所謂鋼絲繩，就是由多根或多股細(xì)鋼絲捻合制成的繩索，是工程中應(yīng)用廣泛的一種撓性構(gòu)件，具有強(qiáng)度高、自重輕、彈性好、工作平穩(wěn)可靠、承受動(dòng)載和過(guò)載能力強(qiáng)以及在高速工作條件下運(yùn)行和卷繞無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、礦產(chǎn)、冶金、交通、旅游等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各主要行業(yè)和部門得到廣泛應(yīng)用。人們一直在探索檢測(cè)鋼絲繩的各種試驗(yàn)方法，努力控制鋼絲繩的性能。本文重點(diǎn)介紹了鋼絲繩的破斷拉伸試驗(yàn)方法及鋼絲繩臥式拉力試驗(yàn)機(jī)的研制過(guò)程。

2 鋼絲繩破斷拉伸試驗(yàn)方法

（1）澆鑄法

   將試樣散頭用熔融金屬澆鑄，冷卻到常溫后，夾持在試驗(yàn)機(jī)鉗口座內(nèi)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的方法，適用于繩徑大于６ｍｍ或絲徑大于０.５ｍｍ的鋼絲繩。

（2）套壓法

將試樣頭用套管壓緊，再夾持在試驗(yàn)機(jī)鉗口內(nèi)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的方法，適用于金屬芯類鋼絲繩的破斷拉伸。對(duì)于纖維芯鋼絲繩，若用套壓法，在套壓處先去掉纖維芯，并以同股徑的鋼芯充實(shí)此段，再套壓。

（3）纏繞法

將試樣直接纏繞在卷輪上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的方法，適用于繩徑小于３０ｍｍ的鋼絲繩，對(duì)于直徑大于３０ｍｍ的鋼絲繩，建議采用澆鑄法。

（4）直接夾持法

將試樣直接夾持在試驗(yàn)機(jī)鉗口內(nèi)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的方法，zui適用于１×３、１×７、１×１９等結(jié)構(gòu)鋼絲繩的檢驗(yàn)。

3 臥式拉力試驗(yàn)機(jī)整機(jī)構(gòu)成

根據(jù)鋼絲繩的拉伸試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)臥式拉力試驗(yàn)機(jī)，以滿足鋼絲繩試驗(yàn)的需要。該機(jī)主要由主機(jī)部分、油源部分、控制部分和附具部分等組成。

3.1 主機(jī)部分

該機(jī)主機(jī)部分主要由主機(jī)框架、油缸座、油缸、移動(dòng)橫梁、前后夾頭座及負(fù)荷傳感器（見(jiàn)圖１）等部件組成，可對(duì)鋼絲繩等進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

圖1 主機(jī)結(jié)構(gòu)圖

主機(jī)采用鋼板焊接臥式框架結(jié)構(gòu)，同等重量的情況下可增加框架的慣性矩，提高框架的剛性和穩(wěn)定性。采用雙向伺服油缸，實(shí)現(xiàn)活塞在水平方向伸出和縮回。主機(jī)的前部采用反力架結(jié)構(gòu)，前夾頭座和油缸座之間為壓縮空間，方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。后夾頭座通過(guò)銷釘與框架固定，后夾頭座可在框架上左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)空間的有級(jí)調(diào)整，滿足不同長(zhǎng)度試樣的要求。

負(fù)荷傳感器測(cè)量試驗(yàn)力，能夠有效地消除油缸活塞間的摩擦對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確度。根據(jù)鋼絲繩試驗(yàn)的需要，試驗(yàn)夾頭座采用楔形，并采用液壓夾持形式，這樣既可以滿足澆鑄試驗(yàn)的要求，也可以滿足試樣直接夾持的需要。

鋼絲繩在破斷時(shí)會(huì)有碎屑崩出，為有效保護(hù)試驗(yàn)人員的安全，試驗(yàn)區(qū)域設(shè)有防護(hù)罩。防護(hù)罩通過(guò)導(dǎo)輪，可以在框架上前后移動(dòng)。在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段可以將防護(hù)罩移除試驗(yàn)區(qū)域，方便試樣的裝夾；在試驗(yàn)過(guò)程中，將防護(hù)罩移動(dòng)回試驗(yàn)區(qū)域，對(duì)試驗(yàn)人員進(jìn)行保護(hù)。

3.2 液壓原理

油源系統(tǒng)采用差動(dòng)回路，提高了活塞伸出的速度，在滿足試驗(yàn)要求的情況下，可以zui大限度地節(jié)約試驗(yàn)的準(zhǔn)備時(shí)間。采用壓力跟隨系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力會(huì)隨負(fù)載的增加而增加，在小負(fù)荷下試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)壓力比較低，可以有效地節(jié)約能源。油源配置不大于５μｍ精密濾油器，并帶有報(bào)警功能，當(dāng)濾油器堵塞時(shí)報(bào)警提醒更換濾芯，以保證油液的潔凈度，使設(shè)備可靠穩(wěn)定地工作。油箱配電子式油溫、油位計(jì)，空氣濾清器等，并帶有油溫、液位、油阻保護(hù)與指示裝置，可以有效地監(jiān)控油源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 拉伸試樣制備及附具

澆鑄法試樣制備是在距試樣兩端一個(gè)夾持長(zhǎng)度處用軟鐵絲等材料牢固捆扎，去掉端頭捆扎絲，制成帚頭狀，將纖維芯切至捆扎處，用鉛錫合金或其它合金澆鑄成圓錐體。制備好試樣后，可使用如圖２所示的澆鑄式試驗(yàn)附具進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 澆鑄式附具

纏繞法試樣制備是將試樣直接從鋼絲繩上截取，必要時(shí)兩端用鐵絲捆扎。夾具連接牢固后，將試驗(yàn)鋼絲繩纏繞到繩輪上，兩端都鎖緊后，即可進(jìn)行試驗(yàn)，如圖３所示。

圖3 纏繞式附具

   套壓法試樣制備，先將試樣兩端用鐵絲捆扎再?gòu)匿摻z繩截取。去掉捆扎絲將試樣兩端穿入用低碳鋼、鋁合金或相關(guān)材料制成的套管中，套管頭內(nèi)壁應(yīng)倒角，再在壓力機(jī)上壓緊。直接夾持法試樣制備先將試驗(yàn)段兩端用鐵絲捆扎再截取試樣，對(duì)于單股鋼絲繩或鋼絞線，端頭鋼絲可焊結(jié)在一起。套壓法和直接夾持法均可使用楔形鉗口進(jìn)行試驗(yàn)，如圖４所示。

圖4 楔形夾持鉗口

為方便索扣形式的鋼絲繩拉伸，可以配備插銷附具（見(jiàn)圖５）。

圖5 插銷式附具

3.4 試驗(yàn)過(guò)程及軟件

一般情況下，鋼絲繩試驗(yàn)應(yīng)在１０℃－３５℃的室溫下進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)拉伸，當(dāng)施加的拉力不大于鋼絲繩zui小破斷拉力的８０％時(shí)，試驗(yàn)力可快速施加，而后應(yīng)緩慢增加，其 施加的應(yīng)力速率約為１０ＭＰａ／ｓ。

一般情況下，鋼絲繩試驗(yàn)應(yīng)在１０℃－３５℃的室溫下進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)拉伸，當(dāng)施加的拉力不大于鋼絲繩zui小破斷拉力的８０％時(shí)，試驗(yàn)力可快速施加，而后應(yīng)緩慢增加，其 施加的應(yīng)力速率約為１０ＭＰａ／ｓ。試驗(yàn)過(guò)程采用電液伺服閉環(huán)控制方式，試驗(yàn)軟件基于ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操作平臺(tái)，具備可編程功能，等速率試驗(yàn)力控制、等速率位移控制、試驗(yàn)力保持、位移保持等多種試驗(yàn)?zāi)Ｊ饺我饨M合，zui大程度地滿足了各類試驗(yàn)方法的要求，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)需要的各類數(shù)據(jù)顯示、曲線繪制、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)打印等功能；通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)到伺服閥，控制伺服閥的開(kāi)口和方向，從而控制進(jìn)入油缸的流量，實(shí)現(xiàn)等速試驗(yàn)力、等速位移等的控制；配備試驗(yàn)力、位移兩個(gè)閉環(huán)控制回路；具備完整的文件操作功能，如試驗(yàn)報(bào)告、試驗(yàn)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)均可以文件方式存儲(chǔ)；主界面集試驗(yàn)日常操作所有功能（如試樣信息錄入、試樣選擇、曲線繪制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、試驗(yàn)操作等）于一體，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)易、快捷；可輸出數(shù)據(jù)到打印機(jī)打印試驗(yàn)報(bào)告；系統(tǒng)分級(jí)管理，系統(tǒng)參數(shù)對(duì)專家級(jí)用戶全部開(kāi)放，保證了系統(tǒng)使用靈活可靠。

3.5 控制系統(tǒng)描述

電氣系統(tǒng)強(qiáng)弱分離，操作部分全部采用２４Ｖ的安全電壓，確保操作人員的安全。電氣元件采用平面布局，外觀簡(jiǎn)潔大方，操作簡(jiǎn)易直觀，連接可靠；主要元器件采用進(jìn)口，如ＡＢＢ、西門子和歐姆龍等；電氣系統(tǒng)具有過(guò)載、過(guò)流等保護(hù)功能，采用自動(dòng)冷卻、液位自動(dòng)檢測(cè)、濾油器報(bào)警等技術(shù)，提高了系統(tǒng)智能化程度；電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了伺服閥的遠(yuǎn)程遙控功能。電氣控制系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖６。

圖6 電氣控制系統(tǒng)框圖

的研制成功，為鋼絲繩力學(xué)性能檢測(cè)提供了理想的設(shè)備，也滿足GB/T8358-2006《鋼絲繩破斷拉伸試驗(yàn)方法》規(guī)定的四種試驗(yàn)方法的要求，并且能在這四種方法之間實(shí)現(xiàn)方便、快捷、靈活的轉(zhuǎn)換。同時(shí)也解決了較長(zhǎng)的柔性及剛性材料、結(jié)構(gòu)件和成品件的拉伸試驗(yàn)。也可根據(jù)用戶要求，增加特殊裝置進(jìn)行壓縮、彎曲等試驗(yàn)。該試驗(yàn)機(jī)用途廣泛，有較大的發(fā)展空間。