CN112813712B - 一种微细钢丝制索的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种微细钢丝制索的方法及其装置，该方法包括：堆垛放线、分线梳线、张力控制、合股、缠包、夹送牵引、切割、收线；其中，所述堆垛放线，放线的钢丝直径为0.03～3.0mm，放线采用工字轮，以多层、多列的堆垛方式布置；所述分线梳线，采用至少4只分线梳线盘，均匀间隔设置在放线和合股之间，各分线梳线盘沿轴线依次偏转一角度，使钢丝在圆周方向多次、逐级调整，从而累积达到一扭角；分线梳线盘上均匀排列穿线孔，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；本发明方法用超高强度微细钢丝制索，在同等索力需求下，降低索股截面积(即直径)，降低孔隙率，提高索股密实度，同时降低索股自重、增强其跨越能力。

Description

一种微细钢丝制索的方法及其装置

技术领域

本发明涉及钢丝索股制作技术领域，特别涉及一种微细钢丝制索的方法及其装置。

背景技术

钢丝索股在工民建领域有广泛的应用，主要有：桥梁索结构、体育场馆拉索等，其索股结构视应力场合而设计略有差异，拉索一般为平行钢丝正六边形，小角度扭转角；场馆拉索一般为多层钢丝捻股而成，或可称为绞线。钢丝索股根据跨度或空间的需求，设计相应的直径、长度、强度、防腐等性能。目前桥梁吊索有两种产品应用案例，一为平行钢丝索股(小扭角)，钢丝规格多为5.0mm，常规抗拉强度为1770-1860MPa；另一种为钢丝绳，采用细丝捻股而成，GB/T 20118-2017《钢丝绳通用技术条件》中的最高强度等级为2160MPa。体育场馆拉索钢丝以1770、1860MPa设计居多。

索股常规制作流程为：放线—分丝—聚并—整形—矫直—绕包—牵引—绑扎钢丝—切割

设备和装置方面：

1)放线装置，若干个直径1.5-2.3米的框篮，平放、两排布置，根据索股需求，一般设置127盘。

2)分丝装置，采用水平、垂直的若干根圆钢筋穿插在一个铁质圆环内，每根钢丝分别从圆钢筋形成的方孔内穿过，起到分丝作用，圆环可沿平面方向调整角度。

3)聚并和整形：通过六角形模使钢丝成束，并调整六角形形状。

4)矫直：通过一组矫直模来矫直钢丝束。

5)绕包：绕包间距为1.5米，圈数为8～10圈，每根索股的绕包位置相互错开。

6)牵引：通过一套履带牵引机械装置牵引钢丝束行进。

7)绑扎钢丝：为防止发生鼓丝问题，距索股两端锚杯端面1.5m处、用钢丝绑扎定型。

8)切割：根据长度需求，用砂轮片定尺切割。

绳索类产品多以其盘卷运输便利性、高强度、大跨度传力的优越性，在预应力结构中，其美观、施工便利，节省材料，在部分领域已逐步替代大型钢结构。但在较大跨度或重载负荷的应用场合，长且直径较粗的索股，其自重就成为整体结构的一个负担，并且影响更大跨度场合的应用和索力传递。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微细钢丝制索的方法及其装置，采用超高强度(2000MPa以上，最高4500MPa)微细钢丝

制索，在同等索力需求下，降低索股截面积(即直径)，降低孔隙率，提高索股密实度，同时降低索股自重、增强其跨越能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种微细钢丝制索的方法，其包括：堆垛放线、分线梳线、张力控制、合股、缠包、夹送牵引、切割、收线；其中，

所述堆垛放线，放线的钢丝直径为0.03～3.0mm，放线采用工字轮，且，放线含阻尼功能，以多层、多列的堆垛方式布置；

所述分线梳线，采用至少4只分线梳线盘，均匀间隔设置在放线和合股之间，各分线梳线盘沿轴线依次偏转一角度，使钢丝在圆周方向多次、逐级调整，从而累积达到一扭角；分线梳线盘上均匀排列穿线孔，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；

所述张力控制采用每盘恒张力放线、分线梳处线对外层和芯部钢丝设置张力监测，在放线处为每根钢丝或钢丝束的放线盘设置恒定阻尼，使若干钢丝或钢丝束的放线张力一致；分线梳线处的张力传感器测定外层和芯部代表性钢丝的张力值，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内。

优选的，所述(张力范围为相应钢丝破断力的5％-60％)。

优选的，所述堆垛放线组成多边形束或索股的钢丝或束数量为奇数或偶数，以对称布置。

优选的，所述合股采用对束或索股多向挤压方式成型，多向压下力呈正多边形分布，且与束或索股垂直，各压下力可调，与束或索股为滚动摩擦接触压下，接触面包裹耐磨材料。

优选的，所述耐磨材料为铁氟龙或陶瓷材料。

优选的，所述缠包采用缠包带多层绕包，将正多边形或圆形截面形状固定。

在本发明所述微细钢丝制索的方法中：

微细钢丝制索特殊之处在于钢丝超细，最细钢丝直径为

组成束或索股的根数会更多，微细钢丝强度极高，又因钢丝极细，单丝破断力较小，在放线、梳线分线、张力控制方面需要新的设计和布置。

堆垛放线方面，放线阻尼可调，采用统一尺寸的工字轮、空间整齐长方体堆垛方式，高度、宽度、长度方向设置多层、多排工位，可延伸布置，并在中间设置操作通道、排与排之间设置上下盘通道。组成多边形束(或索股)的钢丝(或束)数量可为奇或为偶，可采用接近对称、靠前布置。放线盘的摆放布置，根据微细钢丝或钢丝束的数量，调整出各种组合形式，有利于放线顺利。

分线梳线盘，一是为约束钢丝行进路线，二是为钢丝束形成小扭角，便于成型。其均匀设置在放线和合股之间，设置4处以上，各分线梳线盘角度依次在圆周方向偏转一角度，形成多次、逐级调整，从而累积达到固定的扭角。分线梳线盘选用非钢材质，如铁氟龙等，穿线孔均匀排列布置在梳线盘上，孔采用圆角过渡(R＞10mm)，避免摩擦阻力过大和钢丝镀层损伤。根据索股截面形状(正方形或正六边形等)进行一一对应穿丝(束)。

张力控制方面，采用每盘恒张力放线、分线梳处对部分有代表性钢丝进行张力监测的方式。在放线处为每根钢丝(或钢丝束)的放线盘设置恒定阻尼，使若干钢丝(或束)的放线张力一致。分线梳线处的张力传感器测定外层和芯部代表性钢丝的张力值，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内。

合股为压下固定成型方式，束或索股正多边形的每个面分别设置，施加压力可调，采用滚动摩擦接触压下，接触面包裹耐磨塑料类物质，如铁氟龙材料。

缠包采用一定宽度的缠包带多层绕包，将正多边形或圆形截面形状固定，避免散丝、乱丝。

本发明所述的用于微细钢丝制索的装置，其包括：依次设置的堆垛放线机构、分线梳线机构、张力控制机构、合股器、缠包装置、夹送牵引装置、切割机、收线机；其中，

所述堆垛放线机构，采用若干工字轮，以多层、多列的堆垛方式布置；

所述分线梳线机构，采用至少4只分线梳线盘，均匀间隔设置在堆垛放线机构和合股器之间，各分线梳线盘沿轴线其角度依次在圆周方向偏转一角度；分线梳线盘上均匀排列穿线孔，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；

所述张力控制机构，包括：

若干恒定阻尼，设置于所述放线处为每根钢丝或钢丝束的工字轮处；

若干张力传感器，分别设置于分线梳线处的对应于外层和芯部钢丝上，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内。

在本发明所述的用于微细钢丝制索的装置中：

堆垛放线架，工字轮的多层、多排排列，采用钢结构型式，每个工字轮呈轴线垂直向上布置，放线阻尼用碟刹盘+弹簧阻尼控制，保持匀称阻尼。

张力控制器设置在分线梳线盘前，控制器采用灵敏的凸轮接触设计，微细钢丝压上凸轮，压电控制器形成电信号反馈至制索收线前的夹送牵引装置，实时调节到张力范围内(相应钢丝破断力的5％-60％)。为进入分线梳线盘的边缘圆周钢丝和心部具有代表性的钢丝在线测控张力。分线梳处的张力监测具有代表性位置的钢丝：外层6-8根和中心2根钢丝(可根据需要增减)，张力设定值范围为某种单丝破断力的5％-60％，原则上要求不超过钢丝屈服力、不损伤镀层。

分线梳线盘，采用铁氟龙或陶瓷芯嵌入，与微细钢丝的接触材料选择非金属耐磨材质，在放线末端和合股器之间，至少设置四个分线梳线盘、距离等分、同轴制索(束)，依次逐级扭角，每个盘的圆周用角度刻度标示，精度0.1°。穿线孔孔型按尺寸上述方法特殊设计(圆角过渡R＞10mm)。

合股器，采用多向导轮压下，所述导轮呈正四边形、正六边形布置，合股过程中，导轮旋转，避免微细钢丝与导轮发生硬摩擦，造成表层钢丝镀层损伤或断丝。

缠包装置，采用C型转环带动缠包带卷轴，围绕匀速前进的钢丝索股做旋转运动、缠包，使各钢丝紧固为一个整体。行进缠包中，索股由左右护辊约束控制。

切割机，使用薄砂轮片切割，切割片带完整防护罩。

收线机，采用工字轮卷取收线，层层排列均匀，避免乱线，便于储存和再次使用时的放线。

本发明的有益效果：

因参与制索的钢丝细、且强度高、数量多，采用工字轮收放线型式，放线平稳，有利于微细钢丝的放线和微丝索股收线，不会出现无轴卷的收放线乱丝情况。

放线采用工字轮堆垛方式，因无轴钢丝卷的占地更多(超高强度钢丝往往会弹出、翘头)，工字轮型式克服了无轴卷钢丝问题；而堆垛避免众多工字轮的管理混乱，做到防线区域井井有条、井然有序，节约场地与空间；另外，工字轮放线可实现碟刹盘阻尼直接控制，不会出现现有粗钢丝制索中无轴卷放线中，刹车制动后，钢丝运行反应迟钝问题(微细高强度钢丝一旦出现刹车制动反应迟钝，钢丝会从无轴卷中弹出，很难理顺钢丝)。

分线梳线盘的材质、孔型设计与选择，大大降低了微细钢丝镀层与穿线孔的磨损情况，避免了镀层损伤或者严重的钢丝卡断。分线梳线盘的均匀布置、逐级旋转扭角的设计，降低了超高强度钢丝的行进阻力，缓解了一次扭角到位时超高强度钢丝应力集中问题，也同步降低镀层与分线梳线盘的正压力与摩擦力。

数量众多的微细钢丝参与制索，因空间限制，不可能对每一根钢丝进行张力测控，选择在空间上又代表性的钢丝进行测控，降低了工程测控难度和复杂度。

本发明的有益效果：

因参与制索的微细钢丝数量庞大，本发明微丝制索采用先束后股的方式，有利于过程控制，便于实施，可以使用更细更强的钢丝来制成不同直径、不同索力的索股；同时，可以提高微细钢丝制索效率、降低工程量。

常规制索放线采用地面平铺方式，而数量众多的工字轮或钢丝盘卷使得放线区长度过长，多则上百米，钢丝行径路线过长，不利于梳线和张力控制，人员操作管理不便。通过微丝盘堆垛布置，节约空间和场地，有利于操作和管理人员对每层每排钢丝进行放线管理，提升管理效率。

常规大规格钢丝因破断力大，在制索过程中即使生拉硬拽也不会断丝，但会破坏表面镀层，镀层的损伤往往在制索过程中不易发现。

本发明方法采用在线张力控制反馈形式，实现若干盘微细钢丝同步制索，张力控制信号反馈至牵引夹送环节，可及时调整走线张力，使参与制索的微细丝进入合股处都有均匀稳定的预张力，避免乱丝、断丝，且有利于索股的成型一致性和索股服役中的索力传递。

钢丝分线，常规多见采用多根圆钢丝垂直穿插，类似筛子形式，待制索钢丝从中穿过，实现分线，因垂直圆钢丝交叉形成的孔多为直角，容易在直角处卡住，不能适应数量众多的高强度微细钢丝过线。

本发明方法分段设置、扭角逐步调整的分线梳线装置，可缓解钢丝在某个位子瞬间强力扭曲造成的应力集中，分段设置使微细丝分步、平滑过渡。解决了常规大规格钢丝在制索过程中与交叉垂直布置的原钢筋发生硬摩擦问题，也避免了微细钢丝镀层损伤问题发生。

本发明一体化的微细钢丝制索(束)方法可以使微细钢丝按照设定的形式合股、成索，若以

替代

钢丝计算，其微细钢丝索股的孔隙率降低了4％，索力最高提升一倍以上，或可使降低索股截面积50％以上(同等索力下)。

本发明一体化设计的微细钢丝制索设备，操作便利，创新采用先束后索、堆垛放线、分线梳线的方式，克服了微细丝一次制索成型的工程难题，提高了生产效率和成材率，同等索力条件下降低了索股截面，增强结构缆索跨越能力，保证了索力传递的有效性。

为解决微细丝顺利分丝，避免运行中摩擦阻力过大，造成走线中断丝问题，通过设计分线梳线盘孔型设计、优选材料，降低微细钢丝(镀层)行进中的摩擦阻力，避免镀层损伤，使微细高强钢丝实现同步行进、合股制索；

通过对合股处的变滑动摩擦为滚动挤压设计，确保钢丝在合股时无断丝，表面镀层无损伤。

在制成微细钢丝束后，再将一定盘数的钢丝束继续合股制成索。制索与制束过程基本一直，主要区别在于制索的过线导轮为多向约束，避免正多边形束在行进中发生翻转。

附图说明

图1为本发明微细钢丝制索装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的微细钢丝制索的方法，其包括：堆垛放线、分线梳线、张力控制、合股、缠包、夹送牵引、切割、收线；其中，

所述堆垛放线，放线的钢丝直径为0.03～3.0mm，放线采用工字轮(放线含阻尼功能)，以多层、多列的堆垛方式布置；

所述分线梳线，采用至少4只分线梳线盘，均匀间隔设置在放线和合股之间，各分线梳线盘沿轴线依次偏转一角度，使钢丝在圆周方向多次、逐级调整，从而累积达到一扭角；分线梳线盘上均匀排列穿线孔，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；

所述张力控制采用每盘恒张力放线、分线梳处线对外层和芯部钢丝设置张力监测，在放线处为每根钢丝或钢丝束的放线盘设置恒定阻尼，使若干钢丝或钢丝束的放线张力一致；分线梳线处的张力传感器测定外层和芯部代表性钢丝的张力值，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内(相应钢丝破断力的5％-60％)。

优选的，所述堆垛放线组成多边形束或索股的钢丝或束数量为奇数或偶数，以对称布置。

优选的，所述合股采用对束或索股多向挤压方式成型，多向压下力呈正多边形分布，且与束或索股垂直，各压下力可调，与束或索股为滚动摩擦接触压下，接触面包裹耐磨材料。

优选的，所述耐磨材料为铁氟龙或陶瓷材料。

优选的，所述缠包采用缠包带多层绕包，将正多边形或圆形截面形状固定。

参见图1，本发明所述的用于微细钢丝制索的装置，其包括：依次设置的堆垛放线机构1、分线梳线机构2、张力控制机构3、合股器4、缠包装置5、夹送牵引装置6、切割机7、收线机8及若干过线轮9、9’；其中，

所述堆垛放线机构1，采用若干工字轮11，以多层、多列的堆垛方式布置；

所述分线梳线机构2，采用至少4只分线梳线盘21，均匀间隔设置在堆垛放线机构1和合股器4之间，各分线梳线盘21沿轴线其角度依次在圆周方向偏转一角度；分线梳线盘21上均匀排列穿线孔22，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；

所述张力控制机构3，包括：

若干恒定阻尼，设置于所述放线处为每根钢丝或钢丝束的工字轮处；

若干张力传感器，分别设置于分线梳线处的对应于外层和芯部钢丝上，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内。

实施例

本发明可用于生产超高强度(2000MPa以上)的微细索股制作方法，包括如下步骤：

1)将装有直径0.3～3.0mm微细钢丝的工字轮吊装至放线架，顶针顶推并锁定，若干微细丝盘依此一一上盘；

2)将微细钢丝沿着导轮过线，并依次穿过各级分线梳线盘的对应孔洞，至合股处；根据制作需要，选择是否需要钢丝扭角，对分线梳线盘的角度按比例逐级调整；

3)将所有汇集至合股处的微细丝固定成一股(可用金属多孔板连接或焊接，并使钢丝密排)；

4)将微细丝索股牵引至收线盘并固定，行进过程中，在索股的固定长度上绕包缠包带定型；

5)在制束完成后，在合股装置出口处切断，收放线下盘、打包，单独作为成品；也可继续按上述步骤1)～4)，继续制索(采用过线导轮多向约束避免正多边形行进中翻转)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微细钢丝制索的方法，其特征是，包括：堆垛放线、分线梳线、张力控制、合股、缠包、夹送牵引、切割、收线；其中，

所述堆垛放线，放线的钢丝直径为0.03～3.0mm，放线采用工字轮，且，放线装置含阻尼功能，以多层、多列的堆垛方式布置；

所述分线梳线，采用至少4只分线梳线盘，均匀间隔设置在放线和合股之间，各分线梳线盘沿轴线依次偏转一角度，使钢丝在圆周方向多次、逐级调整，从而累积达到一扭角；分线梳线盘上均匀排列穿线孔，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；

所述张力控制采用每盘恒张力放线、分线梳处线对外层和芯部钢丝设置张力监测，在放线处为每根钢丝或钢丝束的放线盘设置恒定阻尼，使若干钢丝或钢丝束的放线张力一致；分线梳线处的张力传感器测定外层和芯部代表性钢丝的张力值，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内。

2.如权利要求1所述的微细钢丝制索的方法，其特征是，所述张力范围为相应钢丝破断力的5％-60％。

3.如权利要求1所述的微细钢丝制索的方法，其特征是，所述堆垛放线组成多边形束或索股的钢丝或束数量为奇数或偶数，以对称方式布置。

4.如权利要求1所述的微细钢丝制索的方法，其特征是，所述合股采用对束或索股多向挤压方式成型，多向压下力呈正多边形分布，且与束或索股垂直，各压下力可调，与束或索股为滚动摩擦接触压下，接触面包裹耐磨材料。

5.如权利要求4所述的微细钢丝制索的方法，其特征是，所述耐磨材料为铁氟龙或陶瓷材料。

6.如权利要求1所述的微细钢丝制索的方法，其特征是，所述缠包采用缠包带多层绕包，将正多边形或圆形截面形状固定。

7.一种用于微细钢丝制索的装置，其特征在于，包括：依次设置的堆垛放线机构、分线梳线机构、张力控制机构、合股器、缠包装置、夹送牵引装置、切割机、收线机；

其中，

所述堆垛放线机构，采用若干工字轮，以多层、多列的堆垛方式布置；

所述分线梳线机构，采用至少4只分线梳线盘，均匀间隔设置在堆垛放线机构和合股器之间，各分线梳线盘沿轴线其角度依次在圆周方向偏转一角度；分线梳线盘上均匀排列穿线孔，穿线孔采用圆角过渡，R＞10mm；分线梳线盘选用非钢材质；

所述张力控制机构，包括：

若干恒定阻尼，设置于所述放线处为每根钢丝或钢丝束的工字轮处；

若干张力传感器，分别设置于分线梳线处的对应于外层和芯部钢丝上，反馈至收线牵引夹送环节，及时调整到张力设定范围内。

8.如权利要求7所述的用于微细钢丝制索的装置，其特征在于，所述分线梳线盘的穿线孔内嵌入穿线环，该穿线环采用非金属耐磨材料，该非金属耐磨材料为铁氟龙或陶瓷材料。

9.如权利要求7所述的用于微细钢丝制索的装置，其特征在于，所述合股器采用多向导轮设置，所述导轮呈正四边形、正六边形布置。

10.如权利要求7所述的用于微细钢丝制索的装置，其特征在于，所述缠包装置用C型轮环带缠包带旋转包装。

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