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鋼絲繩的特殊磨損形式

 

鋼絲繩的磨損包括鋼絲繩外表面磨損與鋼絲繩內部鋼絲表面磨損。鋼絲繩外表面磨損是與相接觸物體發生相對滑動所致,如鋼絲繩與變向繩輪槽等接觸摩擦,這種鋼絲繩外表面磨損發生在鋼絲繩外層股外層絲的可見部分。而對報廢鋼絲繩試樣的檢驗說明鋼絲繩內部鋼絲表面同樣發生了不同程度的磨損。下面重點分析鋼絲繩內部鋼絲表面發生磨損的原因,以及這種磨損與鋼絲疲勞斷裂的關聯性。鋼絲繩受鋼材自身物理性質及其結構特性的影響,承載后受軸向拉應力的作用將發生伸長變形,鋼絲繩的伸長變形包括彈性伸長、結構伸長和蠕變伸長等。彈性伸長的大小主要取決于制繩鋼絲力學性能和鋼絲繩的結構及捻制參數、載荷大小等,當施加載荷消除后,其彈性伸長可以恢復。鋼絲繩在使用過程中受到靜載荷或動載荷的作用,在加載、卸載過程中必然引起鋼絲繩彈性伸長量的變化,當鋼絲繩內部相互接觸的任意 2 根鋼絲的彈性變形不同步時,它們之間發生相對滑動,失效鋼絲繩內部鋼絲表面的磨損證明了這種鋼絲間相對滑動的存在,因為相對滑動是發生磨損的前提條件。

鋼絲繩內部鋼絲間彈性伸長變形的不同步造成鋼絲間相對滑動,鋼絲表面在摩擦力的作用下會發生磨損,一般情況下其相對滑動量為微米量級,由此引起的磨損被稱為微動磨損。微動磨損是唯一存在黏著磨損、磨料磨損、氧化磨損和疲勞磨損 4 種基本磨損機制的特殊磨損形式,由于這 4 種機制作用的疊加和相互作用造成了其機制的復雜性。

微動磨損過程中,摩擦因數的大小與微動振幅、微動時間、接觸載荷、接觸狀態、磨屑等因素相關,微動磨損深度隨著微動振幅、接觸載荷、微動時間的增加呈增長趨勢,隨著磨損深度的增加,磨損缺口處成為微裂紋的萌生源。在裂紋擴展初期,擴展速度緩慢,隨著二次裂紋的出現,擴展速度逐漸加快,最終發生瞬間斷裂。影響鋼絲疲勞壽命的直接因素是微動磨損深度,疲勞壽命和磨損深度成二次方反比關系。微動疲勞是指接觸體由于承受外界交變疲勞應力產生不同的變形引起接觸界面發生微幅相對運動( 通常為微米量級) ,促使疲勞裂紋早期萌生和加速擴展,最后導致構件在遠低于材料疲勞極限,甚至低于材料彈性極限時發生過早失效破壞的現象,微動疲勞的主要相關因素有接觸壓力、滑移幅值、微動頻率、摩擦力、微動環境及接觸區材料。



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