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彎曲的金屬疲勞試驗的鋼絲繩 飛機救援起重機 馬可吉格奧，安德烈 力學(xué)系，米蘭理工大學(xué)，維亞拉馬薩 34， 20158 米蘭，意大利 收到 2002 年 7 月 29 日，接受 2002 年 8 月 24 日 摘要 ： 在正常操作期間，直升機救援絞車繩索，它的兩端是附加一個鉤子，可以受到彎曲應(yīng)力振動造成的。這發(fā)生在局部或全部鉤恢復(fù)到它的住宿事件無彈簧閉塞系統(tǒng)。在窮途末路的擺動因而導(dǎo)致近彎曲的繩子由此產(chǎn)生的疲勞與壓力，可迅速導(dǎo)致繩索斷裂或損壞的終端。一系列的交替采用恒定負荷彎曲，類似的西班牙銀行已知的（通過滑輪彎曲疲勞試驗）測試，分 別進行。這些模擬救援絞車有效的工作條件。本文介紹的修改測試機械，測試方法和所獲得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使我們能夠一繩壽命預(yù)測這是當時證實了運行在測試繩出局。 2002 年 學(xué)有限公司保留所有權(quán)利。 關(guān)鍵詞 ： 鋼絲繩，滑輪：疲勞 ;升降機 ;飛機 1 介紹 鋼絲繩一般繩索一樣，也鏈條，牽引負荷通常用于傳輸。盡管它的廣泛使用，鋼絲繩仍然是一個極其復(fù)雜的設(shè)備和鮮為人知的作品。它的建設(shè)，相當多樣的內(nèi)部接觸力，磨損由于這些勢力，鼓接觸，滑輪或滑輪，都作出全面的分析方法的可靠性極困難。即使在今天，實驗測試中扮演 的繩子受到分析的重要角色，尤其負載，特別是關(guān)于那里的疲勞分析股擺脫不同的測試類型結(jié)果和負載。本文的目的是考察行為的繩索上用直升機救援。我們分析了其中的掛鉤連接到了窮途末路的情況下已被完全或部分恢復(fù)到其住宿，并自由地擺動。不正確或不足的預(yù)壓鉤住宿春閉塞系統(tǒng)在彎曲部分的窮途末路，然后可能擊中了絞車指導(dǎo)車輪的結(jié)果（見圖。 1）。繩索斷裂和破壞，但無任何申請牽引負荷，因此沒有其他解釋的，都被歸因于這一特定作業(yè)條件。這鋼絲繩像所有的航空部件，必須優(yōu)化重量，有一個安全繩 5 倍的靜態(tài)破壞載荷（小于繩索民用和工業(yè)用），但之后必 須更換 1500完整的低負荷下提高經(jīng)營周期。它是，因此，合理地推測，磨損和搖擺振動造成的損害，即使是在不使用吊重機，可導(dǎo)致進步和顯著削弱了抗節(jié)。假設(shè)一個恒定預(yù)緊力（相當于體重乘以鉤由適當?shù)囊蛩?，需要考慮慣性力），我們研究了彎曲疲勞行為鋼絲繩在周期性重復(fù)的指導(dǎo)車輪擺動，交替固定在一個角度，為了確定是否存在一個角變化不低于該損害發(fā)生的繩索。 該儀器儀表的設(shè)計和建造了專門的測試：它再現(xiàn)擺動的窮途末路，隨之而來的交替彎曲在滑輪的繩子疲勞應(yīng)力。 2 背景 我們發(fā)現(xiàn)以前沒有發(fā)表的研究與應(yīng)用方面進行彎曲的方法進行試 驗 ,這個 實驗。在發(fā)表研究彎曲，繩子已經(jīng)結(jié)束了，走上了一個給定滑輪因此，承擔了直徑和長度的定義彎曲半徑。在實驗測試執(zhí)行，彎曲半徑的滑輪繩索從點的不同點。此外，交變彎曲窮途末路誘導(dǎo)可變標志彎曲的每一個在每個周期繩（部分負載）， 圖 1。終端彎曲。 執(zhí)行一個有 寸（ 米）有 2250 磅（ ）的預(yù)緊力，喉部直徑滑輪 150,000 周期，必須隨后有剩余的力學(xué)特性，使能超過 2000 磅（ ）的拉伸強度。一個類似的測試（在測試系統(tǒng)而言），在決策上獲得了繩線更詳細的信息變形的目 的，是由里奇等人出來。 [2,3]。在這篇文章中，采取測量使用一個復(fù)雜的一段繩子的厚度大于 1 毫米的導(dǎo)線（放置應(yīng)變計）在超過一個測試滑輪清盤。該滑輪直徑為 18 倍，繩子和預(yù)緊力是 20 日的繩子抗拉強度％。如何可以看出，最初，當繩子只有軸向負載，導(dǎo)線測量，應(yīng)作出類似的實際顯示（可能是由于在繩建設(shè)不完善）不同的品種，以及這些差異往往消失在彎曲疲勞試驗迅速。的振幅和周期的應(yīng)變記錄形狀不發(fā)生明顯變化，在疲勞試驗。撰文表明實驗如何退化和受損的質(zhì)量由于錯誤使用，磨損和制造過程中，考慮到配置和里奇等人使用的負荷。，只有一對彎曲 疲勞壽命，這主要取決于繩子的名義建設(shè)的影響有限并在繩 /滑輪直徑之比。 霍布斯 [4]分析，在各種情況下，在一根繩子上的小傷口疲勞行為受到一鼓預(yù)裝其拉伸強度成正比（ 40。他們的研究看起來進入包括槽幾何參數(shù)的影響，其中繩休息，工作的滑輪喉嚨和治療進行了電線的繩子，以及對繩直徑和潤滑或任何污染，例如水或砂劑效果類型。有趣的是，要注意如何捆由兩個相同的兩個不同廠家的不同生產(chǎn)鋼絲繩疲勞耐力。這證實了疲勞壽命也因此依賴于表面與該繩子接觸到的微觀特征。從 霍布斯的工作，可以看出，低負 荷和高曲率比滑輪繩直徑，破損的主要形式是，由于磨損與滑輪接觸造成的。在高負荷情況下，小直徑滑輪另一方面，第一類的磨損出現(xiàn)是由于滑導(dǎo)線之間。內(nèi)部導(dǎo)線之間的滑動在這樣的配置，也被觀察到 180霍布斯 [5]。 對上述條款的兩個群體是沒有矛盾，但有助于提供一個對 復(fù)雜現(xiàn)象更深入的了解。疲勞壽命和為 試結(jié)果失敗取決于繩子，明確，對微動（線線， 線滑輪）?？磥砥趬勖?，受其影響的額定負載條件和直徑的比例為主，只有特別不利的初始條件或初始收益率略有進步。 這些條件強調(diào)了從軸 向疲勞載荷和磨損缺口的地方在一個適當?shù)哪p疲勞重要性大大減少導(dǎo)致的多瑙河聯(lián)合重大差異微動，最初是由斯塔基和克萊斯 [6]強調(diào)。他們的研究，事實上，首次確定了兩個不同的 '關(guān)鍵地區(qū)存在 '在一根繩子：第一種相對于相鄰股在同一層線接觸，第二相對于本地的，因此，更危險的兩條電線之間的接觸屬于兩個相鄰層。 在靜態(tài)試驗中，磨損效應(yīng)對拉伸強度相當大的影響。德席爾瓦和芳 [7]分析了繩索負荷顯著減少殘留容易磨損都在實驗室和實際操作過程中，并比較與更換的繩子容易磨損，特別是國際標準化組織 4309 現(xiàn)行標準的結(jié)果。以類似的方式 ，庫魯普等。 [8]分析了在機械同樣減少特性，達到類似（但較溫和）的席爾瓦和由德方研究的結(jié)論。 在這兩項研究，但是，可以看到如何了數(shù)個百分點，約 10％的拉伸強度降低的結(jié)果金屬面積損失。如前所述，發(fā)表的研究包含了疲勞行為的研究時，繞組無滑輪的繩子上的角度是有限的，當有一個非常低的恒定預(yù)緊力，換言之根據(jù)這一測試項目適用的條件 。 3 繩子測試 繩子測試對應(yīng)明康的 W - 83140 的 I 型， 19_7 不銹鋼預(yù)成型，非直升機救援起重機旋轉(zhuǎn)規(guī)格。這方面的建設(shè)電纜包括一名 7 7股電線每個核心的 49線和 1 12 7 股電線外層為每一個電線共計 84 個。內(nèi)在的核心是在于朗，左在于，外層是經(jīng)常躺在權(quán)利所在。在電線電纜中的總?cè)藬?shù)是 133。繩直徑為 3 / 16 英寸（ 4 該試驗機 器的描述修改前 本機用于測試，麥德龍的 6試頻率為 茲，最大的變化 180_角），進行了交流扭轉(zhuǎn)疲勞試驗。測試繩置于兩塊夾，其中一個繞軸轉(zhuǎn)，另一種是固定的（參見圖。 2）。這臺機器已修改為可進行反復(fù)彎曲試驗。本機的移動夾緊頭部被繩子終端所取代專門為測試而設(shè)計的支持，和服務(wù)結(jié)構(gòu)，要創(chuàng)造理想的實驗條件，增加了。 絲繩終端支持 該支持允許既是最佳的繩子鎖定終端與實際負荷工況下支持（圖 3）是與維持機器的能力，執(zhí)行與最大 _180_角旋轉(zhuǎn)變化的目的而設(shè)計創(chuàng)作。安裝在兩個皮帶輪 的支持，對稱軸附近的機軸驅(qū)動器上。他們是一對直升機救援絞車完全相同的滑輪和兩個自由度，由于集會，他們的立場是相同的 ,因為這是他們在操作時，在彎曲的支持是固定在試驗機因與切向鍵和阻塞螺釘樞紐軸耦合方法。這兩個之間的繩子捆運行是與特富龍軸軸承安裝，以限制磨損的影響，已硬化的滑輪和拋光，以避免表面損傷的可能性。甲表面硬度測試介紹了人權(quán)委員會 63。支持在設(shè) 計和建造的公差，以保證： _平行軸之間的傳動滑輪和軸 ; _電纜之間的垂直軸和皮帶輪的 ; _平坦的固定孔軸支持 圖 2 麥德龍的 6前修改。 務(wù)架構(gòu) 為了申請一個軸向預(yù)緊未影響到在滑輪繩服務(wù)結(jié)構(gòu)彎曲試驗區(qū)建成。該結(jié)構(gòu)形成的一個網(wǎng)狀梁框架，這是螺栓的試驗機。這將創(chuàng)建一個單一的測試結(jié)構(gòu)，無論支持的機器放在類型。周圍的后面齒輪滑輪轉(zhuǎn)動就這服務(wù)結(jié)構(gòu)定位軸（見圖。 6）?；啽仨毞旁谶@樣，當繩端頭支護角為零，繩軸垂直的平面上的兩捆 '軸所在，是等距離他們。這一立場保證了繩子軸對應(yīng)的滑輪中心線，模擬 了一個懸掛繩索，只受重力，在與中性條件下的彎曲應(yīng)力條件。 這項服務(wù)結(jié)構(gòu)施工允許的滑輪定位三自由度（見圖。 7）。四槽（每側(cè)兩個）讓滑輪軸運動，是正常或相切 。此外，轉(zhuǎn)軸上安裝了滑輪是完全線程，讓運動也處于副法線方向?；喪前惭b在使用聚四氟乙烯軸承，允許自由左右旋轉(zhuǎn)軸的軸心?；喸O(shè)置為工作在一個中立的立場（零角度），并與支持預(yù)載的應(yīng)用。滑輪軸，此外，定位為盡量從捆（兼容與最終橫梁和負載連接器），以增加用于試驗的繩的長度。 5 測試方法 我們使用一個一端終端 1000 毫米的繩子的長度。彎曲疲勞試驗，進 行了繩節(jié)接 近這個終端。 緊力 繩子遭到了 預(yù)緊力，通過考慮鉤子通常在終端（ 5 公斤），乘以 2 系數(shù)考慮到慣性力重質(zhì)量得到。 端鎖定 繩端固定的服務(wù)結(jié)構(gòu)的一個螺絲手段。三對服務(wù)結(jié)構(gòu)螺孔使人們有可能進行的繩子是 1， 5 和 9 直徑（分別為 4，第 24 和 44 毫米的測試從末端），對本測試，目的中的立場是使用。 絲繩彎曲 該鋼絲繩彎曲應(yīng)力是通過繩索滑輪附近的變形，這是彎曲的繩節(jié)就一軸垂直于軸的繩索旁邊的天輪。這種脅迫下抄錄了其終端的自由與吊鉤（繩擺動實際經(jīng)營狀況）。 失敗 我們認為，測試 完成時，一對鋼絲繩外層整個鏈斷裂發(fā)生在測試中我們也報道了日記逐步打破單一的電線，通過目視觀察。在整個外鏈斷裂，容易在檢查發(fā)現(xiàn)，被評為失敗的條件。救援直升機吊纜，一般須經(jīng)營條件，導(dǎo)致由于與滑輪（當然，接觸大量的外部導(dǎo)線磨損與其他地區(qū)的直升機和地面上的物體）。在整個鏈斷裂是一個更加嚴重和廣泛的衰竭彎曲的適應(yīng)癥 在捆（線線微動因相對滑動，彎曲疲勞周期單絲），這是本研究的主題。一個在外層整個鏈斷裂也被認為是在立榮更換標準的 309 標準的繩子。 試在測試過程中繩檢查 本機不具有自動監(jiān)測系統(tǒng)的繩索斷裂 ;合作 行視力監(jiān)測。視覺測試繩子檢查工作在可變間隔，根據(jù)測試角度。定的時間間隔，以限制數(shù)據(jù)錯誤，一_5％的最高。 度控制 在第一次測試中，兩者的測試環(huán)境和一根繩子表面溫度測量，以檢驗是否與誘導(dǎo)其內(nèi)部潤滑后果繩過熱。我們觀察到的溫度增加有限，而且沒有，因此，影響潤滑特性。 6 實驗結(jié)果 繩觀察損傷 到達之前完成鏈斷裂，逐步在與周期的捆在接觸導(dǎo)線損壞可以看出，這種損傷導(dǎo) 致所涉及的電線逐步打破。該電線斷裂發(fā)生在不同的方式，根據(jù)測試角度。特別是， 40_/_35_角度，有一個與滑輪接觸外部導(dǎo)線漸進破壞。的破壞也涉及相鄰鏈，成為越來越多的人數(shù)顯著周期增加。通過增加的角度來看，也可以觀察到的損壞電線和絞線的逐步分離，可能是由于內(nèi)部斷裂。此外，在循環(huán)，越來越多的明顯的損失在所涉及的股下滑可以看出。在這種情況下，失敗的股即將可以預(yù)期。對于較小的角度，循序漸進的失敗變得越來越不明顯，直到它完全消失或更確切地說，有一些屬于彎曲周期，以在與滑輪接觸的初始股電線故障，但后來沒有進一步的失敗是觀察為測試時間。在這種情況下，該鏈斷裂是不可見的。在所有的測試，有一個明顯滲出附近的滑輪繩 接觸點的潤滑。此外，這是更大的潤滑滲水的地方斷線的情況發(fā)生。測試繩 4（角變化 _60_）進行了測試，直到完全斷裂成兩部分，其中 16847 個周期后發(fā)生。這個測試繩子不時觀察，以獲取有關(guān)繩子的損害機制的跡象。我們觀察以下內(nèi)容： _ 800 后的 1 股（即在測試的第一部分斷頭周期），我們觀察了另外兩個表面股，其中逐步驅(qū)逐破損。這使我們內(nèi)心觀察鏈斷裂 ; _ 4000 后的測試，有很多外部鏈斷裂第一部分結(jié)束了在周期的最大彎曲點的地方實行的捆（每方只有兩個股依然完好無損附近 '，中性軸 '繩節(jié)），我們發(fā)現(xiàn)幾乎所有涉及股內(nèi)導(dǎo)線破損 ; _ 5000 后，在測試的第一部分結(jié)束的周期，有股的內(nèi)心，這些被驅(qū)逐的逐步完成破損。在余下的周期，在繩子的阻力，這是由于部分仍然完好外鏈。從這些觀察，我們可以推斷，在更大的角度，雖然不可見，內(nèi)破裂，將與有形并行，但不廣泛破損外導(dǎo)線。 觀結(jié)構(gòu)分析 顯微分析測試繩子分別進行 5（角的變化： _40_;串突破： 235553 次）用掃描電子顯微鏡。我們觀察到裂紋對斷股的電線核區(qū)，在一個案例中，每兩個核相反在同一導(dǎo)線的另一疲勞區(qū)。在導(dǎo)線截面，可以看到疲勞傳播影響的區(qū)（約 50％的部分）在其余部分存在。 到的結(jié) 果 從已列入表 1 歸納為測試得到的數(shù)據(jù)如下： _測試繩號碼：漸進的編號，按時間順序的繩索，測試。 _測試角度：旋轉(zhuǎn)程度，以度對終端的支持繩子。該值是指角半振幅，因此前面的標志 _數(shù)周期：算術(shù)平均削減由于在測試記錄的數(shù)字值的周期失敗（最后的檢查），并 在倒數(shù)第二檢查，這是假設(shè)的周期，以數(shù)量失敗。數(shù)周期? . 7 結(jié)論 通過一系列的實驗測試，需要長時間的準備，甚至更長的完成，我們證實了最初的假設(shè)，即在特定情況下的鉤子，在結(jié)束安裝繩，已經(jīng)完全或部分恢復(fù)其住宿和自由地擺動，可能損害 繩。在有限的測試角度力學(xué)特性的損失原因和 損失越來越少，我們發(fā)現(xiàn)，由保守的推算，一個 _28_，角度應(yīng)低于這一無損傷發(fā)生。這是不可能進行內(nèi)部股故障分析，即使觀察測試繩（直到分為兩部分完全分離繩測試）。 鳴謝 作者們希望表達他們的感謝英。里卡多羅西為支持設(shè)計，并以 實驗室工作人員為他們提供援助試點工作期間，在米蘭理工學(xué)院。 參考文獻 【 1】 1969. 【 2】 M, j, R. of in 000;35(6):545 3】 M, R,. of on 001;8(2):173【 4】 , . of 994;16:453【 5】 , . 0(2):155【 6】 L, of of of a 959 【 7】 of on of 002;9(3):349 8】 D, , S. in to 000;7(3):199