CN102666972B

CN102666972B - 开放式多股钢丝绳

Info

Publication number: CN102666972B
Application number: CN201080053353.8A
Authority: CN
Inventors: 程志超; 王鹏飞; 庞桓炯
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: CN102666972A

Abstract

用于加强橡胶制品的钢丝绳（10）包括芯部线股（12）和同心包围着所述芯部线股（12）的六根外围线股（14）。芯部线股和外围线股（12，14）中的每一根包括由两根或更多根中心钢丝（16）构成的中心部和包围着所述中心部的两层钢丝层。所述芯部线股（12）的直径D1大于所述外围线股（14）的直径D2。每层的所有钢丝（18，20）具有基本相同的直径，相同线股的径向外层的扭绞角度大于径向内层的扭绞角度。在所述钢丝绳中每根线股（12，14）由扭绞在一起的不超过26根钢丝（16，18，20）构成。

Description

开放式多股钢丝绳

技术领域

本发明涉及用于加强橡胶制品例如橡胶履带和用于工程机械和大型挖土机用途的重型轮胎的多股钢丝绳。

背景技术

在重型建筑和运土操作中所采用的大型重型机械充气轮胎其工作负载和充气压力比普通卡车和轻型车辆的高得多。因此，大型挖土机的子午线轮胎需要特殊的加强钢丝绳。

由于要求用于加强轮胎的钢丝绳具有高断裂负载和高耐疲劳性，所以一般来说广泛采用具有多股结构的钢丝绳。多股结构具有多根线股，每股由多根扭绞在一起的钢丝构成。这些线股扭绞在一起以形成钢丝绳。例如，已知例如具有7×（3+9+15）+1结构的钢丝绳。但是，该结构7×（3+9+15）+1具有相对较低的耐疲劳性。

此外，针对工程机械轮胎的性能的其它考虑事项是确保橡胶充分渗透到钢丝绳中。在带束层的制造期间以及在随后的轮胎硫化过程中，期望橡胶渗透到在各根钢丝之间的所有孔隙中以便确保足够的防腐蚀性。不幸的是，普通结构7×（3+9+15）+1通常出现橡胶渗透不够的问题。

EP0602733B1披露了多股钢丝绳，其包括芯部线股和包围着该芯部线股的达到九根外围线股，每根线股具有由一根或多根中心钢丝构成的中心部和包围着该中心部的两层或多层钢丝层。该专利的钢丝绳具有足够的橡胶渗透，这是通过在认真选择扭绞角度之后在各根钢丝之间提供自由空间来实现的。

层的扭绞角度在如下面所述的EP0602733B1的内容的范围内。假设d₁为中心部的（总）直径，d₂为紧紧包围着中心部的径向内层的钢丝的直径，并且d₃为包围着径向内层的第二层钢丝的直径（=径向外层）。

LL₂为径向内层的捻距，并且LL₃为径向外层的捻距。

径向内层的扭绞角度被定义如下：

α₂=arctg[（d₁+d₂）×π/LL₂]×180/π

第二层的扭绞角被定义如下：

α₃＝arctg[（d₁+2×d₂＋d₃）×π/LL₃]×180/π

JP2006－104636A披露了一种钢丝绳加强的橡胶制品，它包括一芯部线股的两层或者三层的层扭绞结构，以及围绕该芯部线股的六根鞘层线股的两层或者三层的层扭绞结构。芯部线股中的所有层扭绞方向以及鞘层线股的扭绞方向是相同的，但是在由不同方向的组合构成的鞘层线股中的层扭绞方向除外，这会导致拉伸强度的极大损失和断裂负载的极大损失。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种多线股钢丝绳，具有适当的橡胶渗透，并具有最大的加强度以及最大的耐疲劳性。

一种用于加强橡胶制品的钢丝绳，包括多股结构，该结构包括一根芯部线股和同心包围着该芯部线股的六根外围线股；每根芯部线股和外围线股包括由两根或多根中心钢丝构成的中心部和包围着该中心部的两层钢丝层；芯部线股的直径D1大于外围线股的直径D2；每层的所有钢丝具有基本相同的直径，同一线股的径向外层的扭绞角度大于径向内层的扭绞角度；芯部的每根线股由不多于26根的扭绞在一起的钢丝组成。

在每根线股中的钢丝的最大数量是26，因为有两根或者多根中心钢丝，以及围绕中央的两层钢丝层，如果数量大于26，则饱和层的机会很大，会导致不充分的橡胶渗透。

优选的，在每根线股中，中央的钢丝的直径大于或者等于第一外围层的直径。还优选的是，第一外围层的钢丝的直径大于或等于第二外围层的钢丝的直径。

根据本发明的第一实施方案的钢丝绳，每根芯部线股和外围线股的中心钢丝的数量等于2。如果每根芯部线股和外围线股的中心钢丝的数量仅是1，在每根线股中的钢丝总量不大于26，一方面，饱和层的机会很大（不仅是内层而且有外层），这会导致不充分的橡胶渗透；另一方面，如果每根线股具有良好橡胶渗透的不饱和层，每根线股的钢丝总量将会减少，这会导致加强程度降低。

优选的，每根芯部和外围线股还具有8根钢丝的径向内层以及14根钢丝的径向外层，它们与中心钢丝扭绞在一起。钢丝绳中的每根线股由扭绞在一起的24根钢丝构成，具有2＋8＋14的结构。从而总绳的公式是：7×（2＋8＋14）。

优选的，每根芯部和外围线股还具有7根钢丝的径向内层以及13根钢丝的径向外层，它们与中心钢丝扭绞在一起。钢丝绳中的每根线股由扭绞在一起的22根钢丝构成，具有2＋7＋13的结构。从而总绳的公式是：7×（2＋7＋13）。

本发明的钢丝绳的第二个实施方案中，每根芯部线股和外围线股的中心钢丝的数量是3。

优选的，每根芯部和外围线股还具有8根钢丝的径向内层以及14根钢丝的径向外层，它们与中心钢丝扭绞在一起。钢丝绳中的每根线股由扭绞在一起的25根钢丝构成，具有3＋8＋14的结构。从而总绳的公式是：7×（3＋8＋14）。

优选的，每根芯部和外围线股还具有7根钢丝的径向内层以及13根钢丝的径向外层，它们与中心钢丝扭绞在一起。钢丝绳中的每根线股由扭绞在一起的23根钢丝构成，具有3＋7＋13的结构。从而总绳的公式是：7×（3＋7＋13）。

如果每根芯部和外围线股的中心钢丝的数量大于3，例如是4根钢丝，因为每根线股中的钢丝的总量不大于26，因此沿着钢丝长度得到的横截面不一致的机会就会加大。

芯部线股的所有层优选沿着第一方向扭绞。外围线股的层优选沿着该第一方向扭绞，同时外围线股绕着芯部线股沿着与第一方向相反的方向扭绞。这样做是为了减少拉伸强度的损失。

芯部线股的直径与外围线股的直径比值D1/D2优选大于1.06且小于1.20，如果D1/D2小于1.06，不充分橡胶渗透的机会就会很大。如果D1/D2大于1.20，则沿着钢丝绳长度会获得均匀性不好的横截面。

每根芯部线股和外围线股的钢丝直径范围在0.15mm－0.38mm之间，例如从0.24mm到0.28mm。

钢丝可以设有铜合金涂层，例如如果对橡胶的粘附力是一个主要因素就用黄铜，如果耐腐蚀性是一个主要因素就用锌或者锌合金涂层。

本发明的钢丝绳可以用作工程机械轮胎的加强，例如在工程机械轮胎的其中一个最外层带束层中。

本发明的钢丝绳可以用作橡胶履带的加强。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中可以更好地解释本发明。

图1显示了作为对比的现有技术示例的多股钢丝绳的示意剖面图；

图2显示了本发明的多股钢丝绳的示意剖面图；

图3显示了气压下降量的测试；

图4显示了本发明的钢丝绳的耐疲劳性的改善。

具体实施方式

参考图2，本发明的多股钢丝10包括芯部线股12和围绕着芯部线股12的六根外围线股14。

芯部线股12包括3根中心钢丝16，中心钢丝16由8根钢丝18的径向内层和14根钢丝20的径向外层围绕。中心钢丝16的直径大于或者等于钢丝18的直径，钢丝18的直径与钢丝20的直径相同。

每根外围线股14包括3根中心钢丝22，中心钢丝22由8根钢丝24的径向内层和14根钢丝26的径向外层围绕。中心钢丝22的直径大于或者等于钢丝24的直径，钢丝24的直径与钢丝26的直径相同。

多股钢丝绳10可以根据以下已知的方法步骤来制造：

传统的拉伸处理，根据需要结合适当次数的中间退火步骤；

传统的镀锌处理或者其它的涂层过程，例如黄铜涂层；

传统的扭绞处理，例如首先扭绞单独的线股然后将线股扭绞为绳，这种扭绞可以通过传统的管状扭绞机或者利用已知的双扭绞机来完成。

根据盘条的选择以及所采用的热加工处理选择，可以为钢丝绳的不同钢丝获得不同程度的拉伸强度。但是作为普遍规则，可以指出具有相同直径并且占据钢丝绳中的类似位置的所有钢丝具有大致相同的拉伸强度。通常，盘条由以下的钢组成：最小碳含量0.65%，锰含量在0.40%到0.70%，硅含量在0.15%到0.30%，最大的硫含量是0.03%，最大的磷含量是0.30%，所有的百分比都是重量百分比。高拉伸的钢丝绳的典型轮胎钢绳组成具有大约0.80%的最小碳含量，例如0.78%－0.82%重量百分比。

本发明将参考以下实施例详细描述。

实施例1：以下是根据本发明的第一个实施例

钢丝绳直径D为4.50mm

芯部线股12的直径D1为1.615mm

（Z向捻）3×0.265mm（中心钢丝16），捻距是6.3mm

（Z向捻）+8×0.265mm（钢丝18），捻距是12.5mm

（Z向捻）+14×0.265mm（钢丝20），捻距是18mm;

α₂=11.87°；α₃=13.41°

六根外围线股14的直径D2是1.493mm；

（Z向捻）3×0.245mm（中心钢丝22），捻距是6.3mm

（Z向捻）+8×0.245mm（钢丝24），捻距是12.5mm

（Z向捻）+14×0.245mm（钢丝26），捻距是18mm;

α₂=10.99°；α₃=12.43°

绳：捻距是50mm，S向捻。

D1/D2的比值是1.082。每米的钢丝绳重量是68.3克，断裂负载是21000N。

每层的所有钢丝具有基本相同的直径，径向外层具有的扭绞角度α₃大于同一根线股的径向内层的扭绞角度α₃。

本发明的钢丝绳已经与不具备权利要求1的特征的对照钢丝绳进行了对比。现有技术对照钢丝绳的特征如下：

钢丝绳结构7×（3＋9＋15×0.245mm）+0.245mm

捻距：6.3/12.5/18/55/5

捻向：ZZZSZ

钢丝绳直径：4.84mm

D1/D2的比值是1.204。每米的钢丝绳重量是345.2克，断裂负载是22385N。

图3显示了用于测量橡胶渗透的方法和仪器（空气渗透法）。将处于已知压力（32.1巴）下的空气施加在已经固化在橡胶中的轮胎绳样本（30）一侧，并在另一侧获得该压力。在一定时间（几秒）后的压力下降量是空气渗透的量度。从显示器读取0.01巴以上的ΔP（34，压差值）。当所示数值（ΔP）等于1000毫巴的时候，100％橡胶渗透完成，当所示数值（ΔP）等于0毫巴的时候，没有（0％）橡胶渗透。利用该方法获得的测量结果如表1和表2所示。

表1实施例1的本发明钢丝绳

	时间（秒）	气压下降量（％）	其它
				No.1	2	0	350mm
No.2	3	0	350mm
				No.3	7	0	350mm
No.4	8	0	350mm
						气压下降量（％）	其它
No.1	2	0	198mm
				No.2	3	0	198mm
No.3	7	0	198mm

No.4	8	0	198mm
						气压下降量（％）	其它
No.1	2	0	49.5mm
				No.2	3	0	49.5mm
No.3	7	0	49.5mm
				No.4	8	0	49.5mm

表2对照的现有技术钢丝绳

	时间（秒）	气压下降量（％）	其它
				No.1	2	100	350mm
No.2	3	100	350mm
				No.3	7	100	350mm
No.4	8	100	350mm
						气压下降量（％）	其它
No.1	2	100	198mm
				No.2	3	100	198mm
No.3	7	100	198mm
				No.4	8	100	198mm
		气压下降量（％）	其它
				No.1	2	100	64mm
No.2	3	25	64mm
				No.3	7	100	64mm
No.4	8	100	64mm

如表1和表2所示，本发明的钢丝绳比对照的钢丝绳具有更好的橡胶渗透。

这意味着在本发明钢丝之间的空间被完全填充。与之相反的是，对照的钢丝绳的压力下降量是较大的，如表2所示。这表示沿着钢丝之间的裂缝存在空气可以穿过的空穴，导致极大的压力下降量。在将钢丝绳从带截面切除时在视觉上检查橡胶渗透可以证实上述结果。从本发明的钢丝绳和对照的钢丝绳解开不同的线股，随后也解开每根线股的钢丝。

S-N曲线显示了疲劳测试结果，也称之为曲线。这是一张周期性应力大小（S）与至失效的循环数的对数（N）的图。

曲线42是本发明实施例1的钢丝绳的S-N曲线，曲线40是对照的钢丝绳的S-N曲线。

在一定应力下，例如700Mpa下，本发明实施例钢丝绳的循环次数比对照的现有技术的钢丝绳的循环次数大得多。这意味着在一定的应力下对照钢丝绳的使用寿命小于实施例的使用寿命。

在一定循环中，例如100000循环，实施例的钢丝绳可以承受更大应力。这意味着对照钢丝绳会在随着应力的增加在给定次数的循环下具有更多的失效可能性。

从以上的比较测试中，本发明实施例的钢丝绳相比对照钢丝绳在同样水平的断裂负载下明显改善了耐疲劳性。

本发明其它的实施例如下：

实施例2

钢丝绳直径D是4.50mm

芯部线股直径D1是1.574mm

（Z向捻）2×0.285mm（中心钢丝），捻距是6.3mm

（Z向捻）+8×0.265mm（钢丝），捻距是12.5mm

（Z向捻）+14×0.265mm（钢丝），捻距是18mm;

α₂=11.85°；α₃=13.40°

六根外围线股的直径D2是1.455mm；

（Z向捻）2×0.265mm（中心钢丝），捻距是6.3mm

（Z向捻）+8×0.245mm（钢丝），捻距是12.5mm

（Z向捻）+14×0.245mm（钢丝），捻距是18mm;

α₂=11.02°；α₃=12.45°

绳：捻距是50mm，S向捻。

实施例3

钢丝绳的直径D是4.50mm

芯部线股的直径D1是1.615mm

（Z向捻）3×0.265mm（中心钢丝），捻距是6.3mm

（Z向捻）+8×0.265mm（钢丝），捻距是12.5mm

（Z向捻）+14×0.265mm（钢丝），捻距是18mm;

α₂=11.87°;α₃=13.41°

六根外围线股的直径D2是1.455mm；

（Z向捻）2×0.265mm（中心钢丝），捻距是6.3mm

（Z向捻）+8×0.245mm（钢丝），捻距是12.5mm

（Z向捻）+14×0.245mm（钢丝），捻距是18mm;

α₂=11.02°；α₃=12.45°

绳：捻距是50mm，S向捻。

Claims

1.一种用于加强橡胶制品的钢丝绳，

所述钢丝绳为多股结构，该多股结构包括芯部线股和同心包围着所述芯部线股的六根外围线股；

芯部线股和外围线股中的每一线股包括由两根或更多根中心钢丝构成的中心部和包围着所述中心部的两层钢丝层；

所述芯部线股的直径D1大于所述外围线股的直径D2；每层钢丝层的所有钢丝具有基本相同的直径，同一外围线股的径向外层的扭绞角度大于径向内层的扭绞角度；

其特征在于，所述钢丝绳包括同心包围着所述芯部线股的六根所述外围线股，并且在所述钢丝绳中每根线股由扭绞在一起的不超过26根钢丝构成；

所述芯部线股和外围线股中的每一线股的中心钢丝数量为2或3根；

所述芯部线股和外围线股中的每一线股具有由8根钢丝形成的径向内层和由与所述中心钢丝扭绞在一起的14根钢丝形成的径向外层，或者所述芯部线股和外围线股中的每一线股还具有由7根钢丝形成的径向内层和由与所述中心钢丝扭绞在一起的13根钢丝形成的径向外层。

2.如权利要求1所述的钢丝绳，其特征在于，所述芯部线股中的所有层沿着第一方向扭绞，所述外围线股的各层沿着所述第一方向扭绞，所述外围线股沿着与所述第一方向相反的方向围绕着所述芯部线股扭绞。

3.如权利要求1所述的钢丝绳，其特征在于，所述芯部线股与所述外围线股的直径比D1/D2大于1.06且小于1.20。

4.如权利要求1所述的钢丝绳，其特征在于，所述芯部线股和外围线股的每一线股的钢丝直径在0.15mm至0.38mm之间。

5.如权利要求1所述的钢丝绳，其特征在于，所述芯部线股和外围线股的每一线股带有锌或锌合金涂层。

6.如权利要求1-5中任一项所述的钢丝绳用于工程机械轮胎加强的用途。

7.如权利要求1-5中任一项所述的钢丝绳用于橡胶履带加强的用途。