CN1276451A - 橡胶制品用的加强钢丝绳以及该钢丝绳的制造方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种加强钢丝绳,它是将镀黄铜外部元件钢丝绕着扁平螺旋形扭绞芯体捻合形成,芯体扭绞方向与钢丝绳捻合方向相同或相反。芯体节距设成使得在钢丝绳节距内芯体被扭绞0.2至2次,从而形成足够间隙。由于间隙的存在,橡胶材料完全填充在钢丝绳中,钢丝绳在抗弯曲疲劳性、橡胶渗透性、空气渗透率、橡胶附着力、相对橡胶的老化附着力、钢丝镀黄铜表面的保护及制造橡胶制品时的可加工性得以改进。本发明还涉及制造钢丝绳的方法和装置。

Description

橡胶制品用的加强钢丝绳以及 该钢丝绳的制造方法和装置
本发明总体说来涉及诸如轮胎和输送带的多种橡胶制品用的加强钢丝绳，更具体地说，本发明涉及这样一种钢丝绳，该钢丝绳是通过将多个外部元件钢丝绕着一个扭绞的扁平芯体捻合而形成的，从而除了在钢丝相互之间有多个间隙外，在芯体和钢丝之间还具有多个间隙，因而，这种钢丝绳使得在橡胶制品的制造过程中橡胶材料能通过间隙更有效地渗入钢丝绳中，在钢丝绳中不会出现芯体的不利移动，而且能改进与橡胶材料的老化附着力。本发明还涉及一种制造这种钢丝绳的方法和装置。
正如本领域的技术人员所知，钢丝绳用作诸如轮胎或输送带的橡胶制品或合成橡胶制品的加强材料。用作这些橡胶制品加强材料的钢丝绳与诸如有机或无机纤维的其它现有加强材料相比，在诸如强度、模量、抗热性和抗疲劳性等所需性能方面较好。因此，与这些其它加强材料相比，钢丝绳更优选地用作加强材料。尤其是当这种钢丝绳被用作子午线轮胎的胎体或钢带层的加强材料时，这种钢丝绳能显著地改善轮胎的抗磨损性、耐用性和驾驶特性。
用作子午线轮胎或输送带的加强材料的钢丝绳通常是通过将多个元件钢丝捻在一起形成一个绞合结构而形成的，或者是通过将多股钢丝捻在一起形成一个钢丝绳结构而形成的。为了使这种钢丝绳能在橡胶制品中执行所需的加强功能，需要使钢丝绳与橡胶材料物理地、化学地并且牢固地结合在一起。
图1至图5是分别表示子午线轮胎用的现有钢丝绳的示例的截面图。
图1示出一种钢丝绳，该钢丝绳具有双层捻合结构并通常用作诸如卡车或公共汽车的大型机动车的钢带子午线轮胎的带层材料。如图所示，钢丝绳具有一个3+6元件钢丝结构，其中六个外元件钢丝1b绕着一个芯体捻合形成一个双层捻合结构，而芯体是通过将三个芯体元件钢丝1a捻合在一起形成的。
但是，上述双层捻合钢丝绳1的问题在于，由于它具有多个元件钢丝，该钢丝绳的结构多少有些复杂。此外，上述钢丝绳1必须通过两个捻合工艺、或者是通过一个捻合三个芯体元件钢丝1a以形成一个芯体的第一捻合工艺和一个绕着芯体捻合六个外元件钢丝1b以形成钢丝绳的第二捻合工艺来制造。除了增加钢丝绳的制造成本，这最终使得制造钢丝绳的工艺复杂化。在上述钢丝绳中，在三个捻合的芯体元件钢丝1a的中心形成有一个中心空间H，但是，在轮胎的制造过程中，橡胶材料几乎不可能渗入中心空间H。因而，钢丝绳1与橡胶材料的老化粘附力不合适地被降低。
上述钢丝绳1遇到的另外的问题是，钢丝绳1多少有些重并具有较大的直径，这与轮胎轻盈的最近趋势或最大安全里程数的最近趋势不相符合。
为了克服双层捻合钢丝绳1的上述问题，一种具有单一层捻合开口结构的钢丝绳已经在日本公开文件No.Heisei.6-65,877中提出。如图2所示的这种日本钢丝绳除了结构简单外，直径也较小。这种钢丝绳是通过单一工艺制造的，与图1的钢丝绳1不同的是，它没有形成捻合芯体的第一捻合步骤。如图所示，多个元件钢丝，例如六个元件钢丝2a捻合在一起形成钢丝绳2，同时它们被分别和过度地预成型。因此，钢丝绳2被外部加压变成略微有些变平，因而，具有一个大体为椭圆形的横截面。在上述钢丝绳2中，在元件钢丝2a之间形成有多个空隙S。
上述钢丝绳2是通过单一捻合工艺制造的，因此，除了钢丝绳制造成本降低以外，还简化了钢丝绳的制造工艺。在上述钢丝绳2中，由于元件钢丝2a在制造钢丝绳2的工艺过程中是被分别和过度地预成型，因此，元件钢丝2a略微有些松散地结合在一起，从而在元件钢丝2a之间形成所需的空隙S。由于这种空隙S，在制造钢带子午线轮胎过程中，橡胶材料可以渗入钢丝绳2中。此外，由于上述钢丝绳2的每个扁平表面在钢丝绳2的全部长度内几乎保持在同一平面上，因此，可以减小所制造轮胎的厚度，同时最好是减小轮胎的重量。
但是，上述钢丝绳2的问题在于，由于元件钢丝2a是松散地捻合在一起，而且是分别地被预成型，钢丝绳2具有过高的延伸率，即使是在低载荷的情况下。这样，钢丝绳2在轮胎制造工艺中很难被工人处理。为了在预定范围内预成型元件钢丝2a，需要采用诸如一个板型预成型装置或一个旋转型预成型装置的专用预成型夹紧装置来机械加工元件钢丝2a。在这种情况下，在元件钢丝2a和夹紧装置之间的接触部分处会产生严重的摩擦，这样就不利地从元件钢丝2a的表面去除了黄铜镀层并损害了元件钢丝2a。这最终降低了橡胶粘附力和钢丝绳2的抗弯曲疲劳特性。
尤其是，上述钢丝绳2在制造具有钢丝绳2的所需橡胶制品的工艺过程中难于处理并且在元件钢丝2a之间必须具有低载荷延伸率的细微差别。因此，难于在贴胶层中规则地排列钢丝绳2，这样就导致所形成的贴胶层的质量不规则。在使用由这种钢丝绳2制成的带层的轮胎的情况下，钢丝绳2在轮胎在路面上旋转过程中很容易松散。这可能最终导致带层出人意料地变形，从而降低了轮胎的行驶特性并偶尔导致安全方面的危险。
图3显示了一种现有的钢丝绳3，它具有一个1+6元件钢丝结构，其中，六个外部元件钢丝3b绕着一个芯体3a捻合而形成一个钢丝绳，芯体3a是由一个具有圆形横截面的芯体元件钢丝形成的。另一方面，图4显示了另一种现有的钢丝绳4，它具有一个1+6元件钢丝结构，其中，六个外部元件钢丝4b绕着一个芯体4a捻合而以与图3所示钢丝绳3相同的方式形成一个钢丝绳。但是，钢丝绳4的芯体4a通过一对压辊被压成具有一个不同于钢丝绳3的芯体横截面的扁平横截面。
在上述图3和图4所示的每个具有1+6元件钢丝结构的钢丝绳3和4中，由于芯体3a和4a的存在，钢丝绳3和4的结构稳定性得以改进。在钢丝绳3和4被拉伸时也可以降低延伸率。但是，上述钢丝绳3和4的问题在于，由于外部元件钢丝绕着芯体密集地捻合，而且外部元件钢丝与芯体连续的线形接触，因此，橡胶材料非常难于渗入芯体3a，4a和外部元件钢丝3b，4b之间的接合处。
在一个具有上述加强钢丝绳3或4组成的带层的钢带子午线轮胎中，钢带层在轮胎在路面上的旋转过程中重复一个弯曲行为，因而被反复地拉伸、压缩，从而被严重加压。由于钢带层的这种弯曲行为，每个钢丝绳的邻近元件钢丝3a和3b以及4a和4b相互摩擦接触，从而在这些摩擦接触表面处渐渐地磨损并在这些表面处发生摩擦疲劳。这最终可能导致带层中的某些钢丝绳断裂。
上述钢丝绳3和4的另一问题在于，芯体3a或4a不能通过橡胶材料与外部元件钢丝3b或4b结合起来，它们自由地保持在由捻合的外部元件钢丝3b或4b限定的中心空间中。因此，每个钢丝绳3和4不利地导致了芯体迁移，其中，芯体3a或4a移向带层的边缘。
图5是一个现有钢丝绳5的横截面图，它具有一个1+6元件钢丝结构，其中一些外部元件钢丝被部分地预成型以克服上述图3和图4所示钢丝绳3和4所遇到的问题。在图5的钢丝绳5中，绕着芯体5a捻合以形成钢丝绳的某些外部元件钢丝5b′被预成型，以使在预成型的元件钢丝5b′之间的接合处是部分地敞开，以改进橡胶材料向钢丝绳5中的渗入。
但是，上述钢丝绳5具有如下问题。即，由这种钢丝绳5组成的钢带层在轮胎在路面上连续旋转过程中重复一个弯曲行为，因而被反复地拉伸、压缩，从而被瞬间和严重地冲击。在这种情况下，在钢带层中的钢丝绳5被超负载。因此，拉伸力和压缩力集中在没预成型的外部元件钢丝5b上，元件钢丝5b具有低的预成型率或者是钢带层单位长度上的被供给的元件钢丝长度较小。因此，上述钢丝绳5结构稳定性较差。
为了在预定范围内预成型元件钢丝5b′，需要采用诸如一个带齿装置的专用预成型夹紧装置来机械加工元件钢丝5b′。在这种情况下，在元件钢丝5b′和夹紧装置之间的接触部分处会产生严重的摩擦，这样就不利地从元件钢丝5b′的表面去除了黄铜镀层并损害了元件钢丝5b′。这最终降低了橡胶粘附力和钢丝绳5的抗弯曲疲劳特性。
因此，本发明已经了解了现有技术中出现的上述问题，本发明的一个目的是提供一种橡胶制品用的加强钢丝绳，该钢丝绳是通过将多个外部元件钢丝绕着一个芯体捻合而形成的，该芯体的结构被改进从而使芯体和外部元件钢丝之间的连续接触面积最小，并且除了在钢丝相互之间存在多个间隙外，在芯体和钢丝之间还形成所需的多个间隙，因而，使得在橡胶制品的制造过程中橡胶材料能更有效地渗入和填充在间隙中，而且能改进与橡胶材料的老化附着力。
本发明的另一目的是提供一种橡胶制品用的加强钢丝绳，该钢丝绳非常牢固地与所需的橡胶制品的橡胶材料结合在一起，从而在施加低载荷的情况下具有低的延伸率并能改进它的结构稳定性。该钢丝绳能有效地抵抗任何弯曲作用并改进它的抗磨损性，从而不会损坏元件钢丝的黄铜镀层，而且，它能完全消除芯体移动的问题。
本发明的另一目的是提供一种制造这种加强钢丝绳的方法和装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种橡胶制品用的加强钢丝绳，该钢丝绳是通过将多个镀黄铜的外部元件钢丝绕着一个扁平螺旋形扭绞芯体捻合而形成的，芯体的扭绞方向与所形成的钢丝绳的捻合方向相同或相反。
在本发明的钢丝绳中，扁平芯体是以与所形成的钢丝绳的捻合方向相同的方向或以与所形成的钢丝绳的捻合方向相反的方向被扭绞的，芯体的节距是钢丝绳的节距的0.2至2倍。因此，可以在钢丝绳中的芯体和外部元件钢丝之间以及外部元件钢丝相互之间形成多个所需的间隙。
在本发明的一个实施例中，绕着扁平螺旋形扭绞芯体形成钢丝绳的至少一个外部元件钢丝除了具有以与芯体相同方式的一个螺旋形扭绞结构外，还具有一个扁平横截面。
在本发明的钢丝绳中的上述间隙改进了橡胶向钢丝绳的渗入，从而使橡胶材料能充分填入钢丝绳中。填充在间隙中的橡胶材料除了防止元件钢丝相互之间的接触之外，几乎彻底地阻止了芯体与外部元件钢丝的直接接触。
因此，当这种钢丝绳通过一个硫化工艺被设置在一个钢带子午线轮胎中时，橡胶材料能通过开口间隙有效地渗入钢丝绳中并填充在钢丝绳中。这有效地防止了由于钢丝之间的摩擦接触导致的钢丝绳的磨损并使钢丝绳中的钢丝的不利断裂减小到最小。芯体周围的间隙中的橡胶材料牢固地固定住芯体在钢丝绳中的位置，从而消除了芯体移动问题。本发明的钢丝绳不采用易于不利地刮破或损坏钢丝的镀黄铜表面的现有预成型装置而制成，因此，除了改进钢丝绳与橡胶材料的老化粘附外，还改进钢丝绳的橡胶附着力。
本发明的钢丝绳具有一个1+n元件钢丝结构(＂n＂表示外部元件钢丝数目)。在这种钢丝绳中，优选地将数目＂n＂设定成3到9中的一个数。具有一个第一多层捻合结构的上述钢丝绳可以直接用作橡胶制品的加强材料，也可用作具有一个第二多层捻合结构的另一种钢丝绳的芯体。具有第一多层捻合结构的上述钢丝绳也可用作具有一个闭合结构的另一种钢丝绳的绳股，这种闭合结构在现有技术中通常采用一个符号＂X＂来表示。另外，本发明的钢丝绳也可具有一个组合结构，该结构既具有这种闭合结构又具有这种多层捻合结构。这种多层捻合结构在现有技术中通常采用一个符号＂+＂来表示。
上述橡胶制品用的加强钢丝绳是通过如下步骤来制造的：冷压一个具有圆形横截面的镀黄铜的钢丝，使该钢丝具有一个扁平横截面；绕着该钢丝的轴线轴向螺旋形地扭绞该钢丝，从而形成所需的扁平螺旋形扭绞芯体；以及将多个外部元件钢丝绕着该芯体捻合以便形成所需的捻合钢丝绳，使得扭绞芯体的扭绞方向和节距中的至少一个与捻合钢丝绳的捻合方向和节距不同。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述或其它目的、特征和优点将变得更易理解。
图1是一个具有3+6元件钢丝结构的现有钢丝绳的横截面图；
图2是一个现有钢丝绳的横截面图，该钢丝绳具有捻合在一起形成一个钢丝绳的六个预成型元件钢丝并且它被外部加压以变成扁平的；
图3是一个具有1+6元件钢丝结构的现有钢丝绳的横截面图，其芯体具有一个圆形横截面；
图4是一个具有1+6元件钢丝结构的现有钢丝绳的横截面图，其芯体是扁平的；
图5是一个具有1+6元件钢丝结构的现有钢丝绳的横截面图，其芯体具有一个圆形横截面，并且一些外部元件钢丝被预成型；
图6a和6b是显示根据本发明第一实施例的加强钢丝绳的结构的视图，其中：
    图6a是钢丝绳的主视图，显示了钢丝绳的结构；和
    图6b是显示沿着图6a中的线A-A、B-B、C-C、D-D和E-
E截取的横截面图；
图7a和7b是显示用于本发明的钢丝绳中的芯体的视图，其中：
    图7a是根据第一实施例的S型扭绞芯体的主视图；以及
    图7b是根据第一实施例的第一变型的Z型扭绞芯体的主视
图；
图8是本发明第一实施例的钢丝绳的放大截面图；
图9a和图9b是钢丝绳的横截面图，钢丝绳是分别通过绕着用作芯体的第一实施例的钢丝绳捻合多个外部元件钢丝形成的，从而形成根据本发明第二实施例的多层捻合结构，其中：
    图9a显示一种钢丝绳，其所有外部元件钢丝具有一个根据
第二实施例的圆形横截面；
    图9b显示一种钢丝绳，其至少一个外部元件钢丝根据第二
实施例的第一变型是扁平的并被螺旋形地捻合；
图10a和图10b钢丝绳的横截面图，钢丝绳是分别通过将用作绳股的三个第一实施例的钢丝绳捻合在一起形成的，从而形成根据本发明第三实施例的闭合结构，其中：
    图10a显示一种钢丝绳，其所有外部元件钢丝绕着每个绳股
的一个扁平螺旋形扭绞的芯体捻合，并具有一个根据第三实施例
的圆形横截面；
    图10b显示一种钢丝绳，其至少一个外部元件钢丝根据第三
实施例的第一变型是扁平的并被螺旋形地捻合；
图11是根据本发明第四实施例的既有一个多层捻合结构又有一个闭合结构的钢丝绳的横截面图；
图12是一个局部剖开立体图，显示包括在本发明的钢丝绳捻合装置中的一个芯体成型组件的结构；
图13至图16的视图显示了一种采用一个捻合装置制造本发明的钢丝绳的工艺，其中：
图13显示了一种采用一个输出-输入(out-in)双倍捻合装置的钢丝绳制造工艺；
图14显示了一种采用一个输入-输出双倍捻合装置的钢丝绳制造工艺；
图15显示了一种采用一个不同于图14的装置类型的输入-输出双倍捻合装置的钢丝绳制造工艺；以及
图16显示了一种采用一个管形捻合装置的钢丝绳制造工艺。
图6a是一个主视图，显示了根据本发明第一实施例的一个加强钢丝绳的结构。图6b是显示沿着图6a中的线A-A、B-B、C-C、D-D和E-E截取的钢丝绳横截面。图7a是一个主视图，显示用于本发明的钢丝绳中的一个S型扭绞芯体。图7b是一个主视图，显示用于本发明的钢丝绳中的一个Z型扭绞芯体。图8是本发明的钢丝绳的放大截面图。
如图所示，本发明的钢丝绳10有一个芯体11，其六个外部元件钢丝12分别镀有一个黄铜层并绕着芯体11捻合，从而形成所需的钢丝绳。芯体11是通过沿长度方向扭绞一个扁平钢丝以形成一个螺旋形扭绞结构而形成的。
在本发明中，上述芯体11可以以与钢丝绳10捻合方向相同的方向沿长度方向扭绞，如图7a所示，或者以与钢丝绳10捻合方向相反的方向沿长度方向扭绞，如图7b所示。
扭绞的芯体11的节距P2设定成使芯体11在钢丝绳10的节距P1内被扭绞0.2到2次，从而增加钢丝绳10中的芯体11几何学上占据的空间，同时在外部元件钢丝12之间提供多个间隙S，如图8所示。因此，在具有一个1+n元件钢丝结构的钢丝绳10的节距P1内的相邻外部元件钢丝12之间形成了一个不小于0.02mm的间隙。
在这种情况下，扭绞的芯体11的节距P2在钢丝绳10的全部长度内几乎有规则地保持不变。在本发明中，芯体11的扭绞结构也可以变成一个组合结构，其中，芯体11在前面的数个部分以与钢丝绳10捻合方向相同的方向被局部扭绞，在随后的数个部分不被扭绞，而在其余的部分以与钢丝绳10捻合方向相反的方向被扭绞。
在本发明的钢丝绳10中，多个开口间隙形成在芯体11与外部元件钢丝12之间以及元件钢丝相互之间，因此，改进了橡胶材料向钢丝绳5的渗入并能在橡胶制品制造的硫化工艺过程中被填充橡胶材料。这最终改进了钢丝绳10与橡胶材料的老化附着力，并几乎完全消除了接合处的磨损问题和芯体移动问题。
为了实现钢丝绳10的上述优点和运行效果，除了钢丝绳10的节距P1之外，还需要合适地设定外部元件钢丝12的直径以及芯体11的平直率和直径。
在本发明中，当芯体11的直径随着每个元件钢丝12的直径减小而增大时或当芯体11的平直率增大时，元件钢丝12之间的开口间隙和在钢丝绳10的中心部分处的元件钢丝12占据的空间都优选地被增大。在这种情况下，橡胶材料向钢丝绳10中的渗入得以改进。但是，当芯体11的直径和平直率过度增大时，所形成的钢丝绳的直径增大，因而不利地增加了橡胶贴胶层的厚度。
因此，为了改进橡胶材料向钢丝绳10中的渗入和钢丝绳10的结构稳定性，而又不增加所形成的钢丝绳的直径，除了设定钢丝绳10的节距P1外，必须根据下面的关系式(1)合适地设定外部元件钢丝12的直径以及芯体11的平直率和直径。
关系式(1)
0.7d1≤d2≤1.3d1
1.05≤F＝L/m≤2.0
L＝d2{1+π/2·(θ/360)/(cosθ/2)-1/2 sin θ/2}
θ＝2cos-1m/d2
P2＝±(0.2～2)P1
其中：
d1是每个外部元件钢丝的直径(mm)；
d2是被压扁前的最初芯体的直径(mm)；
F是芯体的平直率；
L是扁平芯体的长轴直径(mm)；
m是扁平芯体的短轴厚度(mm)；
θ是芯体的扁平角度；
P1是捻合钢丝绳的节距(mm)；
P2是扭绞芯体的节距(mm)。
在本发明中，每个外部元件钢丝12的直径和被压扁前的最初芯体11的直径优选地设定为0.1-0.5mm。此外，在每个芯体11和元件钢丝12中的碳C的含量设定为重量百分比为0.65-1.1％。优选地也在芯体11和元件钢丝12的表面镀上黄铜。
本发明的钢丝绳10的尺寸和组成的上述限制是根据以下来确定的。
在本发明的钢丝绳10中，扭绞的芯体11的节距P2设定成使芯体11在钢丝绳10的节距P1内以与钢丝绳10的捻合方向相同的方向或以与钢丝绳10的捻合方向相反的方向被扭绞0.2到2次，从而在芯体11和元件钢丝12之间形成开口间隙。当节距P2被设定成使芯体11在节距P1内被扭绞小于0.2次时，由于用于螺旋形扭绞芯体11的芯体成型组件的过高旋转速度，难于扭绞芯体11以形成所需的结构。另一方面，当节距P2被设定成使芯体11在节距P1内被扭绞大于2次时，几乎不可能在芯体11和元件钢丝12之间形成所需的间隙。
在本发明中，芯体11的平直率F设定为1.05-2.0。当平直率F大于2.0时，橡胶材料向钢丝绳10的渗入得以改进，但钢丝绳10的直径被过度增大，从而不利地增加了橡胶贴胶层的厚度。另一方面，当平直率F小于1.05时，橡胶材料向钢丝绳10的渗入减少，因为在芯体11和元件钢丝12之间的间隙减小。因此，为了实现轮胎轻盈的新趋势以及橡胶材料向钢丝绳10的渗入，芯体11的平直率F必须设定为1.05-2.0。
图9a和图9b是钢丝绳13和13′的横截面图，它们是分别通过绕着用作芯体的第一实施例的钢丝绳10或10a捻合多个外部元件钢丝形成的，从而形成根据本发明第二实施例的多层捻合结构。其中图9a显示一种钢丝绳，其所有外部元件钢丝具有一个根据第二实施例的圆形横截面；而图9b显示一种钢丝绳，其有一个或多个外部元件钢丝根据第二实施例的第一变型是扁平的并被螺旋形地捻合。在附图中，扁平螺旋形扭绞的芯体用标号11表示，而扁平螺旋形捻合的外部元件钢丝用标号11a表示。
图10a和图10b是钢丝绳14和14′的横截面图，它们是分别通过将用作绳股的三个第一实施例的钢丝绳10或10b捻合在一起形成的，从而形成根据本发明第三实施例的闭合结构。其中，图10a显示一种钢丝绳14，其所有外部元件钢丝绕着每个绳股10的一个扁平螺旋形扭绞的芯体11捻合，并具有一个根据第三实施例的圆形横截面；而图10b显示一种钢丝绳14′，其有一个或多个外部元件钢丝根据第三实施例的第一变型是扁平并被螺旋形地捻合。在图10b中的扁平螺旋形捻合的外部元件钢丝用标号11b表示。
图11是根据本发明第四实施例的既有一个多层捻合结构又有一个闭合结构的钢丝绳15的横截面图。在图11的实施例中，七个绳股10d绕着一个芯体10c捻合以形成所需的钢丝绳15。在这种情况下，每个绳股10d是通过将三个元件钢丝捻合在一起形成的，从而形成一个单一层的捻合结构，三个元件钢丝包括至少一个扁平螺旋形扭绞的钢丝11c。另一方面，芯体10c是通过绕着一个扁平螺旋形扭绞的芯体11捻合六个外部元件钢丝形成的，从而形成一个双层捻合结构，六个外部元件钢丝包括至少一个扁平螺旋形扭绞的钢丝11c。
即，本发明的钢丝绳可以设定在所需的橡胶制品中，诸如子午线轮胎中，从而可用作橡胶制品的加强材料。另外，本发明的钢丝绳也可用作具有多层捻合结构的钢丝绳的芯体，以及可用作具有一个闭合结构的钢丝绳的绳股。
以下将参照图12详细描述本发明的钢丝绳的制造工艺和本发明的钢丝绳制造装置的结构，图中显示了优选用于制造本发明钢丝绳的工艺步骤中的组件的结构。
图12是一个局部剖开立体图，显示了用于制造本发明钢丝绳的工艺中的一个芯体成型组件21的结构。
芯体成型组件21安装在一个钢丝绳捻合装置中的芯体通道上，该组件位于一个芯体绕线架(未示出)出口端附近的一个位置上。
如图12所示，用于压扁并螺旋形扭绞一个芯体20a的芯体成型组件21包括一个圆柱形壳体22，它在其每个端板22a的中心具有一个芯体通过孔22a。压辊组件23沿着芯体通道设置在壳体22中。一个中空的圆柱形转动轴24在外部并居中地固定到壳体22的入口端板22a上。组件21还具有一个动力传动机构25，该机构用于向转动轴24传递一个转动力。
另一方面，一个由一中心有孔的圆盘26a和一个中空圆柱形轴26b结合在一起组成的芯体分配引导部件26在外部并居中地固定到壳体22的出口端板22a上。
压辊组件23包括多对压辊23a、23b和23c，它们沿着芯体通道布置在壳体22中。在这种情况下，每对压辊23a、23b或23c中的两个压辊绕着芯体通道相对布置，并且相互间隔开以便在它们之间形成预定的辊隙。上述压辊23a、23b和23c的转动轴由壳体22中的支架(未示出)可转动地固定并由轴承(未示出)支承。
在图12的实施例中，动力传动机构25包括一个带式传动机构，它有一个连接到驱动马达(未示出)的输出轴上的主动轮25a。机构25还有一个从动轮25b，它同心地固定到转动轴24的外端部，一个环带25c环绕着两个轮25a和25b，以便将主动轮25a的转动力传递到从动轮。
当然，应理解的是，带式传动机构25可以变换成现有技术的其它动力传动机构，诸如链式传动机构或齿轮传动机构。在链式传动机构的情况下，两个轮25a和25b可以变换成两个链轮，并且带25c变换成环绕着链轮的链条。
在上述芯体成型组件的运行过程中，具有圆形横截面并从一个绕线架(未示出)供给的芯体20a首先穿过入口端板22a的中空转动轴24被引入壳体22并通过压辊对23a、23b和23c之间的辊隙，然后穿过出口端板22a的芯体分配引导部件26从壳体22排出。在本发明中，每对压辊设计成可对所述压辊隙进行调节。
上述组件21如下所述地运行以使芯体20a塑性变形，从而使芯体具有一个扁平横截面并使扁平芯体20a螺旋形地纵向扭绞。
即，穿过入口端板22a的中空转动轴24引入壳体22的芯体20a通过压辊对23a、23b和23c之间的辊隙。在这种情况下，压辊对23a、23b和23c使芯体20a压扁，从而使芯体具有所需的扁平横截面。
在组件21的运行过程中，包括压辊23的组件21绕着芯体通道转动。当组件21沿着图12中的箭头P所示方向绕着芯体通道转动时，在压辊组件23的入口A处的芯体20a首先被螺旋形地扭绞以形成一个Z型扭绞结构。即，由于芯体20a在压力下紧紧地固定在壳体22内的压辊23a、23b和23c之间的辊隙中，芯体20a随着壳体22的转动运动而转动，因此，芯体20a在被压辊组件23辊压之间首先被扭绞成在压辊组件23入口A处的Z型扭绞结构。
从压辊组件23伸出的扁平芯体20a在通过引导部件26从壳体22分配出去之前接着被扭绞以形成一个在压辊组件23出口C处的S型扭绞结构。
因此，压辊组件23的辊压工艺确定芯体20a的主Z型扭绞结构，同时压扁芯体20a。此后，从最后的压辊对23c伸出的扁平芯体20a接着被扭绞以形成一个S型扭绞结构。
简而言之，在压辊组件23的出口C处的芯体20a的S型扭绞抵消了形成在压辊组件23的入口A处的芯体20a的Z型扭绞。在芯体20a被扭绞形成一个在压辊组件23的入口A处的Z型扭绞之后，芯体20a的横截面从一个圆形横截面变形成一个在第一和第二压辊对23a和23b之间的位置B处的扁平横截面，同时确定Z型扭绞结构。此后，扁平芯体20a在压辊组件23的出口C处被扭绞形成一个S型扭绞结构，因此，所形成的芯体20a仅有一个S型扭绞外观结构。
因此，可以改变芯体20a的扭绞方向以形成一个S或Z型扭绞结构和/或通过适当地控制芯体成型组件21的转动方向和转动速度来根据需要调节芯体20a的扭绞节距。
在本发明的芯体成型组件21中，可以使芯体20a具有两个扭绞方向，除了沿着钢丝绳20长度方向的截面上的不同节距外。为了实现上述目的，动力传动机构25的驱动马达可以在转动方向和转动速度方面被适当地控制。在上述芯体成型组件21中，可以仅用一对压辊或用数对压辊来组成压辊组件23。为了实现精确的压辊操作，一个具有预定尺寸的凹槽优选地沿着每个压辊的圆周辊压表面形成。在这种情况下，压辊组件23使芯体20a具有一个与凹槽轮廓相对应的横截面。
在本发明中，芯体成型组件21可以由一个钢丝绳捻合装置的转动飞轮或其它转动组件输出的转动力来运行，以取代来自动力传动机构25的单独驱动马达的转动力。即，可以将芯体成型组件21设计成与捻合装置的转动组件一起运行，以下将对此进行描述。
即，在使芯体20a成型的辊压工艺中，芯体成型组件21的压辊组件23不是通过动力传动机构25的单独驱动马达输出的转动力来运行的，而是通过芯体20a通过组件23时产生的芯体20a的牵引力连同钢丝绳捻合装置的运行一起来驱动旋转的。芯体成型组件21因此压扁芯体20a。此后，芯体20a被钢丝绳捻合装置螺旋形扭绞形成一个S或Z型扭绞结构。在这种情况下，可以通过一个单一装置使芯体扭绞工艺和钢丝绳捻合工艺同时进行。
如图13至图16所示，采用一个具有上述芯体成型组件21的钢丝绳捻合装置来制造本发明的一种所需钢丝绳。
图13至图16是显示制造本发明的钢丝绳的工艺的视图。其中，图13显示了一种采用一个输出-输入双倍捻合装置制造具有一个1+6元件钢丝结构的钢丝绳的工艺，芯体成型组件设置在一个芯体供应绕线架附近。图14显示了一种采用一个输入-输出双倍捻合装置制造具有一个1+6元件钢丝结构的钢丝绳的工艺，芯体成型组件设置在一个芯体供应绕线架附近。
以下将对分别采用图13和图14中的两种装置的两种钢丝绳捻合工艺进行描述，两种装置中的相同部件以相同的标号表示。
如图13和14所示，从绕线架27供给的芯体20a首先穿过芯体成型组件21的压辊组件23的压辊隙，从而被冷压成具有一个扁平横截面。
芯体成型组件21的压辊组件23不是通过一个单独的驱动马达的输出转动力来运行的，而是通过穿过组件23辊隙的芯体20a沿着图13和图14中的小箭头所示的一个方向的牵引力来运行的。换句话说，从芯体成型组件21的压辊组件23伸出的芯体20a的牵引力被用作压辊组件23的驱动力。
在这种情况下，包括压辊组件23的芯体成型组件21以速度Ns沿着图12中的小箭头P所示的方向转动。
此后，六个外部元件钢丝20b在该装置的成缆点28与从芯体成型组件21排出的扁平螺旋形扭绞芯体20a结合，从而形成组合钢丝绳。
具有外部元件钢丝20b和扁平螺旋形扭绞芯体20a的上述组合钢丝绳在绕过导向滚29之前主要通过钢丝绳捻合装置的转动飞轮30的转动作用捻合。在这种情况下，飞轮30以转速Nc转动，因此，组合钢丝绳初步通过Nc被捻合。
此后，初步捻合的钢丝绳在绕过安装在转动飞轮30上且与导向滚29相对的一个位置上的导向滚31之前接着或最终地通过Nc被捻合。最终捻合的钢丝绳20被导向钢丝绳捻合装置的接受卷架32，从而卷绕在卷架32上并完成制造所需钢丝绳20的工艺。在图13所示的装置中，接受卷架32安装在转动飞轮30中，而图14的装置的接受卷架安装在转动飞轮30外部。
为了控制所形成的钢丝绳20的质量，一个过扭绞器(未示出)和一个校正滚(未示出)以与现有捻合装置的过扭绞器和校正滚相同的方式安装在芯体通道位于导向滚31和接受卷架32之间的位置上。由于具有过扭绞器和校正滚，对于该装置可以优选地使钢丝绳20不会有任何剩余的扭力，除了钢丝绳20的线性度的改进和弧形高度的减小外。
由图13和图14的每个装置制造的钢丝绳20的捻合方向和节距相对于芯体20a的捻合方向和节距描述如下。
当芯体成型组件21和转动飞轮30沿相同方向旋转时，芯体20a在芯体成型组件21的出口处以每芯体移动长度Ns的速度被初步扭绞。另一方面，由芯体20a与外部元件钢丝20b的组合形成的钢丝绳20在转动飞轮30的每360°转动作用下沿着与芯体20a的初步扭绞方向相反的方向以2Nc的速度被双倍捻合。因此，通过转动飞轮30形成的芯体20a的2Nc捻合抵消了通过芯体成型组件21形成的Ns捻合，因而，芯体20a的最终结构是由2Nc-Ns捻合限定的，该捻合沿着与所形成的钢丝绳20的捻合方向相同的方向延伸。在这种情况下，钢丝绳20具有一个2Nc捻合结构。
另一方面，当芯体成型组件21沿着与转动飞轮30的方向相反的方向转动时，芯体20a在芯体成型组件21的出口处以每芯体移动长度Ns的速度被初步扭绞并由于转动飞轮30的转动作用接着以2Nc被扭绞。因此，所形成的钢丝绳20的芯体20a具有一个扭绞结构，其中，芯体20a沿着与所形成的钢丝绳20的捻合方向相同的方向以2Nc+Ns被扭绞。
正如本领域的熟练技术人员所知，在通过图13和图14的每个装置制造的钢丝绳20中的扭绞芯体20a的节距Ps可以通过控制钢丝绳20的节距Pc和装置的转动速度(Nc)来调节，除了表示在以下的关系式(2)中的芯体成型组件21的转动速度(Ns)外。
关系式(2)
Ps＝2Pc/{2±(Ns/Nc)}
在上述关系式(2)中，在芯体成型组件21沿着与转动飞轮30的转动方向相同的方向转动的情况下，选择符号“+”。而在芯体成型组件21沿着与转动飞轮30的转动方向相反的方向转动的情况下，选择符号“-”。另外，当Ps大于零时，芯体20a的扭绞方向与钢丝绳20的捻合方向相同。同时，当Ps小于零时，芯体20a的扭绞方向与钢丝绳20的捻合方向相反。
另一方面，扭绞芯体20a的节距Ps和钢丝绳20的节距Pc之间的关系如下。即，当钢丝绳20沿着与芯体20a的扭绞方向相同的方向捻合时，捻合的外部元件钢丝20b在0.9Pc-1.1Pc的范围内几乎平行于扭绞的芯体20a延伸，因此，不利地减少了橡胶材料向钢丝绳20的渗入和钢丝绳20的结构稳定性。
当Ps＜0.2Pc时，芯体20a必须在单位长度内被过度扭绞，从而在制造钢丝绳20时迫使芯体成型组件21以过高的速度转动并降低了生产率。
图15显示了一种采用一个不同于图14的装置类型的输入-输出双倍捻合装置的本发明的钢丝绳制造工艺。如图所示，该输入-输出双倍捻合装置具有一个位于芯体供应绕线架33附近位置的芯体成型组件21。在该装置的运行过程中，从绕线架33供给的芯体20a首先通过芯体成型组件21，同时使其横截面从圆形横截面冷变形为扁平横截面并被沿长度方向螺旋形地扭绞。
即，从位于钢丝绳捻合装置外侧的绕线架33供给的芯体20a在到达由第一和第二转动飞轮34a和34b之前通过位于芯体成型组件21中的压辊组件23的辊隙。
在这种情况下，芯体成型组件21的压辊组件23不是通过由一个单独驱动马达输出的转动力来运行的，而是由穿过压辊组件23的辊隙的芯体20a的牵引力带动旋转的，沿着图15中的小箭头P所示的方向。换句话说，从芯体成型组件21的压辊组件23伸出的芯体20a的牵引力被用作压辊组件23的驱动力。
在这种情况下，包括压辊组件23的芯体成型组件21以速度Ns沿着图15中的箭头P所示的方向转动。
从芯体成型组件21给出的扁平螺旋形扭绞芯体20a在到达位于双倍捻合组件34中的成缆点37之前绕过第一和第二导向滚35和36，从而在成缆点37处与六个外部元件钢丝20b结合并形成一个组合钢丝绳。上述第一导向滚35位于第一转动飞轮34a的第一端的外侧，而第二导向滚36位于转动飞轮34a的第二端的内侧。
此后，具有外部元件钢丝20b和扁平螺旋形扭绞芯体20a的上述组合钢丝绳在到达接受卷架40之前绕过第三和第四导向滚38和39，所形成的钢丝绳20绕着接受卷架40缠绕以完成制造钢丝绳20的工艺。在图15的装置中，第三和第四导向滚38和39设置在第二转动飞轮34b的相对端，而接受卷架40设置在双倍捻合组件34外侧。
由于上述装置的两个转动飞轮34a和34b位于双倍捻合组件34的一个轴的相对端，它们以相同转动速度沿着图15中的箭头Q所示方向转动。
由上述装置装置制造的钢丝绳20的捻合方向和节距相对于芯体20a的捻合方向和节距描述如下。
当芯体成型组件21和转动飞轮34a和34b以相同方向转动时，芯体20a在芯体成型组件21的出口处以每芯体移动长度Ns的速度被初步扭绞。另一方面，由芯体20a与外部元件钢丝20b的组合形成的钢丝绳20在第一转动飞轮34a的每360°转动作用下沿着与芯体20a的初步扭绞方向相反的方向以2Nc速度被初步双倍捻合。钢丝绳20也在第二转动飞轮34b的每360°转动作用下沿着与芯体20a的扭绞方向相同的方向以2Nc接着被捻合。因此，通过第二转动飞轮34b形成的芯体20a的第二2Nc捻合抵消了通过第一转动飞轮34a形成的第一2Nc捻合，并且只有由芯体成型组件21形成的Ns捻合保留在芯体20a的最终结构中。芯体20a的上述Ns捻合沿着与所形成的钢丝绳20的捻合方向相同的方向延伸。在这种情况下，钢丝绳20具有一个2Nc捻合结构。
另一方面，当芯体成型组件21沿着与两个转动飞轮34a和34b的转动方向相反的方向转动时，芯体20a在芯体成型组件21的出口处以每芯体移动长度Ns的速度被初步扭绞并由于两个转动飞轮34a和34b的转动作用接着通过2Nc-2Nc被扭绞。因此，所形成的钢丝绳20的芯体20a最终具有一个扭绞结构，其中，芯体20a沿着与所形成的钢丝绳20的捻合方向相反的方向以Ns+(2Nc-2Nc)被扭绞。
以与图13和图14的实施例的双倍捻合装置的相同方式，由图15的双倍捻合装置制造的钢丝绳20中的扭绞芯体20a的节距Ps可以通过控制钢丝绳20的节距Pc和装置的转动速度(Nc)来调节，除了表示在以下的关系式(3)中的芯体成型组件21的转动速度(Ns)外。
关系式(3)
Ps＝±2Pc(Nc/Ns)
在上述关系式(3)中，在芯体成型组件21沿着与两个转动飞轮34a和34b的转动方向相同的方向转动的情况下，选择符号“-”。而在芯体成型组件21沿着与两个转动飞轮34a和34b的转动方向相反的方向转动的情况下，选择符号“+”。
图16显示了一种根据本发明采用管形捻合装置的钢丝绳制造工艺。如图所示，该管形捻合装置具有一个位于芯体供应绕线架41附近位置的芯体成型组件21。在该装置的运行过程中，从绕线架41供给的芯体20a首先通过芯体成型组件21，同时使其横截面从圆形横截面冷变形为扁平横截面并被沿长度方向螺旋形地扭绞。
即，从绕线架41伸出的芯体20a在到达捻合装置的转动飞轮42之前通过位于芯体成型组件21中的压辊组件23的辊隙。
在这种情况下，芯体成型组件21的压辊组件23不是通过由一个单独驱动马达输出的转动力来运行的，而是由穿过压辊组件23的辊隙的芯体20a的牵引力来驱动旋转的，沿着图16中的小箭头P所示的方向。换句话说，从芯体成型组件21的压辊组件23伸出的芯体20a的牵引力被用作压辊组件23的驱动力。
在钢丝绳的制造工艺过程中，包括压辊组件23的芯体成型组件21以速度Ns沿着图16中的箭头P所示的方向转动。
从芯体成型组件21给出的扁平螺旋形扭绞芯体20a移向转动飞轮42，同时被设置在转动飞轮42上的芯体导向装置(未示出)所引导。
另一方面，多个外部元件钢丝供应绕线架43位于转动飞轮42中的一个托架上并分别向一个预成型组件44供应外部元件钢丝20b，预成型组件设置在飞轮42的出口端附近。在这种情况下，从绕线架43供给的外部元件钢丝20b在通过预成型组件44之前被沿着转动飞轮42的外表面引导。上述钢丝20b在通过预成型组件44时被预成型并通过一个秤锤45绕着芯体20a捻合以形成所需的钢丝绳20。从秤锤45给出的上述钢丝绳在被缠绕在一个接受卷架46之前通过一个过扭绞器(未示出)和一个校正滚(未示出)。在这种情况下，过扭绞器和校正滚的目的在于控制所形成的钢丝绳20的质量。
在上述管形捻合装置的运行过程中，当芯体成型组件21和转动飞轮42以相同方向转动时，在所形成的钢丝绳20中的芯体20a具有一个Ns捻合结构，该结构是由芯体成型组件21形成的，而无论转动飞轮42的转速rpm如何，芯体20a的Ns捻合以与所形成的钢丝绳20的捻合方向相同的方向延伸。
另一方面，当芯体成型组件21以与转动飞轮42相反的方向转动时，在所形成的钢丝绳20中的芯体20a以与所形成的钢丝绳20的捻合方向相反的方向以Ns被扭绞。
在由图16的装置制造的钢丝绳20中，扭绞芯体20a的节距Ps表示在以下的关系式(4)中。
关系式(4)
Ps＝±Pc(Nc/Ns)
在上述关系式(4)中，在芯体成型组件21沿着与转动飞轮42的转动方向相反的方向转动的情况下，选择符号“-”。而在芯体成型组件21沿着与转动飞轮42的转动方向相同的方向转动的情况下，选择符号“+”。
通过以下示例可以更好地理解本发明，这些示例被提出用于说明目的，而并不构成对本发明的限制。示例1和比较例1至5
为了将图6中的本发明钢丝绳的特性与图1至图5中的现有钢丝绳进行比较，在表1所示的条件下制造六种钢丝绳样品(示例1和比较例1至5)。在这种情况下，每一钢丝绳样品分别采用一个直径为0.34mm的芯体制造而成，除了分别具有直径为0.32mm的六个外部元件钢丝外。上述的每一芯体和钢丝是由具有重量百分比为0.82％的碳且直径为5.5mm的高碳钢丝(POSCORD 80)通过酸水洗涤工艺、干拉工艺、热处理工艺、镀黄铜工艺和精细湿拉工艺制成的。
在示例1(本发明)的钢丝绳和比较例1至5(现有技术)的钢丝绳制造之后，所有六种钢丝绳的特性被检测，这些特性诸如抗弯曲疲劳性、橡胶附着力、橡胶渗透性、空气渗透率、断裂强度、低载荷延伸率、可加工性以及从黄铜层表面溶解的Fe量。检测结果给出在表1中。
                                                       表1
  项目           示例(图6)     比较例1(图1)   比较例2(图2)   比较例3(图3)   比较例4(图4)   比较例5(图5)
结构 具有扭绞节距的扁平芯体  双层钢丝绳 辊压钢丝绳   单一芯体   扁平芯体  外部预成型
1×0.34+6×0.32 1×0.34+6×0.32  3×0.2+6×0.32   6×0.32           1×0.34+6×0.32
  平直率(F)芯体直径(mm)节距(mm)排列方向断裂强度(kgf)抗弯曲疲劳性*橡胶渗透性*空气渗透率(分钟)溶解的Fe量(g/m2)橡胶附着力(kgf)老化附着力(kgf)低载荷延伸率(％)断裂延伸率(％)抗芯体移动性可加工性 1.61.0010/14S/S170.411810025.30.2282.881.50.032.5◎◎ 1.251.0410/14S/S170.521129521.50.2382.279.80.032.6◎◎ 1.097/14S/Z170.8100908.80.2281.578.60.042.6◎◎ 0.9714S142.28710024.50.3778.577.40.554.3-× 0.9814S170.395101.20.2375.848.80.032.6×◎ 1.60.0314S170.696251.60.2377.652.20.042.7△○ 1.0614S169.2899521.80.4582.480.10.183.2○×
在上述表1中，标有*标记的钢丝绳样品的抗弯曲疲劳性和橡胶渗透性是以相对于图1的比较例的参照钢丝绳样品的百分数而进行检测的。
首先，按如下方式检测抗弯曲疲劳性。即，每一钢丝绳样品被设置在横截面为5mm(长度)×2.5mm(宽度)的模制长方形橡胶样品中。具有钢丝绳样品的模制橡胶样品在预定的硫化条件下采用具有35kgf/cm2的100％模数的橡胶复合物进行硫化。在硫化之后，三滚弯曲疲劳检测机的三个弯曲轮重复地左右移动，同时计数三个弯曲轮的往复循环数，直到每一橡胶样品中的钢丝绳样品由于例如磨损疲劳而断裂。将所计数的往复循环数与图1的比较例1的参照样品的往复循环数进行比较。
第二，按如下方式检测橡胶渗透性。即，每一钢丝绳样品在硫化橡胶样品之前被设置在橡胶样品中。在硫化之后，渗入并沿着纵向填在每一钢丝绳样品的中心空间中的纵向橡胶在它的纵向填入状态被检测，然后将检测结果转换成一个长度单位。六种钢丝绳样品被检测的橡胶渗透特性相互比较并表示在表1中，其中，橡胶渗透性的值为“100”意味着钢丝绳样品的中心空间被完全填满了橡胶。
第三，按如下方式检测空气渗透率。即，长度为25mm的每一钢丝绳样品被设置在横截面为π×(5mm(直径)/2)2的模制长方形橡胶样品中。具有钢丝绳样品的模制橡胶样品在预定的硫化条件下采用具有35kgf/cm2的100％模数的橡胶复合物进行硫化。在硫化之后，具有钢丝绳样品的每一橡胶样品被这样设置以检测空气渗透率：使橡胶样品的一端设置在大气压下，其另一端设置在0.5atm的真空腔中。通过检查25ml空气从大气穿过每一橡胶样品进入真空腔的时间来检测空气渗透率。
第四，从每一钢丝绳样品的黄铜层表面溶解的Fe量被检测以确定每一钢丝绳样品黄铜层的磨损程度，如果存在黄铜层的话。这种溶解的Fe量按如下方式检测。即，从每一钢丝绳样品的黄铜层表面的单位面积(m2)溶解的Fe量(g/m2)在预定的条件下，即0.5N-HNO3(溶液)×22℃(温度)×1分钟(时间)，通过一个Fe溶解试验进行检测。在这种试验中，每单位时间内溶解的Fe量与每一钢丝绳样品的黄铜层表面的损坏成比例地增大。
第五，橡胶附着力试验是通过ASTM2229(美国标准试验方法2229)进行的，而老化附着力试验是在70℃×96％RH×7天的条件下通过MPA(透潮性粘附)进行的。
第六，低载荷延伸率(％)是在每一钢丝绳样品被加以0.25-3.0kgf的载荷时从每一钢丝绳样品的延伸确定的。低载荷延伸率(％)与每一钢丝绳样品的可加工性成反比。
第七，每一钢丝绳样品的芯体移动表示了在每一钢丝绳样品中的芯体和外部元件钢丝之间的附着力。在表1中，表示芯体移动的符号◎、○、△和×分别表示良好、好、正常和较差。
最后，可加工性表示每一钢丝绳样品在制造所需轮胎的工艺中是容易或不容易被处理。由于钢丝绳的捻合结构稳定性，每一钢丝绳样品具有与其低载荷延伸率成反比的改进的可加工性。在表1中，表示可加工性的符号◎、○、△和×分别表示良好、好、正常和较差。
如表1所示，示例1(本发明)的钢丝绳样品与比较例1至5(现有技术)的钢丝绳样品相比在抗弯曲疲劳性方面具有显著的改进。这是由于本发明的钢丝绳具有改进的橡胶渗透性，从而在芯体与外部元件钢丝之间以及外部元件钢丝相互之间的间隙中实现了橡胶的完全填充。填充在钢丝绳间隙中的橡胶在钢丝绳中起着冲击吸收材料的作用，从而有效地防止芯体和外部元件钢丝相互直接摩擦接触，即使是在施加反复的张力和压缩应力的情况下。这最终改进了钢丝绳的抗磨损性。
按照从钢丝绳样品的黄铜层表面溶解的Fe量试验，应注意的是，比较例5(图5)的钢丝绳样品具有大量的溶解Fe，这是由于每一钢丝的黄铜层在钢丝的部分预成型工艺过程中被损坏。同时，本发明的钢丝绳样品具有一个开口结构，而不需这种预成型工艺，因此，几乎没有这种Fe以所预期的相同方式从比较例1(图1)的钢丝绳样品中溶解。
本发明的钢丝绳与现有钢丝绳相比在与橡胶的老化附着力方面也具有显著的改进。这是由于本发明的钢丝绳是由捻合钢丝形成的，它们在钢丝绳中形成有间隙，而且不需要预成型工艺或避免了对黄铜层的损坏。钢丝绳与橡胶的老化附着力进一步得以改进，是由于钢丝绳的结构设计成以与空气渗透率的上述相同方式实现改进的橡胶渗透性。
示例1(本发明)的钢丝绳样品具有不超过0.03％的低载荷延伸率，它显著地小于比较例1至5(现有)的钢丝绳样品的低载荷延伸率。本发明的钢丝绳在制造钢带子午线轮胎的工艺过程中具有显著改进的可加工性。
如上所述，本发明提供了一种橡胶制品用的加强钢丝绳，该钢丝绳是通过将多个外部元件钢丝绕着一个芯体捻合而形成的，芯体是扁平的并被螺旋形扭绞以具有所需的规则节距。由于钢丝绳的上述捻合结构，多个间隙形成在芯体和钢丝之间以及钢丝相互之间并提供了如下的优点。
由于上述间隙，本发明的钢丝绳改善了橡胶向钢丝绳的渗入，从而使橡胶充分填入钢丝绳中。这最终改善了钢丝绳的抗磨损性和橡胶附着力，并优选地增加了使用本发明钢丝绳作为加强材料的诸如轮胎的橡胶制品的预期使用寿命。
在本发明的钢丝绳中，芯体所占据的空间通过使芯体的几何形状被压扁并扭绞而增大，从而在芯体和外部元件钢丝之间以及外部元件钢丝相互之间有效地形成间隙。在制造橡胶制品的工艺过程中，用作冲击吸收材料的橡胶有效地渗入并充分地填充在钢丝绳中。钢丝绳中的橡胶因而有效地防止芯体和外部元件钢丝相互直接摩擦接触，即使是在施加反复的张力和压缩应力的情况下。这改进了钢丝绳的抗磨损性和抗弯曲疲劳性，并因此最终改进所形成的轮胎的耐用性。
由于钢丝绳的橡胶渗入得以改进，钢丝绳中的芯体和外部元件钢丝之间的附着力增大并使钢丝绳中不会出现芯体移动。
本发明的钢丝绳具有所需的开口结构，钢丝形成钢丝绳中所需的间隙，同时不需要一个容易刮破或损坏每个钢丝的黄铜层的机械预成型工艺。因此，本发明的钢丝绳可以具有所需的橡胶附着界面。
在这种钢丝绳中，扁平螺旋形扭绞的芯体轴向设置在钢丝绳的中心，同时减小了钢丝绳的低载荷延伸率。这最终使得钢丝绳在硫化工艺过程中不会由于外部压力而使它们的结构发生不利的变形。即，可以在轮胎的这种硫化工艺过程中使钢丝绳的结构保持稳定，从而最终在轮胎的制造工艺过程中改进钢丝绳的可加工性。
简而言之，由于轴向设置在本发明钢丝绳中心的扁平螺旋形扭绞芯体，除了每一钢丝的黄铜层的几乎完全的保护外，钢丝绳的抗弯曲疲劳性、橡胶渗透性、橡胶附着力和老化附着力得以改进。本发明也可以在制造所需的橡胶制品时改进钢丝绳的可加工性。因此，本发明的钢丝绳可最优选地用作钢带子午线轮胎的加强材料。
本发明的制造钢丝绳的工艺通过以一个单一捻合工艺替代现有双捻合工艺来制造所需的钢丝绳。本发明因而优选地简化了钢丝绳制造工艺，除了简化钢丝绳的制造装置、节省钢丝绳的制造时间和降低钢丝绳的制造成本外。
本发明的钢丝绳制造装置是通过简单地将一个位于芯体供应绕线架附近的芯体成型组件安装在一个现有的钢丝绳捻合装置中来实现的。因此，本发明的优点在于，它采用现有的捻合装置而不需要使该装置的结构复杂化就可以制造所需的钢丝绳。
本发明的另一优点在于，芯体成型组件设计成通过钢丝绳捻合装置的转动力来转动，而不需要采用任何单独马达的转动力，因此，节省了能源并提高了该装置的能源效率。
尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域的熟练技术人员应认识到，在不脱离附后的权利要求所公开的本发明的范围和要点的情况下，可对本发明进行不同的修改、增添和替换。

Claims (15)

1.一种橡胶制品用的加强钢丝绳，该钢丝绳包括：
一个芯体，该芯体是通过冷压一个具有圆形横截面的初始元件钢丝使其具有一个扁平横截面而形成的，所述芯体也被沿长度方向螺旋形地扭绞，从而最终具有一个扁平的螺旋形扭绞结构；以及
“n”个外部元件钢丝，这些钢丝绕着所述扁平螺旋形扭绞芯体捻合以形成一个具有1+n个元件钢丝结构的钢丝绳。
2.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，所述扁平螺旋形扭绞芯体具有一个1.05-2.0的平直率，而其节距为所述钢丝绳的节距的0.2至2倍。
3.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，所述芯体是以与钢丝绳的捻合方向相同的方向或以与钢丝绳的捻合方向相反的方向被扭绞的。
4.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，芯体的所述初始元件钢丝的直径是每个所述外部元件钢丝直径的1±0.3倍。
5.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，所述数目“n”是3到9中的一个数。
6.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，所述扁平芯体在前面的数个部分以与钢丝绳捻合方向相同的方向被扭绞并在随后的数个部分不被扭绞，而在其余部分以与钢丝绳捻合方向相反的方向被扭绞，从而具有一个组合结构。
7.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，具有圆形横截面的所述芯体初始元件钢丝被冷压以便其相对的表面是扁平的，而其余表面保持是圆形的以具有弧形表面。
8.如权利要求1所述的加强钢丝绳，其特征在于，所述钢丝绳的捻合结构是一个第一多层捻合结构，该捻合结构是通过将3至9个外部元件钢丝绕着一个扁平螺旋形扭绞芯体捻合而形成的；或者是一个第二多层捻合结构，该捻合结构是通过将多个外部元件钢丝绕着一个芯体捻合而形成的，而该芯体具有所述第一多层捻合结构；或者是一个闭合结构，该结构是将多个绳股捻合在一起而形成的，而绳股具有第一多层捻合结构；或者一个组合结构，该结构既有闭合结构又有多层捻合结构，其芯体和绳股中的至少一个具有至少一条扁平螺旋形扭绞元件钢丝。
9.一种制造橡胶制品用的加强钢丝绳的方法，该钢丝绳是通过将＂n＂个外部元件钢丝绕着一个扁平螺旋形扭绞芯体捻合而形成一个1+n个元件钢丝结构来制造的，该方法包括如下步骤：
冷压一个具有圆形横截面的镀黄铜的钢丝，使该钢丝具有一个扁平横截面；
绕着该钢丝的轴线轴向螺旋形地扭绞该钢丝，从而形成所需的扁平螺旋形扭绞芯体；以及
将多个外部元件钢丝绕着该芯体捻合以便以这样一种方式形成所需的捻合钢丝绳：所述扭绞芯体的扭绞方向和节距中的至少一个与捻合钢丝绳的捻合方向或节距不同。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述芯体的扭绞方向与钢丝绳的捻合方向相反。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，芯体的冷压步骤和螺旋形扭绞步骤是同时进行的。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述数目“n”是3到9中的一个数。
13.一种用于制造橡胶制品用的加强钢丝绳的装置，该钢丝绳是通过采用一个钢丝绳捻合组件将＂n＂个外部元件钢丝绕着一个扁平螺旋形扭绞芯体捻合而形成一个1+n个元件钢丝结构来制造的，该装置包括：
一个用于形成所需的扁平螺旋形扭绞芯体的芯体成型组件，所述芯体成型组件安装在该装置内的一个芯体通道上，该组件位于一个芯体绕线架出口端附近的位置，所述芯体成型组件包括：
    一个圆柱形壳体，该壳体在其每个端板的中心具有一个芯体
通过孔；
    一个沿着芯体通道安装在所述壳体内的压辊组件，所述压辊
组件的压辊之间的压辊隙是可调节的；
    一个中空的圆柱形转动轴，该转动轴在外部并居中地安装到
所述壳体的一个芯体入口端板上；以及
    一个动力传动机构，该机构用于向所述转动轴传递一个转动
力，从而转动壳体。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述芯体成型组件的转动力是通过动力传动机构从一个单独驱动马达传递到芯体成型组件的。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述芯体成型组件是通过所述钢丝绳捻合组件产生的转动力来转动的。
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