CN101242999B - 钢丝绳端部的连接结构、方法和包括该连接结构的钢丝绳 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种将钢丝绳的末端相互连接起来的连接结构，该连接结构解决了在操作钢丝绳时丝在连接处断裂的问题。在本发明的连接结构中，连接区的前面或后面有固定区，固定区使丝相对于彼此固定不动。同时本发明还介绍了一种实现上述连接结构的方法和包括上述连接结构的钢丝绳。该种连接结构和方法对于连接开放式的钢丝绳极其有效。

Description

钢丝绳端部的连接结构、方法和包括该连接结构的钢丝绳

技术领域

本发明涉及到两段钢丝绳之间的连接结构，以获得可进一步进行处理而不会产生问题的单一的一段钢丝绳。本发明也延及实现这种连接结构的方法。

背景技术

为了减少使用钢丝绳时高代价安装的停工时间，钢丝绳的使用者要求钢丝绳在卷筒上越来越长的长度。

例如，被用于增强轮胎带束层或胎体的钢丝绳从有时包含有数百个卷筒的筒子架上退绕。这些钢丝绳互相平行地在橡胶中被压延，从而形成钢丝绳增强帘布，以用于进一步加工成轮胎。用满的卷筒替换空卷筒是艰苦的工作，人们一直寻求将该工作简化。通过使用包含更长钢丝绳的更大卷筒来简化该工作，但是，钢丝绳的制造者无法总是按照要求交付无中断的完整长度的每个卷筒，因为丝的长度并不总是最终筒子架长度的倍数。另外，在制造钢丝绳时，随机的断裂会偶尔使过程中断。断裂是由于钢丝中的缺陷造成的，例如，由于原材料中已有的不能变形的夹杂物。因此，不完整的长度被相互连接起来，并且以所需的长度重新卷绕。尽管这样的相互连接极少的，但它必须能够经受压延过程而不产生问题，因为在一个卷筒上的这种单个连接的失效可能导致整个筒子架的停止，从而导致生产时间损失和废料产生。

钢丝绳必须被无中断地处理的另一个例子是当这些钢丝绳被用作钢缆的股时。在最后的并股步骤时，这样的股以高速从制缆机的卷筒上退绕。股按照一种有时很复杂的路径通过制缆机，同时被张紧、扭捻和弯曲。同样，连接的失效将导致制缆机完全停止，并导致不可弥补的缆绳中断。

该技术领域有各种不同的方法将钢丝绳连接起来：

-一种方法是将金属箍胀套在端对端的钢丝绳两端。这种金属箍可以用易变形的金属制作，例如铜或铝合金。这种连接的缺点在于：它基本上比钢丝绳本身要粗。退绕后，钢丝绳在许多轮子上被引导，并在耐磨件上引导和引导穿过孔。金属箍容易被这些导向件卡住并断裂。并且这种连接更费劲。

-胀箍方法的替代是使用聚合物的套管，这种套管可以被粘合或热缩在钢丝绳的端部上。尽管这种连接更灵活，但是直径问题仍然存在，此外，该连接仅仅是边界线上的强度足够承受操作过程中产生的张力。

-迄今为止用于钢丝绳的最佳连接方式是焊接，例如在WO03/100164中描述的。通过在对焊到一起之前局部缩短每个钢丝绳端部的捻距，可获得好的焊接效果。焊接时，形成了熔融钢水滴，所有丝熔合在其中。优选地，焊接工艺后是对焊区的退火处理。虽然包含焊缝的钢丝绳强度明显低于无焊缝钢丝绳的强度(通常焊缝处会损失钢丝绳强度的50％到60％)，但这并不是对钢丝绳后续处理中的直接问题。焊缝的直径可以通过锤锻进行控制，标准是焊缝处的直径必须不超过钢丝绳直径的1.10倍。

然而，焊接方法有一个主要的缺点。钢丝绳是由捻在一起的钢丝制成的。钢丝是冷拔而成的，并且由于这种应变硬化过程，金属丝的拉伸强度(每单位面积的破裂载荷)得到了很大的提高。这种提高来源于已经改变的拉长的珠光体晶粒的冶金结构，其中位错得到了重新排列，从而阻止了晶面在彼此之上滑移。通过焊接，这种结构被局部扰乱，并且在焊缝处形成退火后的马氏体结构。虽然这种结构具高强度，但是它的脆性也更高。另外，在退火的马氏体和冷拔的珠光体之间有过渡区，该区域的丝在弯曲时易于断裂。因此，在操作钢丝绳时，焊缝不会屈服，而是紧邻焊缝处的丝开裂。虽然这种丝断裂不会导致钢丝绳断裂，但是松动的丝端部会从钢丝绳上松开，并且会被剥离，从而导致过程完全停止。

这种“丝断裂问题”发生在所有种类的钢丝绳中，但是当被称为“开放钢丝绳”的钢丝绳焊接时这种问题尤其严重。这种开放钢丝绳包括以一种或另一种方法(例如美国专利4258543介绍的螺旋预成型法，按照WO95/16816的多边形预成形法，或依据EP 1036235 B1的倍卷曲法)预成形的丝。由于预成形，丝可以相对于彼此移动，因为它们不总是互相接触。当这种钢丝绳被拉过狭窄配合的孔，或者在封装到橡胶里时被挤压，一些丝可能相对于其它丝积累过长。这样的丝明显与其它的丝分离，并且随着钢丝绳的逐渐形成，这样的丝就形成了围绕钢丝绳旋转的孔眼。不久，一根丝上的过长就会消失，随后在另一根丝上形成孔眼。在本技术领域，该现象被称为“成套”(sleeving)。这种成套现象从其自身相对来说是无害的，并且对于开放钢丝绳结构来说是固有的。但是，当在焊缝处发生成套现象时，随着过长部分被拉到所有丝熔合到一起的焊缝处，成套现象就成为了极大危害。该丝不能再移动，且在限制孔和焊缝之间开裂。该丝被剥离并形成丝嵌套(wire nest)。如果过程停止得足够及时，就能控制损坏，如果不及时，钢丝绳就会断裂并纠缠，从而导致筒子架完全一团糟。

在提出本发明之前，不可能供给包含有焊缝的开放钢丝绳。虽然大多数焊缝可以通过而不会产生“丝断裂”的问题，但是“幸存率”决不会高到足以能获得稳定并且经济的过程。利用本发明的连接，就消除了“丝断裂问题”。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种钢丝绳之间的连接，该连接消除了现有连接的问题。更具体的是，本发明的目的是消除“丝断裂问题”，尤其是消除各种过程中的此问题，例如：

-钢缆生产，其中钢丝绳被用作钢缆成形机中的股。

-生产钢丝绳增强的弹性体物品，例如用于制造轮胎的橡胶帘布层，或者聚氨酯同步带，或者橡胶输送带，或橡胶管，或其它任何相关产品。

下面将对本发明进行详细说明。

根据本发明的第一个方面，本发明的连接结构包括一种已知的两个钢丝绳端部的端到端的连接结构。两端处的丝是相等地终止，例如利用缆绳剪将它们平齐地剪断。两端被连接到一起，从而形成连接区。所有丝的端部都被固定在连接区中。连接区基本上将作用在第一根钢丝绳上的所有力和力矩都传递给了第二根钢丝绳。本发明的连接结构区别于现有的连接结构在于，连接区附近有固定区。固定区内，所有丝相对于彼此固定不动，即：无论在径向还是在纵向，丝都不能相对于彼此移动。因此固定区内的丝没有中断。

固定区的作用是隔离所有可能从连接区产生的丝成套现象。换句话说：由于固定区的丝不能相对于彼此移动，因此退绕时在限制物(例如导引件或导引孔)处的丝上所产生的任何过长的积累都会在固定区停止，并且该过长随后被拉过限制物，而不会到达连接区。因此，就不会有丝从连接区松脱的危险。

通过上述说明本领域技术人员会清楚，术语连接区“附近”或“靠近”连接区表示固定区和连接区之间的距离是多少。该距离应该比会积累过长的距离短。从直觉角度来说，当钢丝绳的捻距短时，很明显单位长度的钢丝绳可积累越长的过长。这是因为，越短的捻距意味着单位长度钢丝绳具有更多的丝长度，因此当采用较短捻距时，通过限制物的单位长度钢丝绳的过长的积累就会越高。钢丝绳的捻距指沿着钢丝绳上的这样一个长度，其中一根丝绕钢丝绳轴线完全绕一周。所以，固定区和连接区之间的距离最好表示为钢丝绳捻距的倍数。当然，当上述距离低于钢丝绳捻距的约50倍时，过长积累的危险较小。如果这个距离低于钢丝绳捻距的10倍时会更好。没有理由固定区不能与连接区相邻，重要的是过长决不会到达连接区。实践中，固定区和连接区之间的距离可以从几毫米到几厘米，例如从1cm到10cm。

固定区的长度原则上应该足够长，从而当过长通过约束物时使离散的丝附连在其它丝上。这取决于所采用的固定方式的类型(参见后面的说明)。但是，固定区的长度也不应太长，因为在该区域中钢丝绳会明显变的更硬：丝实际上不再能彼此独立地作用。实践中，可保持固定区长度小于几厘米的固定方式是存在的。

优选地，本发明的连接结构到达约束物的顺序是：首先固定区通过约束物，然后是连接区。如果可以知道这个方向，一个固定区就足可以阻止丝从连接区脱出。因此，在最终卷筒的卷绕和连接的过程中，首先是完成连接区，之后是固定区，因为使用时该顺序是反的。但是，存在着再次卷绕卷筒的小风险，这当然就使连接区和固定区的顺序颠倒了。如果要完全消除这个小风险，较好地是在连接区的两侧都设置固定区。这样，这些固定区就位于连接区的两侧。

可以采用许多连接方法来在连接区将钢丝绳的端部连接起来，迄今为止最优选的方法是焊接，例如前面部分所介绍的。生产时采用小型的便携式钢丝绳焊接单元就可以轻松进行焊接，不需要另外的材料，并且焊接相对很快。此外，焊缝可以锤锻，以使焊缝处的总直径和钢丝绳的直径差不多。但是，该优选方式并不排除其它的连接方式，例如将钢丝绳端部相互粘结到一起。最不推荐的是打结，因为这样会在连接处产生无法接受的直径增大。

同样，固定的方法也有许多种。重要的是，使丝相对于彼此固定不动，并且使丝保持不中断和不改变。在这方面而言，将丝熔合在一起(例如用焊接单元加热丝直至红热)不是优选的，因为这种方法将固定区的钢结构改变成更脆的马氏体相。较好的方法是将丝粘结到一起，因为这样根本不会使金相结构改变，但是，粘结剂的干燥需要些时间，从而固定区的强度可以达到更高。到目前为止，使丝固定不动的最优选的方法是将丝软钎焊或硬钎焊。这种固定非常坚固(因为熔化的焊料易浸湿钢丝并完全渗透钢丝)，可快速完成，并且不会明显改变钢的金相结构。

此外，还要求保护一种不论是何种状态的包含该种连接结构的钢丝绳(在筒子架的卷筒上的、在机器的卷筒上的、嵌入橡胶中的或者任何其它形式)。通过视觉观察或磁方式或其它方式，可以很容易找到该连接结构。

本发明的第二个方面涉及到进行该种连接的方法。该方法大体上包括两个步骤：首先在连接区连接钢丝绳，然后使钢丝绳中的丝固定不动。第一个步骤是本技术领域已知并易懂的。在两端将丝齐平地剪切后，最好将它们相互焊接起来(虽然如前面所介绍的那样其它连接方法也一样可行)。参考WO 03/100164，该步骤解释得很详细(参见第3页第20行到第4页第25行)。本发明中的第二步骤是，在连接区的附近把丝相互固定到一起。

此外，第二步骤的应用可以是在连接区的一侧或者是在连接区的两侧。连接区可以包括焊缝，或者可以采用任何其它本技术领域已知的方法实现。使丝固定不动最好通过把它们硬钎焊或软钎焊到一起来完成，或者通过将它们粘结到一起来完成。

附图说明

参照附图将更详细地说明本发明，其中：

图1所示是现有的连接结构以及与该种连接结构相关的丝断裂问题。

图2所示是本发明的连接结构，该图解释了本发明是如何解决断裂问题的。

具体实施方式

图1所示是现有的用在开放钢丝绳100上的连接结构，这种钢丝绳包括许多相互松散地捻在一起的丝102。当在两个这种钢丝绳的端部之间形成焊缝104时，就会形成区域106，该区域中钢的金属结构从加工硬化的珠光体结构(在丝中)转变成脆性的马氏体结构(焊缝处)。如果把包含这种焊缝的钢丝绳从孔110中拉过，当沿箭头120的方向拉钢丝绳时，其中的一根丝，例如108，就可能堆积过长，从而导致在孔110的前面留下孔眼109。当焊缝靠近孔时，由于孔眼109在焊缝104和孔110之间被挤压，该丝就会从焊缝脱出。由于更具脆性的马氏体结构，该丝的端部将因此从焊缝中脱出。

图2所示是本发明的连接结构。钢丝绳200和丝202基本上与图1相同，并且焊缝204和从加工硬化的珠光体钢转变成马氏体钢的过渡区206也相同，不同之处在于固定区212，该区的丝通过焊料被粘合到了一起，所述固定区内丝的冶金学结构基本上保持相同。当该种连接结构从孔210拉过时，也可能产生孔眼209，但是由于丝被保持于固定区中，因此这时丝208的过长会被迫使穿过孔210。这样就不会产生丝从固定区脱出的危险，因为丝并不在固定区终止；并且丝的冶金结构也基本上没有因钎焊发生改变。

本发明的连接结构已经在

1_卷曲+6型的开放钢丝绳上进行了大量的试验，这种钢丝绳及其制造方法在EP 0676500B1中进行了介绍，它包括已经在单一平面中卷曲的一根直径0.315mm的芯丝，尺寸为0.30mm的六根丝按“S”方向以捻距16mm捻在该芯丝周围。因为卷曲的中心丝趋向使包鞘丝剥离开，所以这种钢丝绳显示的是开放结构。但是，由于这种开放结构，当在例如耐磨件或孔或甚至橡胶等约束物中或上拉过进行压延时，外围的丝趋于稍稍形成套。

当采用现有技术的焊缝时，由于在筒子架运转时丝发生断裂，因此这些焊缝会产生问题。因此引入本发明的连接结构，其包括焊缝以及在焊点两侧的两段固定区。固定是通过采用Farnell Cy的无铅锡焊丝将钢丝绳的丝钎焊到一起而实现的。固定区长约1到1.5cm，并离焊缝约10cm远。焊料的施加过程是：通过电流局部加热钢丝绳，同时将焊丝末端保持与钢丝绳相接触。一旦焊料熔化(约230℃时)并且润湿钢丝绳的丝时，就停止加热，以便基本上不改变焊丝的冶金结构。因为使用了本发明的连接结构和相关方法，在筒子架运转时就不会再发生丝断裂了。

Claims (13)

1.一种两个钢丝绳端部的连接结构，所述钢丝绳的端部包括平齐终止的丝(202)，所述连接结构包括一段用于将所述钢丝绳的端部互相连接起来的连接区(214)，

其特征在于：

所述连接结构还包括用于使所述丝(202)相对于彼此固定不动的固定区(212)，所述固定区(212)靠近所述连接区(214)。

2.根据权利要求1所述的连接结构，其中，一个固定区(212)靠近所述连接区(214)。

3.根据权利要求1所述的连接结构，其中，两个固定区(212)靠近所述连接区(214)，并分别位于所述连接区的两侧。

4.根据权利要求1到3之一所述的连接结构，其中，所述连接区包括焊缝(204)。

5.根据权利要求1到3之一所述的连接结构，其中，在所述固定区(212)中使所述丝(202)固定不动是通过将丝硬钎焊或软钎焊在一起实现的。

6.根据权利要求1到3之一所述的连接结构，其中，在所述固定区(212)中使所述丝(202)固定不动是通过将所述丝粘合在一起实现的。

7.包括根据权利要求1到6之一所述连接结构的钢丝绳。

8.一种连接两个钢丝绳末端的方法，所述钢丝绳包括丝，该方法包括下面的步骤：

-在连接区(214)连接钢丝绳的末端，

-在连接区(214)附近使丝相对于彼此固定。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，丝(202)在连接区(214)的一侧被固定。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，丝(202)在连接区(214)的两侧被固定。

11.根据权利要求8到10之一所述的方法，其中，钢丝绳末端被相互焊接到一起。

12.根据权利要求8到10之一所述的方法，其中，钢丝绳的丝(202)通过软钎焊或硬钎焊被相对于彼此固定。

13.根据权利要求8到10之一所述的方法，其中，钢丝绳的丝通过粘接的方式被相对于彼此固定。

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