1 引言
所谓钢丝绳，就是由多根或多股细钢丝捻合制成的绳索，是工程中应用广泛的一种挠性构件，具有强度高、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强以及在高速工作条件下运行和卷绕无噪声等优点，在建筑、矿产、冶金、交通、旅游等国民经济各主要行业和部门得到广泛应用。人们一直在探索检测钢丝绳的各种试验方法，努力控制钢丝绳的性能。本文重点介绍了钢丝绳的破断拉伸试验方法及钢丝绳专用卧式拉力试验机的研制过程。
2 钢丝绳破断拉伸试验方法
（1）浇铸法
将试样散头用熔融金属浇铸，冷却到常温后，夹持在试验机钳口座内进行拉伸试验的方法，适用于绳径大于６ｍｍ或丝径大于０.５ｍｍ的钢丝绳。
（2）套压法
将试样头用套管压紧，再夹持在试验机钳口内进行拉伸试验的方法，适用于金属芯类钢丝绳的破断拉伸。对于纤维芯钢丝绳，若用套压法，在套压处先去掉纤维芯，并以同股径的钢芯充实此段，再套压。
（3）缠绕法
将试样直接缠绕在卷轮上进行拉伸试验的方法，适用于绳径小于３０ｍｍ的钢丝绳，对于直径大于３０ｍｍ的钢丝绳，建议采用浇铸法。
（4）直接夹持法
将试样直接夹持在试验机钳口内进行拉伸试验的方法，最适用于１×３、１×７、１×１９等结构钢丝绳的检验。
3 卧式拉力试验机整机构成
根据钢丝绳的拉伸试验方法设计卧式拉力试验机，以满足钢丝绳试验的需要。该机主要由主机部分、油源部分、控制部分和附具部分等组成。
3.1 主机部分
该机主机部分主要由主机框架、油缸座、油缸、移动横梁、前后夹头座及负荷传感器（见图１）等部件组成，可对钢丝绳等进行拉伸试验。
图1 主机结构图
主机采用钢板焊接卧式框架结构，同等重量的情况下可增加框架的惯性矩，提高框架的刚性和稳定性。采用双向伺服油缸，实现活塞在水平方向伸出和缩回。主机的前部采用反力架结构，前夹头座和油缸座之间为压缩空间，方便对设备进行校准。后夹头座通过销钉与框架固定，后夹头座可在框架上左右移动，实现试验空间的有级调整，满足不同长度试样的要求。
负荷传感器测量试验力，能够有效地消除油缸活塞间的摩擦对试验结果的影响，提高试验的准确度。根据钢丝绳试验的需要，试验夹头座采用楔形，并采用液压夹持形式，这样既可以满足浇铸试验的要求，也可以满足试样直接夹持的需要。
钢丝绳在破断时会有碎屑崩出，为有效保护试验人员的安全，试验区域设有防护罩。防护罩通过导轮，可以在框架上前后移动。在试验准备阶段可以将防护罩移除试验区域，方便试样的装夹；在试验过程中，将防护罩移动回试验区域，对试验人员进行保护。
3.2 液压原理
油源系统采用差动回路，提高了活塞伸出的速度，在满足试验要求的情况下，可以最大限度地节约试验的准备时间。采用压力跟随系统，系统压力会随负载的增加而增加，在小负荷下试验时，系统压力比较低，可以有效地节约能源。油源配置不大于５μｍ精密滤油器，并带有报警功能，当滤油器堵塞时报警提醒更换滤芯，以保证油液的洁净度，使设备可靠稳定地工作。油箱配电子式油温、油位计，空气滤清器等，并带有油温、液位、油阻保护与指示装置，可以有效地监控油源系统的运行状态。
3.3 拉伸试样制备及附具
浇铸法试样制备是在距试样两端一个夹持长度处用软铁丝等材料牢固捆扎，去掉端头捆扎丝，制成帚头状，将纤维芯切至捆扎处，用铅锡合金或其它合金浇铸成圆锥体。制备好试样后，可使用如图２所示的浇铸式试验附具进行试验。
图2 浇铸式附具
缠绕法试样制备是将试样直接从钢丝绳上截取，必要时两端用铁丝捆扎。夹具连接牢固后，将试验钢丝绳缠绕到绳轮上，两端都锁紧后，即可进行试验，如图３所示。
图3 缠绕式附具
套压法试样制备，先将试样两端用铁丝捆扎再从钢丝绳截取。去掉捆扎丝将试样两端穿入用低碳钢、铝合金或相关材料制成的套管中，套管头内壁应倒角，再在压力机上压紧。直接夹持法试样制备先将试验段两端用铁丝捆扎再截取试样，对于单股钢丝绳或钢绞线，端头钢丝可焊结在一起。套压法和直接夹持法均可使用楔形钳口进行试验，如图４所示。
图4 楔形夹持钳口
为方便索扣形式的钢丝绳拉伸，可以配备插销附具（见图５）。
图5 插销式附具
3.4 试验过程及软件
一般情况下，钢丝绳试验应在１０℃－３５℃的室温下进行。试验时应平稳拉伸，当施加的拉力不大于钢丝绳最小破断拉力的８０％时，试验力可快速施加，而后应缓慢增加，其 施加的应力速率约为１０ＭＰａ／ｓ。
一般情况下，钢丝绳试验应在１０℃－３５℃的室温下进行。试验时应平稳拉伸，当施加的拉力不大于钢丝绳最小破断拉力的８０％时，试验力可快速施加，而后应缓慢增加，其 施加的应力速率约为１０ＭＰａ／ｓ。试验过程采用电液伺服闭环控制方式，试验软件基于ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操作平台，具备可编程功能，等速率试验力控制、等速率位移控制、试验力保持、位移保持等多种试验模式任意组合，最大程度地满足了各类试验方法的要求，实现试验需要的各类数据显示、曲线绘制、数据处理及存储打印等功能；通过计算机发出控制信号到伺服阀，控制伺服阀的开口和方向，从而控制进入油缸的流量，实现等速试验力、等速位移等的控制；配备试验力、位移两个闭环控制回路；具备完整的文件操作功能，如试验报告、试验参数、系统参数均可以文件方式存储；主界面集试验日常操作所有功能（如试样信息录入、试样选择、曲线绘制、数据显示、数据处理、数据分析、试验操作等）于一体，试验操作简易、快捷；可输出数据到打印机打印试验报告；系统分级管理，系统参数对专家级用户全部开放，保证了系统使用灵活可靠。
3.5 控制系统描述
电气系统强弱分离，操作部分全部采用２４Ｖ的安全电压，确保操作人员的安全。电气元件采用平面布局，外观简洁大方，操作简易直观，连接可靠；主要元器件采用进口，如ＡＢＢ、西门子和欧姆龙等知名品牌；电气系统具有过载、过流等保护功能，采用自动冷却、液位自动检测、滤油器报警等技术，提高了系统智能化程度；电气系统实现了伺服阀的远程遥控功能。电气控制系统框图见图６。
图6 电气控制系统框图
卧式拉力试验机的研制成功，为钢丝绳力学性能检测提供了理想的设备，也满足GB/T8358-2006《钢丝绳破断拉伸试验方法》规定的四种试验方法的要求，并且能在这四种方法之间实现方便、快捷、灵活的转换。同时也解决了较长的柔性及刚性材料、结构件和成品件的拉伸试验。也可根据用户要求，增加特殊装置进行压缩、弯曲等试验。该试验机用途广泛，有较大的发展空间。
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