1范圍

本文件規(guī)定了鋼絲繩疲勞試驗方法的原理、試驗設(shè)備、試樣、試驗程序和試驗報告。

本文件適用于鋼絲繩及鋼絲繩索具產(chǎn)品的相關(guān)疲勞性能試驗,包括鋼絲繩彎曲疲勞試驗、鋼絲繩(索具)軸向拉伸疲勞試驗、鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試驗。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB/T 3075金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法

GB/T 8358鋼絲繩破斷拉力測定方法

GB/T 25917.1單軸疲勞試驗系統(tǒng)第1部分:動態(tài)力校準

JJG 556軸向加力疲勞試驗機

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1平面單向彎曲疲勞試驗plane single bending fatigue test

試樣在同一平面內(nèi)通過試驗輪向一個方向彎曲一定角度的往復(fù)彎曲疲勞試驗。

3.2平面反向彎曲疲勞試驗plane reverse bending fatigue test

試樣在同一平面內(nèi)通過試驗輪向一個方向彎曲一定角度后再反方向彎曲一定角度的往復(fù)彎曲疲勞試驗。

3.3軸向拉伸疲勞試驗axial tensile fatigue test

試樣在軸向循環(huán)拉伸試驗力作用下進行的疲勞試驗。

3.4拉彎復(fù)合疲勞試驗tensile-bending composite fatigue test

利用外力使試樣中心線與試驗機加載作用線形成一定的周期性變化的彎曲角度,再對試樣施加循環(huán)載荷所進行的疲勞試驗。

3.5主動輪driving pulley

安裝在彎曲疲勞試驗機上,并可左右轉(zhuǎn)動一定弧度,以便帶動試樣在有效長度內(nèi)往復(fù)彎曲運動的滑輪或卷筒。

3.6試驗輪testing pulley

安裝在彎曲疲勞試驗機上,并可使試樣往復(fù)彎曲一定角度的滑輪。

3.7載荷動滑輪load free-runningpulley

掛在試樣上的與荷重一起使試樣承受規(guī)定張力的滑輪。

3.8彎曲疲勞頻率bending fatigue frequency

試樣每分鐘完成的彎曲疲勞次數(shù)。

3.9有效長度effective length

鋼絲繩彎曲疲勞試驗過程中,通過試驗輪,承受疲勞的那一段鋼絲繩長度。

3.10包角angle of contact

α

平面單向和反向彎曲疲勞試驗過程中,試樣繞入和繞出試驗輪兩點法線所形成的角度。注:見圖1。

標引序號和符號說明:

1—試樣;2—試驗輪;α—包角,單位為度(°)。

圖1包角示意圖

3.11鋼絲繩索具steel wire rope sling

采用鋼絲繩為主體,末端采用規(guī)定的方法固結(jié)的索具。

注:一般固結(jié)方法分為壓制、澆鑄、插編、夾持、楔形套緊固等方式。

3.12壓制固結(jié)索具ferrule-securingsling

通過壓制一定長度的金屬套管,使其固結(jié)鋼絲繩繩端成特定連接結(jié)構(gòu)的索具。

注:主要的壓制固結(jié)索具有折返式套管壓制索具、對纏式鋼套管壓結(jié)索具、鋼接頭壓結(jié)索具、短圓柱頭壓結(jié)索具、壓制環(huán)形索具、定位索等。

3.13澆鑄索具socketing sling

以規(guī)定的固結(jié)介質(zhì),使鋼絲繩與索節(jié)固結(jié)在一起的索具。

注:常見的有合金澆鑄索具與樹脂澆鑄索具。

3.14插編索具splicing sling

以鋼絲繩或股多次穿插鋼絲繩本體方式形成的索具。

注:常見的有眼型插編索具、環(huán)形插編索具、纜繩插編索具。

3.15夾持索具grip-secured sling

采用多個鋼絲繩夾或夾板用壓緊方式固結(jié)鋼絲繩端的索具。

3.16楔形套索具wedge socket-secured sling

采用楔形套以楔套與楔塊固結(jié)鋼絲繩末端的索具。

3.17

復(fù)合型索具sling with different terminations at two ends

鋼絲繩兩端采用不同方法固結(jié)的索具。

4符號和說明

本文件使用的符號和相應(yīng)的說明見表1。

表1符號和說明

5原理

5.1鋼絲繩彎曲疲勞試驗原理

鋼絲繩試樣以一定的包角繞過試驗輪,并對其施加張力,以一定的頻率往復(fù)彎曲,考核其承受彎曲疲勞的性能。鋼絲繩彎曲疲勞試驗分為平面單向彎曲疲勞試驗和平面反向彎曲疲勞試驗,試驗原理示意圖見圖2和圖3。

TD12347-2型鋼絲繩彎曲疲勞試驗機

標引序號說明:

1—試樣固定端;2—主動輪;3—試驗輪;4—試樣;5—導(dǎo)向輪;6—載荷動滑輪;7—荷重。

圖2平面單向彎曲疲勞原理示意圖

標引序號說明:1—試樣固定端;2—主動輪;3—導(dǎo)向輪;4—試驗輪;

5—試樣;

6—載荷動滑輪;

7—荷重。

圖3平面反向彎曲疲勞原理示意圖

5.2鋼絲繩(索具)軸向拉伸疲勞試驗原理

對鋼絲繩(索具)沿軸向施加一定幅值和頻率的循環(huán)拉伸試驗力,考核其承受軸向拉伸疲勞的性能。

5.3鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試驗原理

將鋼絲繩索具在中心位置施加外力或采用楔形墊板使試樣中心線與試驗機加載作用線偏離,并循環(huán)施加一定范圍幅值和頻率的拉伸試驗力,考核其承受拉彎復(fù)合疲勞的性能。試驗原理示意圖見圖4和圖5。

標引序號和符號說明:

1—錨具(固定端);F—彎曲力,單位為千牛(kN);2—試樣;Fs—作動力,單位為千牛(kN);

3—錨具(作動端);β—彎曲角,單位為毫弧度(mrad),取10 mrad。

圖4施加外力法拉彎復(fù)合疲勞原理

示意圖5

標引序號和符號說明:1—錨具(固定端);2—試樣;3—錨具(作動端);4—楔形墊板;

Fs—作動力,單位為千牛(kN);β—彎曲角,單位為毫弧度(mrad),取10 mrad。

圖5楔形墊板法拉彎復(fù)合疲勞原理示意圖

6試驗設(shè)備

6.1鋼絲繩彎曲疲勞試驗機

6.1.1鋼絲繩彎曲疲勞試驗機一般由試驗輪、主動輪、導(dǎo)向輪、計數(shù)裝置、傳動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。

6.1.2試驗輪材質(zhì)一般為鑄鋼或工具鋼,各部分尺寸允許偏差見表2。

當試驗輪內(nèi)徑(D)小于或等于100 mm時,輪槽內(nèi)表面硬度不應(yīng)小于55 HRC,粗糙度Ra不應(yīng)大于0.8μm。

當試驗輪內(nèi)徑(D)大于100 mm時,輪槽內(nèi)表面硬度不應(yīng)小于40 HRC,粗糙度Ra不應(yīng)大于1.6μm。有特殊要求時,也可采用其他材質(zhì)或硬度的試驗輪。

試驗輪是疲勞試驗機的關(guān)鍵部件,應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活,其輪槽形狀示意圖見圖6。

表2試驗輪尺寸偏差

單位為毫米

標引符號說明:

C—試驗輪外徑,單位為毫米(mm);D—試驗輪內(nèi)徑,單位為毫米(mm);R—輪槽圓弧半徑,單位為毫米(mm);γ—切角,單位為度(°)。

切角γ不宜小于10°。

圖6試驗輪輪槽形狀示意圖

6.1.3主動輪、導(dǎo)向輪尺寸不應(yīng)小于試驗輪;導(dǎo)向輪的布置應(yīng)合理,不應(yīng)接觸試樣的有效長度部位。

6.1.4主動輪的擺動頻率應(yīng)滿足試驗要求,允許偏差為±1次/min。其試樣固定裝置應(yīng)牢固可靠,以保證試驗過程中試樣不發(fā)生松動。

6.1.5加載系統(tǒng)應(yīng)滿足試驗要求,可采用機械或荷重對試樣施加張力,張力允許偏差為±2%。

6.1.6試驗機應(yīng)保證試樣位于同一平面上,并避免試樣與試驗輪輪槽兩側(cè)產(chǎn)生摩擦。

6.2鋼絲繩(索具)軸向拉伸疲勞試驗機和鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試驗機

6.2.1疲勞試驗機測力系統(tǒng)應(yīng)滿足GB/T 25917.1的要求,并按照JJG 556進行校準,其動態(tài)力準確度應(yīng)為2級或優(yōu)于2級。

6.2.2疲勞試驗機同軸度不應(yīng)大于5%。

6.2.3疲勞試驗機頻率應(yīng)滿足試驗要求。

6.2.4疲勞試驗機應(yīng)具有防旋轉(zhuǎn)裝置,以防止鋼絲繩解捻。

6.2.5鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試驗機還應(yīng)具有施加彎曲力的裝置或功能。

7試樣

7.1鋼絲繩彎曲疲勞試樣

7.1.1試樣應(yīng)在成品輪軸或盤卷上截取,數(shù)量和長度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,可由相關(guān)方協(xié)商確定。

7.1.2試樣截取可采用砂輪切割、壓力切割或剪切切割等方法,截取的試樣應(yīng)避開鋼絲繩端部的熔融部分。

7.1.3截取試樣前應(yīng)在兩端預(yù)留足夠的固定長度,并用低碳鋼絲捆扎牢固,轉(zhuǎn)移或運輸過程中應(yīng)采取防護措施,避免對試樣造成損傷。

7.1.4試樣應(yīng)平直,不應(yīng)有彎曲和損傷。

7.2鋼絲繩(索具)軸向拉伸疲勞試樣

7.2.1鋼絲繩軸向拉伸疲勞試樣截取應(yīng)按照7.1進行,端部連接宜采用澆鑄、壓制固結(jié)等方式。

7.2.2鋼絲繩索具軸向拉伸疲勞試樣應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,可由相關(guān)方協(xié)商確定。常見鋼絲繩索具試樣形式見附錄A。

7.2.3鋼絲繩(索具)試樣長度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,應(yīng)符合表3規(guī)定。

表3試樣長度

單位為毫米

7.3鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試樣

鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試樣應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,試樣長度(L)應(yīng)不小于3 500 mm。

8試驗程序

8.1一般要求

試驗通常在10℃~35℃的室溫下進行。對溫度要求嚴格的試驗,試驗溫度應(yīng)為23℃±5℃。

8.2鋼絲繩彎曲疲勞試驗

8.2.1試驗參數(shù)確定

8.2.1.1試驗輪尺寸應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品標準確定。產(chǎn)品標準未規(guī)定時,可按以下原則或相關(guān)方協(xié)商確定。

a)試樣直徑d≤10mm 時,試驗輪外徑C≈D+3d;試驗輪內(nèi)徑 D=(9~12)d;輪槽圓弧半徑

R=(0.52~0.55)d。

試樣直徑d>10mm 時,試驗輪外徑C≈D+3d;試驗輪內(nèi)徑 D=(16~50)d;輪槽圓弧半徑

R=(0.52~0.55)d。

8.2.1.2試驗張力按照公式(1)計算確定:

F1=Fmin/K…………………………(1)

式中:

Fmin—鋼絲繩最小破斷拉力值,單位為千牛(kN);

F1—試驗張力值,單位為千牛(kN);

K—張力系數(shù),可根據(jù)產(chǎn)品標準確定,或由相關(guān)方協(xié)商確定。

8.2.1.3試樣的包角一般不超過180°,允許偏差為±2°。

8.2.1.4彎曲疲勞頻率應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品標準確定。產(chǎn)品標準未規(guī)定時,可按表4或相關(guān)方協(xié)商確定。

表4彎曲疲勞頻率

8.2.1.5彎曲疲勞次數(shù)規(guī)定值應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。產(chǎn)品標準未規(guī)定時,可由相關(guān)方協(xié)商確定。

8.2.2試驗步驟

8.2.2.1試驗前應(yīng)對試驗輪進行檢查,試驗輪應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活,輪槽尺寸應(yīng)符合規(guī)定要求,輪槽內(nèi)應(yīng)清潔干凈,不應(yīng)涂油,且不應(yīng)有影響試驗結(jié)果的缺陷。

8.2.2.2將試樣安裝到試驗機上,端頭牢固固定,施加張力,標記有效長度。

8.2.2.3設(shè)置試驗參數(shù)進行試驗。

8.2.2.4試驗過程一般不應(yīng)中斷,下列情況允許中途停機,但停機時間不應(yīng)超過15 min:

a)檢查鋼絲繩出現(xiàn)第一根斷絲;

b)同時試驗幾根試樣,取下試驗完成的試樣;

c)檢查鋼絲繩斷絲根數(shù)。

8.2.2.5經(jīng)相關(guān)方協(xié)商可采用無損檢測方法對試樣斷絲情況進行監(jiān)測。

8.2.3試驗終止

根據(jù)產(chǎn)品標準或技術(shù)協(xié)議,試驗至下列情況停機,試驗結(jié)束。

a)試樣出現(xiàn)第一根斷絲時;

b)試樣一捻距內(nèi)斷絲根數(shù)達到規(guī)定值時;

c)試樣彎曲疲勞次數(shù)達到規(guī)定值時;

d)試樣一股或全部斷裂時;

e)其他終止試驗的條件達到時。

8.2.4疲勞試驗后試樣檢查

目視檢查鋼絲繩表面有無斷絲,經(jīng)相關(guān)方協(xié)商可對有效長度段試樣拆散進行斷絲檢查。

8.2.5疲勞試驗后破斷拉力試驗

經(jīng)相關(guān)方協(xié)商,可對包含有效長度段的試樣按照GB/T 8358的規(guī)定進行破斷拉力試驗。

8.3鋼絲繩(索具)軸向拉伸疲勞試驗

8.3.1試驗參數(shù)確定

8.3.1.1試驗頻率一般不超過5 Hz。對于小規(guī)格索具,試驗頻率可采用15 Hz,但仲裁試驗時不應(yīng)超過5 Hz。

8.3.1.2試驗力范圍應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。鋼絲繩索具無特殊要求時,可按索具主體用鋼絲繩最小破斷拉力的15%~30%進行或由相關(guān)方協(xié)商確定。疲勞試驗波形應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定,當無特殊要求時,宜選擇正弦波作為檢測波形,見圖7。

標引序號和符號說明:

1—1次試驗力循環(huán);2—最大試驗力值;3—試驗力幅值;4—試驗力幅值范圍;5—最小試驗力值;6—平均試驗力值;

X—時間,單位為秒(s);Y—試驗力,單位為牛頓(N)。

圖7試驗力循環(huán)示意圖

8.3.1.3疲勞循環(huán)次數(shù)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。鋼絲繩索具無特殊要求時,可按表5或相關(guān)方協(xié)商確定。

表5鋼絲繩索具軸向拉伸疲勞循環(huán)次數(shù)規(guī)定值

8.3.2試驗步驟

8.3.2.1使試樣與試驗機加載方向保持同軸,宜盡量減少試樣承受規(guī)定軸向試驗力以外的其他力。

8.3.2.2應(yīng)按照GB/T 3075的規(guī)定平穩(wěn)施加循環(huán)拉伸試驗力。對于夾持索具,可在試驗力首次達到20%時,再次緊固繩夾。

8.3.2.3經(jīng)相關(guān)方協(xié)商可采用無損檢測方法對試樣斷絲情況進行監(jiān)測。

8.3.3試驗終止

試樣在規(guī)定的循環(huán)試驗力下,連續(xù)試驗至達到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)或試樣失效,試驗終止。

8.3.4軸向拉伸疲勞試驗后試樣檢查

8.3.4.1對鋼絲繩軸向拉伸疲勞后試樣,應(yīng)目視檢查其表面有無斷絲。經(jīng)相關(guān)方協(xié)商,可拆散試樣進行斷絲檢查。

8.3.4.2對鋼絲繩索具軸向拉伸疲勞后試樣,應(yīng)目視檢查索具端部有無可見的變形、裂紋,鋼絲繩有無斷絲、斷股等缺陷。

8.3.5軸向拉伸疲勞試驗后破斷拉力試驗

經(jīng)相關(guān)方協(xié)商,可對具備條件的軸向拉伸疲勞后試樣按照GB/T 8358的規(guī)定進行破斷拉力試驗。

8.4鋼絲繩索具拉彎復(fù)合疲勞試驗

8.4.1試驗參數(shù)確定

8.4.1.1試驗頻率一般不超過5 Hz。對于小規(guī)格索具,試驗頻率可采用15 Hz,但仲裁試驗時不應(yīng)超過5 Hz。

8.4.1.2試驗力范圍應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,可由相關(guān)方協(xié)商確定。

8.4.1.3疲勞循環(huán)次數(shù)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,可由相關(guān)方協(xié)商確定。

8.4.1.4彎曲角應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標準確定。當無特殊要求時,可由相關(guān)方協(xié)商確定。彎曲角可按施加外力法或楔形墊板法確定,具體如下。

a)施加外力法:在鋼絲繩索具的中心位置施加彎曲力(F),使索具中心線偏離試驗機加載作用線,角度偏移為10 mrad。

注:設(shè)備允許時,一般采用±5 mrad周期性變化的彎曲角度,頻率盡可能與索具兩端施加的疲勞試驗力頻率一致。

b)楔形墊板法:在鋼絲繩索具端面上采用10 mrad的楔形墊板,使索具中心線偏離試驗機加載作用線,形成10 mrad的角度。

8.4.2試驗步驟

8.4.2.1采用施加外力法時,使試樣與試驗機加載方向保持同軸,宜盡量減少試樣承受規(guī)定軸向試驗力以外的其他力。平穩(wěn)施加作用在鋼絲繩索具中心位置的彎曲力,使索具中心線偏離試驗機加載作用線,角度偏移為10 mrad。

8.4.2.2采用楔形墊板法時,使試樣兩端彎曲角在同一平面內(nèi)。

8.4.2.3按照GB/T 3075規(guī)定的方法平穩(wěn)施加循環(huán)拉伸試驗力。

8.4.2.4經(jīng)相關(guān)方協(xié)商可采用無損檢測方法對試樣斷絲情況進行監(jiān)測。

8.4.3試驗終止

試樣在規(guī)定的循環(huán)試驗力下,連續(xù)試驗至達到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)或試樣失效,試驗終止。

8.4.4拉彎復(fù)合疲勞試驗后試樣檢查

對鋼絲繩索具疲勞后試樣,應(yīng)目視檢查索具端部有無可見的變形、裂紋,鋼絲繩有無斷絲、斷股等缺陷。

8.4.5拉彎復(fù)合疲勞試驗后破斷拉力試驗

經(jīng)相關(guān)方協(xié)商,可對具備條件的拉彎復(fù)合疲勞后試樣按照GB/T 8358的規(guī)定進行破斷拉力試驗。

9試驗報告

試驗報告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容:

a)本文件編號;

b)試樣信息(如規(guī)格型號、標記等);

c)試驗條件(如試驗方法、試樣長度、加載頻率、試驗輪尺寸、張力、試驗力幅值等);

d)試驗結(jié)果(如疲勞次數(shù)、斷絲或斷股數(shù)、斷裂位置、索具受損情況、疲勞試驗后實測破斷拉力等);

e)其他必要的信息。

附錄A

(資料性)

常見鋼絲繩索具試樣形式

常見鋼絲繩索具試樣形式見圖A.1~圖A.6。

標引序號和符號說明:

1—鋼絲繩;2—尖頭套環(huán);3—金屬套管;

L—試樣長度,單位為毫米(mm);L1—工作長度,單位為毫米(mm);d—鋼絲繩公稱直徑,單位為毫米(mm);e—金屬套管長度,單位為毫米(mm)。

圖A1壓制固結(jié)索具試樣

標引序號和符號說明:

1—鋼絲繩;2—閉式索節(jié);

L—試樣長度,單位為毫米(mm);L1—工作長度,單位為毫米(mm);d—鋼絲繩公稱直徑,單位為毫米(mm)。

圖A.2澆鑄索具試樣

標引序號和符號說明:

1—鋼絲繩;2—尖頭套環(huán);

L—試樣長度,單位為毫米(mm);L1—工作長度,單位為毫米(mm);d—鋼絲繩公稱直徑,單位為毫米(mm)。

圖A.3插編索具試樣

標引序號和符號說明:

1—鋼絲繩;2—尖頭套環(huán);3—鋼絲繩夾;

L—試樣長度,單位為毫米(mm);L1—工作長度,單位為毫米(mm);d—鋼絲繩公稱直徑,單位為毫米(mm);h—鋼絲繩夾間距,單位為毫米(mm)。

圖A.4夾持索具試樣

標引序號和符號說明:

1—鋼絲繩;2—楔形套;

L—試樣長度,單位為毫米(mm);L1—工作長度,單位為毫米(mm);d—鋼絲繩公稱直徑,單位為毫米(mm)。

圖A.5楔形套索具試樣

標引序號和符號說明:

1—鋼絲繩;2—尖頭套環(huán);3—楔形套;

L—試樣長度,單位為毫米(mm);L1—工作長度,單位為毫米(mm);d—鋼絲繩公稱直徑,單位為毫米(mm)。

圖A.6復(fù)合型索具試樣