承载索是指架空索道中作为运输车 辆运行轨道的钢丝绳。通常采用
密封钢丝绳作为承载索密封钢丝绳的外层由Z形丝构成平滑而致密的圆柱形表面,芯部为普通圆形丝,外层 与芯部之间有梯形丝作为中间层Z形丝和梯形丝均 可为、层或多层,也可不设梯形丝。按照钢丝绳表面状态,密封钢丝绳又包括
磷化涂层钢丝绳、
镀锌钢丝绳、
不锈钢丝绳、光面钢丝绳。
应用
承载索作为架空索道的一个主要组成部分,承载索的结构对架空索道的结构、功能、受力分析等均有重要的影响。在传统架空索道结构中,承载索制作几乎全部使用钢丝绳产品,随着现代科学技术的不断进步,在许多重要领域,一些新型纤维材料正在逐渐替代钢丝绳,成为市场的新宠。例如由
超高分子量聚乙烯纤维绳制作的纤维承载索,是新型承载索应用的一个实例。在架空索道领域中,纤维承载索和钢丝绳承载索有着不同的应用。以一根长度220m,运输载荷1t承载索的设计安装为例,来说明2种材质承载索的不同应用。
钢丝材料
依据GB50127—2007架空索道工程技术规范和GB12141—2008货运架空索道安全规范,承载索用钢丝绳应选择符合GB8918或YB /T5295。
在索道承载索安装时,选择一端地锚固定,另一端张紧的安装方式。固定端制成环眼,由于承载索放绳时,可能仅需要使用一部分,为了减少劳动量,依据常规方法只选择钢丝绳环眼端直接放绳。放绳时钢丝绳质量较大,不允许摩擦地面,一般情况下放绳采用牵引索牵引放绳,即预先通过人工牵引一根细绳,然后再使用细绳牵引,使用设备将承载索通过转向滑轮牵引,进行有张力放绳。放绳后,需将承载索使用
手动葫芦或专用设备张紧,将承载索张紧到标记位置。该标记位置是根据预先测定的两安装支点距离、承载索垂度和预计承载的载荷重量经严格计算后标定的。该点预先确定了承载索长度,施加的预张紧力等,使得承载索在承载最大载荷时达到设计要求,即承载索两端固定后,承载1t载荷时,达到垂度4m的要求。
聚乙烯材料
超高分子量聚乙烯纤维承载索材料及其性能超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 纤维是20世纪90 年代初出现的第三代高强高模纤维,相对分子量为100万~600万,分子形状为线型伸直链结构,取向度接近100%,强度是目前纤维之最,具有良好的力学性能。该纤维广泛用于制作绳索、缆绳、船帆和渔具,适用于海洋工程,具有轻质高强、使用周期长、耐磨、耐湿、断裂伸长大等特性,普遍用于重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。
超高分子量聚乙烯( UHMWPE) 制成的纤维强度高,是优质钢的10余倍。模量高仅次于特级碳纤维。密度小于水,能漂浮于水面。高强高模
聚乙烯纤维的物理性能非常优异。由于具有高结晶度,且有不容易和化学药剂发生反应的化学基团,因此耐水、耐湿、耐化学腐蚀、耐紫外线,不需经过耐紫外线处理。耐腐蚀、耐酸碱,具有优异的耐磨性,不仅有高模量,而且柔软,有较长的挠曲寿命,高强高模聚乙烯纤维熔点144~152℃,短时间暴露于110℃环境不会造成严重的性能降低等。但超高分子量聚乙烯纤维耐蠕变性能较差,即在一定温度和恒定外力作用下,超高分子量聚乙烯纤维的应变随着时间的延长而逐渐增大。由于这一特性,其产品的尺寸、形态稳定性差,极大影响了超高分子量聚乙烯纤维在复合材料、绳缆绳索等领域的应用。
制造
索道承载索受力复杂,主要包括: 致命的交变弯曲应力,很高的挤压力,巨大的拉应力和不可忽视的剪切应力。这些应力往往集中在钢丝绳的一点或一段长度内,是钢丝绳过早疲劳断丝和提前报废的根本原因。超高分子量聚乙烯纤维索承受的交变载荷和钢丝绳承载索类似,但表现出的损坏形式有所区别。由于超高分子量聚乙烯纤维绳的耐冲击、耐弯曲性能高于钢丝绳,对抵抗交变载荷作用大,尤其承受弯曲应力能力强,且采用十二股编织,结构稳定,不旋转,不会因局部结构破坏造成疲劳断丝报废,但是,其纤维丝和粗直径钢丝比,耐磨性能差,尤其怕挤压和高温,因此,使用超高分子量聚乙烯纤维索制作的承载索,切忌挤压和使用于温度超过80℃的环境中。
一般情况下,在超高分子量聚乙烯纤维承载索制造时,仅将超高分子量聚乙烯纤维制作成索芯,作为承受拉力的载体,结构上选择不旋转和局部松散的十二股编织制作,然后浸透环氧树脂定型。在索芯外面编织护套,用于束缚索主体,保持索体能够承受足够挤压力。在护套外涂覆耐磨防护层,使索更具耐磨性,具有很好的摩擦力和防护砂石等异物进入的作用,使得该索适应在山坡砂石上拖拽,以保护护套和索主体免受砂石侵害。
主索在包护套前,要反复预张拉,争取主索的弹性伸长,小于护套受力伸长。同时,考虑主索受拉时,会产生程度较大的缩径,严禁采用挤压的形式固定承载索。承载索捆绑时,要给主索及护套充分的自由延伸空间,不要将主索使用绳卡等锁紧固定,否则,外侧护套会很容易与主索脱离而断裂。
安装调试
与钢丝绳承载索不同,在放绳环节,纤维承载索质量轻,柔软,外面涂覆聚脲防护层,不需要预放牵引绳,直接通过人工拖拽即可完成。与钢丝绳承载索相同,放绳后,承载索一端连接到地锚固定,另一端用于张紧和锚固。纤维承载索张紧和锚固为专用一体设计,不使用
手动葫芦等,只需将承载索的一端缠绕在张力调节机构上面。
应用
架空索道的结构多种多样,但都是固定式索道,移动式索道仅是本基金项目正在研究的一个子课题,而所有固定式索道几乎都使用钢丝绳承载索,纤维承载索在长期承受拉力时,由于蠕变需要经常调整长度,不适宜固定式索道应用。同样,钢丝绳承载索自重大,不宜人工搬运,在安装前需要预先经过对场地精密测量,复杂的设计同样不适宜在移动式索道中使用,尤其不适宜需要快速安装的救援索道应用,因此,纤维承载索不是钢丝绳承载索的更新换代,而是承载索品种的延伸和发展,催生了索道快装技术的诞生。移动式快装索道技术,一般使用在小型索道上,主要应用于应急救援,做到随时安装随时使用,只要在该索道使用范围内,不需要考虑承载索垂度、距离等问题,仅在产品设计计算之初,确定出承载索最大应用范围。
在索道安装后,大多数情况下,承载索利用双牵引辊牵引部分的收紧力,就能够满足索道运行需要,仅发现在承载索垂度过大,影响被吊物料运行时,再启动液压动态张紧部分,进一步张紧承载索,调整承载索运行高度,保证物料通过。在动态张紧器上,实时显示当前承载索实际张力,注意不要超载使用。
总结
通过对钢丝绳和超高分子量聚乙烯纤维绳2种材质承载索应用对比,证明了钢丝绳在架空索道中的地位。超高分子量聚乙烯纤维承载索,只是钢丝绳承载索的丰富和发展,它催生了架空索道新品种快装索道的诞生。
超高分子量聚乙烯( UHMW-PE) 纤维具有耐磨损、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良特性,在使用过程中,免维护,不老化,不怕风、雨、阳光等侵蚀,具有非常稳定的物理化学性能,可多次拆装反复使用并方便储存。