资源描述
弯曲的金属疲劳试验的钢丝绳 飞机救援起重机 马可吉格奥，安德烈 力学系，米兰理工大学，维亚拉马萨 34， 20158 米兰，意大利 收到 2002 年 7 月 29 日，接受 2002 年 8 月 24 日 摘要 ： 在正常操作期间，直升机救援绞车绳索，它的两端是附加一个钩子，可以受到弯曲应力振动造成的。这发生在局部或全部钩恢复到它的住宿事件无弹簧闭塞系统。在穷途末路的摆动因而导致近弯曲的绳子由此产生的疲劳与压力，可迅速导致绳索断裂或损坏的终端。一系列的交替采用恒定负荷弯曲，类似的西班牙银行已知的（通过滑轮弯曲疲劳试验）测试，分 别进行。这些模拟救援绞车有效的工作条件。本文介绍的修改测试机械，测试方法和所获得的数据，这些数据统计分析使我们能够一绳寿命预测这是当时证实了运行在测试绳出局。 2002 年 学有限公司保留所有权利。 关键词 ： 钢丝绳，滑轮：疲劳 ;升降机 ;飞机 1 介绍 钢丝绳一般绳索一样，也链条，牵引负荷通常用于传输。尽管它的广泛使用，钢丝绳仍然是一个极其复杂的设备和鲜为人知的作品。它的建设，相当多样的内部接触力，磨损由于这些势力，鼓接触，滑轮或滑轮，都作出全面的分析方法的可靠性极困难。即使在今天，实验测试中扮演 的绳子受到分析的重要角色，尤其负载，特别是关于那里的疲劳分析股摆脱不同的测试类型结果和负载。本文的目的是考察行为的绳索上用直升机救援。我们分析了其中的挂钩连接到了穷途末路的情况下已被完全或部分恢复到其住宿，并自由地摆动。不正确或不足的预压钩住宿春闭塞系统在弯曲部分的穷途末路，然后可能击中了绞车指导车轮的结果（见图。 1）。绳索断裂和破坏，但无任何申请牵引负荷，因此没有其他解释的，都被归因于这一特定作业条件。这钢丝绳像所有的航空部件，必须优化重量，有一个安全绳 5 倍的静态破坏载荷（小于绳索民用和工业用），但之后必 须更换 1500完整的低负荷下提高经营周期。它是，因此，合理地推测，磨损和摇摆振动造成的损害，即使是在不使用吊重机，可导致进步和显着削弱了抗节。假设一个恒定预紧力（相当于体重乘以钩由适当的因素，需要考虑惯性力），我们研究了弯曲疲劳行为钢丝绳在周期性重复的指导车轮摆动，交替固定在一个角度，为了确定是否存在一个角变化不低于该损害发生的绳索。 该仪器仪表的设计和建造了专门的测试：它再现摆动的穷途末路，随之而来的交替弯曲在滑轮的绳子疲劳应力。 2 背景 我们发现以前没有发表的研究与应用方面进行弯曲的方法进行试 验 ,这个 实验。在发表研究弯曲，绳子已经结束了，走上了一个给定滑轮因此，承担了直径和长度的定义弯曲半径。在实验测试执行，弯曲半径的滑轮绳索从点的不同点。此外，交变弯曲穷途末路诱导可变标志弯曲的每一个在每个周期绳（部分负载）， 图 1。终端弯曲。 执行一个有 寸（ 米）有 2250 磅（ ）的预紧力，喉部直径滑轮 150,000 周期，必须随后有剩余的力学特性，使能超过 2000 磅（ ）的拉伸强度。一个类似的测试（在测试系统而言），在决策上获得了绳线更详细的信息变形的目 的，是由里奇等人出来。 2,3。在这篇文章中，采取测量使用一个复杂的一段绳子的厚度大于 1 毫米的导线（放置应变计）在超过一个测试滑轮清盘。该滑轮直径为 18 倍，绳子和预紧力是 20 日的绳子抗拉强度。如何可以看出，最初，当绳子只有轴向负载，导线测量，应作出类似的实际显示（可能是由于在绳建设不完善）不同的品种，以及这些差异往往消失在弯曲疲劳试验迅速。的振幅和周期的应变记录形状不发生明显变化，在疲劳试验。撰文表明实验如何退化和受损的质量由于错误使用，磨损和制造过程中，考虑到配置和里奇等人使用的负荷。，只有一对弯曲 疲劳寿命，这主要取决于绳子的名义建设的影响有限并在绳 /滑轮直径之比。 霍布斯 4分析，在各种情况下，在一根绳子上的小伤口疲劳行为受到一鼓预装其拉伸强度成正比（ 40。他们的研究看起来进入包括槽几何参数的影响，其中绳休息，工作的滑轮喉咙和治疗进行了电线的绳子，以及对绳直径和润滑或任何污染，例如水或砂剂效果类型。有趣的是，要注意如何捆由两个相同的两个不同厂家的不同生产钢丝绳疲劳耐力。这证实了疲劳寿命也因此依赖于表面与该绳子接触到的微观特征。从 霍布斯的工作，可以看出，低负 荷和高曲率比滑轮绳直径，破损的主要形式是，由于磨损与滑轮接触造成的。在高负荷情况下，小直径滑轮另一方面，第一类的磨损出现是由于滑导线之间。内部导线之间的滑动在这样的配置，也被观察到 180霍布斯 5。 对上述条款的两个群体是没有矛盾，但有助于提供一个对 复杂现象更深入的了解。疲劳寿命和为 试结果失败取决于绳子，明确，对微动（线线， 线滑轮）。看来疲劳寿命，但是，受其影响的额定负载条件和直径的比例为主，只有特别不利的初始条件或初始收益率略有进步。 这些条件强调了从轴 向疲劳载荷和磨损缺口的地方在一个适当的磨损疲劳重要性大大减少导致的多瑙河联合重大差异微动，最初是由斯塔基和克莱斯 6强调。他们的研究，事实上，首次确定了两个不同的 关键地区存在 在一根绳子：第一种相对于相邻股在同一层线接触，第二相对于本地的，因此，更危险的两条电线之间的接触属于两个相邻层。 在静态试验中，磨损效应对拉伸强度相当大的影响。德席尔瓦和芳 7分析了绳索负荷显着减少残留容易磨损都在实验室和实际操作过程中，并比较与更换的绳子容易磨损，特别是国际标准化组织 4309 现行标准的结果。以类似的方式 ，库鲁普等。 8分析了在机械同样减少特性，达到类似（但较温和）的席尔瓦和由德方研究的结论。 在这两项研究，但是，可以看到如何了数个百分点，约 10的拉伸强度降低的结果金属面积损失。如前所述，发表的研究包含了疲劳行为的研究时，绕组无滑轮的绳子上的角度是有限的，当有一个非常低的恒定预紧力，换言之根据这一测试项目适用的条件 。 3 绳子测试 绳子测试对应明康的 W - 83140 的 I 型， 19_7 不锈钢预成型，非直升机救援起重机旋转规格。这方面的建设电缆包括一名 7 7股电线每个核心的 49线和 1 12 7 股电线外层为每一个电线共计 84 个。内在的核心是在于朗，左在于，外层是经常躺在权利所在。在电线电缆中的总人数是 133。绳直径为 3 / 16 英寸（ 4 该试验机 器的描述修改前 本机用于测试，麦德龙的 6试频率为 兹，最大的变化 180_角），进行了交流扭转疲劳试验。测试绳置于两块夹，其中一个绕轴转，另一种是固定的（参见图。 2）。这台机器已修改为可进行反复弯曲试验。本机的移动夹紧头部被绳子终端所取代专门为测试而设计的支持，和服务结构，要创造理想的实验条件，增加了。 丝绳终端支持 该支持允许既是最佳的绳子锁定终端与实际负荷工况下支持（图 3）是与维持机器的能力，执行与最大 _180_角旋转变化的目的而设计创作。安装在两个皮带轮 的支持，对称轴附近的机轴驱动器上。他们是一对直升机救援绞车完全相同的滑轮和两个自由度，由于集会，他们的立场是相同的 ,因为这是他们在操作时，在弯曲的支持是固定在试验机因与切向键和阻塞螺钉枢纽轴耦合方法。这两个之间的绳子捆运行是与特富龙轴轴承安装，以限制磨损的影响，已硬化的滑轮和抛光，以避免表面损伤的可能性。甲表面硬度测试介绍了人权委员会 63。支持在设 计和建造的公差，以保证： _平行轴之间的传动滑轮和轴 ; _电缆之间的垂直轴和皮带轮的 ; _平坦的固定孔轴支持 图 2 麦德龙的 6前修改。 务架构 为了申请一个轴向预紧未影响到在滑轮绳服务结构弯曲试验区建成。该结构形成的一个网状梁框架，这是螺栓的试验机。这将创建一个单一的测试结构，无论支持的机器放在类型。周围的后面齿轮滑轮转动就这服务结构定位轴（见图。 6）。滑轮必须放在这样，当绳端头支护角为零，绳轴垂直的平面上的两捆 轴所在，是等距离他们。这一立场保证了绳子轴对应的滑轮中心线，模拟 了一个悬挂绳索，只受重力，在与中性条件下的弯曲应力条件。 这项服务结构施工允许的滑轮定位三自由度（见图。 7）。四槽（每侧两个）让滑轮轴运动，是正常或相切 。此外，转轴上安装了滑轮是完全线程，让运动也处于副法线方向。滑轮是安装在使用聚四氟乙烯轴承，允许自由左右旋转轴的轴心。滑轮设置为工作在一个中立的立场（零角度），并与支持预载的应用。滑轮轴，此外，定位为尽量从捆（兼容与最终横梁和负载连接器），以增加用于试验的绳的长度。 5 测试方法 我们使用一个一端终端 1000 毫米的绳子的长度。弯曲疲劳试验，进 行了绳节接 近这个终端。 紧力 绳子遭到了 预紧力，通过考虑钩子通常在终端（ 5 公斤），乘以 2 系数考虑到惯性力重质量得到。 端锁定 绳端固定的服务结构的一个螺丝手段。三对服务结构螺孔使人们有可能进行的绳子是 1， 5 和 9 直径（分别为 4，第 24 和 44 毫米的测试从末端），对本测试，目的中的立场是使用。 丝绳弯曲 该钢丝绳弯曲应力是通过绳索滑轮附近的变形，这是弯曲的绳节就一轴垂直于轴的绳索旁边的天轮。这种胁迫下抄录了其终端的自由与吊钩（绳摆动实际经营状况）。 失败 我们认为，测试 完成时，一对钢丝绳外层整个链断裂发生在测试中我们也报道了日记逐步打破单一的电线，通过目视观察。在整个外链断裂，容易在检查发现，被评为失败的条件。救援直升机吊缆，一般须经营条件，导致由于与滑轮（当然，接触大量的外部导线磨损与其他地区的直升机和地面上的物体）。在整个链断裂是一个更加严重和广泛的衰竭弯曲的适应症 在捆（线线微动因相对滑动，弯曲疲劳周期单丝），这是本研究的主题。一个在外层整个链断裂也被认为是在立荣更换标准的 309 标准的绳子。 试在测试过程中绳检查 本机不具有自动监测系统的绳索断裂 ;合作 行视力监测。视觉测试绳子检查工作在可变间隔，根据测试角度。定的时间间隔，以限制数据错误，一_5的最高。 度控制 在第一次测试中，两者的测试环境和一根绳子表面温度测量，以检验是否与诱导其内部润滑后果绳过热。我们观察到的温度增加有限，而且没有，因此，影响润滑特性。 6 实验结果 绳观察损伤 到达之前完成链断裂，逐步在与周期的捆在接触导线损坏可以看出，这种损伤导 致所涉及的电线逐步打破。该电线断裂发生在不同的方式，根据测试角度。特别是， 40_/_35_角度，有一个与滑轮接触外部导线渐进破坏。的破坏也涉及相邻链，成为越来越多的人数显着周期增加。通过增加的角度来看，也可以观察到的损坏电线和绞线的逐步分离，可能是由于内部断裂。此外，在循环，越来越多的明显的损失在所涉及的股下滑可以看出。在这种情况下，失败的股即将可以预期。对于较小的角度，循序渐进的失败变得越来越不明显，直到它完全消失或更确切地说，有一些属于弯曲周期，以在与滑轮接触的初始股电线故障，但后来没有进一步的失败是观察为测试时间。在这种情况下，该链断裂是不可见的。在所有的测试，有一个明显渗出附近的滑轮绳 接触点的润滑。此外，这是更大的润滑渗水的地方断线的情况发生。测试绳 4（角变化 _60_）进行了测试，直到完全断裂成两部分，其中 16847 个周期后发生。这个测试绳子不时观察，以获取有关绳子的损害机制的迹象。我们观察以下内容： _ 800 后的 1 股（即在测试的第一部分断头周期），我们观察了另外两个表面股，其中逐步驱逐破损。这使我们内心观察链断裂 ; _ 4000 后的测试，有很多外部链断裂第一部分结束了在周期的最大弯曲点的地方实行的捆（每方只有两个股依然完好无损附近 ，中性轴 绳节），我们发现几乎所有涉及股内导线破损 ; _ 5000 后，在测试的第一部分结束的周期，有股的内心，这些被驱逐的逐步完成破损。在余下的周期，在绳子的阻力，这是由于部分仍然完好外链。从这些观察，我们可以推断，在更大的角度，虽然不可见，内破裂，将与有形并行，但不广泛破损外导线。 观结构分析 显微分析测试绳子分别进行 5（角的变化： _40_;串突破： 235553 次）用扫描电子显微镜。我们观察到裂纹对断股的电线核区，在一个案例中，每两个核相反在同一导线的另一疲劳区。在导线截面，可以看到疲劳传播影响的区（约 50的部分）在其余部分存在。 到的结 果 从已列入表 1 归纳为测试得到的数据如下： _测试绳号码：渐进的编号，按时间顺序的绳索，测试。 _测试角度：旋转程度，以度对终端的支持绳子。该值是指角半振幅，因此前面的标志 _数周期：算术平均削减由于在测试记录的数字值的周期失败（最后的检查），并 在倒数第二检查，这是假设的周期，以数量失败。数周期 . 7 结论 通过一系列的实验测试，需要长时间的准备，甚至更长的完成，我们证实了最初的假设，即在特定情况下的钩子，在结束安装绳，已经完全或部分恢复其住宿和自由地摆动，可能损害 绳。在有限的测试角度力学特性的损失原因和 损失越来越少，我们发现，由保守的推算，一个 _28_，角度应低于这一无损伤发生。这是不可能进行内部股故障分析，即使观察测试绳（直到分为两部分完全分离绳测试）。 鸣谢 作者们希望表达他们的感谢英。里卡多罗西为支持设计，并以 实验室工作人员为他们提供援助试点工作期间，在米兰理工学院。 参考文献 【 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
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