[发明专利]一种综合多参数的绳索设计方法

摘要

本发明公开了一种综合多参数的绳索设计方法，属于钢丝绳产品设计技术领域。该方法基于螺旋捻制体的轴向刚度系数、扭转刚度系数、轴向扭转耦合刚度系数和抗弯刚度系数，对绳索的抗旋转性、抗拉性能和柔韧性进行综合设计。各刚度系数都是绳索中钢丝的直径及其捻制参数的函数，根据对钢丝绳性能的要求可实现对绳中股和股中丝的捻制参数的设计计算，可以实现对不同工况下绳索的设计，通过绳索刚度系数的线性表达式，计算方便，耗时少，很容易计算得到绳索的捻制参数。

主权项

一种综合多参数的绳索设计方法，其特征在于，包括如下步骤：a.根据工况需要，综合考虑绳索的抗旋转性、抗拉性和柔韧性，通过公式：Q1=EfA0+Σj=1nmj[ηTjsinβj+ηNjcosβj]---(1)]]>Q3=Σj=1nmj[(ηHj-ηNjRj)sinβj+(ηGj+ηTjRj)cosβj]---(2)]]>B=π4·[Efr04+Σj=1n2mjQj1sinβjAj(2+νcos2βj)rj4]---(3)]]>确定钢丝绳轴向扭转耦合刚度系数Q3、轴向刚度系数Q1和抗弯刚度系数B，式中：βj为第j层股的螺旋角，rj为第j层股的半径，Rj为第j层股的捻制半径，n为绳索中股的层数，mj为第j层中股的数量；Ef为绳芯弹性模量，A0为绳芯的截面积，Aj为第j层股的截面积，ν为钢丝材料的泊松比；b.基于螺旋结构的轴向刚度系数Q1、轴向扭转耦合刚度系数Q3和抗弯刚度系数B关于绳索中钢丝直径和捻制参数的表达式(1)(2)(3)计算绳索中股的捻制参数，其中螺旋角越接近90°，绳索轴向刚度越大，而且随着螺旋角靠近90°，螺旋角对绳索轴向刚度的影响减弱；螺旋角越远离90°，绳索抗弯刚度越小，而且随着螺旋角远离90°，螺旋角对绳索抗弯刚度的影响增强；根据轴向扭转耦合刚度系数Q3的表达式，令Q3＝0，对于有n层股的绳索，将n‑1个螺旋角β1,β2...βn‑1的值在允许范围内固定，计算得到另一个螺旋角βn的值，形成一组由n个螺旋角β1,β2...βn组成的组合，多次变化n‑1个固定螺旋角的值，形成多组由n个螺旋角组成的组合β1,β2...βn；c.将多组螺旋角β1,β2...βn组合分别带入轴向刚度系数Q1的表达式(1)和抗弯刚度系数B的表达式(3)中，对绳索抗拉性能有要求的工况选择使轴向刚度系数Q1值最大层股的螺旋角β1,β2...βn进行组合，对绳索柔韧性要求而无需考虑抗拉性能的工况选择使抗弯刚度系数B最小层股的螺旋角β1,β2...βn进行组合；d.螺旋角β1,β2...βn组合选择好后，通过调节最外层股的螺旋角即可实现对轴向刚度系数Q1、轴向扭转耦合刚度系数Q3和抗弯刚度系数B的最大幅度调节，通过调节最内层股的螺旋角即可实现对轴向刚度系数Q1、轴向扭转耦合刚度系数Q3和抗弯刚度系数B的最小幅度调节。