本發明的鋼索如下鋼索直徑D是3.20毫米中心股120.29毫米(中心鋼絲16)
(右捻)+6×0.29毫米(中心鋼絲16)。
+12×0.24毫米(鋼絲20)，絞矩長度12毫米6個外圍股140.24毫米(鋼絲22)(左捻)+6×0.21毫米(鋼絲24)，絞矩長度7.5毫米+12×0.20毫米(鋼絲26)，絞矩長度15毫米鋼索絞矩長度23毫米，右捻現在，裸露的(即沒有被橡膠封裹的)本發明的鋼索10和被橡膠封裹後的鋼索，即硫化成圓形細長件37進行圖5中所示的稱作動態RPK試驗的檢驗。鋼索10或圓形件37環繞著傳動滾筒50、兩個固定的導向滾輪52和滾輪54形成一封閉圈。傳動滾筒50以每分鐘改變120次的頻率連續不斷地改變它的旋轉方向。1000N的重物56附加在滾輪54上。測定在斷裂之前周期的數目。
在第一根鋼絲斷裂前測定裸露的本發明鋼索為80000周期，而在鋼索10完全斷裂前測定為355000周期。
對於圓形細長件，測定2000000周期未觀察到鋼絲斷裂，也未觀察到在殘留致斷負載下的壓降。
這種試驗進一步證實以上敘述，橡膠幾乎沿鋼索的整個長度封裹各單根鋼絲，避免鋼絲與鋼絲之間的接觸，大大減少鋼絲之間的磨損的程度，結果增加了抗疲勞強度。
權利要求
1.一種鋼索，其直徑為D並包括中心股和多達6條圍繞中心股的外圍股，中心股直徑為D1，外圍股直徑為D2，中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於1.05，每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲，每層的所有鋼絲具有基本相同的直徑，徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角，至少在中心股中，在徑向最內層的每對鋼絲之間設置介於0.0015×D至0.0075×D的第一自由空間。
2.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於外圍股具有介於90%到105%的預成形比率。
3.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2小於1.30。
4.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於第一自由空間介於0.002×D到0.007×D之間。
5.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於大於所述第一自由空間的第二自由空間至少在中心股中在圍繞徑向最內層的各層的每對鋼絲之間設置。
6.根據權利要求5所述的鋼索，其特徵在於第二自由空間在0.003×D到0.015×D之間，最好在0.004×D到0.012×D之間。
7.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於第一自由空間在0.010毫米到0.075毫米之間。
8.根據權利要求5所述的鋼索，其特徵在於第二自由空間在0.030毫米到0.150毫米之間。
9.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於徑向外層和徑向內層扭絞角的差值在徑向內層扭絞角的1.5%和20%之間。
10.根據權利要求9所述的鋼索，其特徵在於徑向外層和徑向內層扭絞角的差值達到徑內層扭絞角的10%。
11.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於中心股的各層以第一方向扭絞，各外圍股圍繞中心股以所述第一方向扭絞，而外圍股各層以所述第一方向的相反方向扭絞。
12.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於中心鋼絲的數目是一根。
13.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於中心鋼絲包括圍繞一根直的輔助鋼絲的三股扭絞的鋼絲。
14.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於至少在中心股的中心鋼絲包括2到7根鋼絲，其扭絞角大於上面的覆層的扭絞角。
15.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於鋼索的直徑D在3至20毫米範圍內。
16.根據權利要求15所述的鋼索，其特徵在於鋼索的直徑D在6到15毫米範圍內。
17.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於鋼絲的直徑在0.15毫米到1.20毫米之間。
18.根據權利要求1所述的鋼索，其特徵在於鋼絲具有鋅或鋅合金鍍層。
19.一種鋼索，其直徑為D且包括中心股和多達5條圍繞中心股的外圍股，中心股的直徑為D1，外圍股的直徑為D2，中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於0.70，每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾鋼絲每層的所有鋼絲具有基本相同的直徑，在每層中鋼絲直徑小於同股中心鋼絲的總直徑，徑向外層鋼絲的直徑小於同股徑向內層鋼絲的直徑，徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角，至少在中心股中在徑向最內層的每對鋼絲之間設置介於0.0015×D和0.0075×D的第一自由空間。
20.一種鋼索，其直徑為D且包括中心股和多達7條圍繞中心股的外圍股，中心股的直徑為D1，外圍股的直徑為D2，中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於1.39，每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲，每層的所有鋼絲具有基本相同的直徑，徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角，至少在中心股中在徑向最內層的每對鋼絲之間設置介於0.0015×D和0.0075×D的第一自由空間。
21.一種鋼索，其直徑為D且包括中心股和達8條圍繞中心股的外圍股，中心股的直徑為D1，外圍股的直徑為D2，中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於1.73，每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲，每層的所有鋼絲具有基本相同的直徑，徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角，至少在中心股中在徑向最內層的每對鋼絲之間設置介於0..0015×D和0.0075×D的第一自由空間。
22.一種鋼索，其直徑為D且包括中心股和多達9條圍繞中心股的外圍股，中心股的直徑為D1，外圍股的直徑為D2，中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於2.07，每股包括一根或幾根中心鋼絲以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲，每層的所有鋼絲具有基本相同的直徑，徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角，至少在中心股中在徑向最內層的每對鋼絲之間設置介於0.0015×D和0.0075×D的第一自由空間。
23.一種橡膠產品，具有至少一條如前面所述的權利要求之一所述的鋼索。
24.根據權利要求23所述的橡膠產品，其特徵在於橡膠滲透至中心股的中心鋼絲。
25.根據權利要求23所述的橡膠產品，其特徵在於橡膠封裹中心股的所有中心鋼絲。
26.根據權利要求23或24所述的橡膠產品，其特徵在於所述橡膠產品是傳送帶。
27.根據權利要求23或24所述的橡膠產品，其特徵在於，鋼索的數目是一條，並且橡膠產品是具有圓形截面的細長件。
28.根據權利要求26所述的橡膠產品，其特徵在於，橡膠是聚氯丁烯橡膠。
29.根據權利要求26所述的橡膠產品，其特徵在於橡膠是丁腈橡膠。
30.根據權利要求26所述的橡膠產品，其特徵在於橡膠是EPDM橡膠。
全文摘要
一種鋼索(10)具有直徑D並包括中心股(12)和最多可達9條圍繞中心股的外圍股(14)，中心股(12)具有直徑D1，外圍股(14)具有直徑D2，為使橡膠滲入，中心股直徑與外圍股直徑的比率D1/D2大於預定值，每股包括一根或幾根中心鋼絲(16、22)，以及圍繞中心鋼絲的兩層或幾層鋼絲(18、20、24、26)，徑向外層的扭絞角小於同股徑向內層的扭絞角，至少在中心股中徑向最內層的每對鋼絲之間設置介於0.0015×D和0.0075×D的第一自由空間(28)。
文檔編號B60C9/00GK1091791SQ9311283
公開日1994年9月7日 申請日期1993年12月17日 優先權日1992年12月18日
發明者波爾·布魯因埃爾, 盧斯·布古艾斯 申請人:貝克特股份有限公司