客运索道钢丝绳应用现状及发展趋势

2002-06-17 00:00 来源: 我的钢铁 作者:mysteel
    吴鸿启
    (国家客运架空索道安全监督检验中心 北京 100007)
    摘 要 客运索道用钢丝绳要求耐疲劳、抗磨和有较高的抗拉强度、良好的润滑和摩擦系数、较小的钢丝绳伸长量。阐述了客运索道用钢丝绳的应用状况及发展趋势。指出国产钢丝绳应在消除滴油、提高质量稳定性、改进绳芯、提高抗拉强度及镀锌质量、选择合适捻距等方面进行改进。
    关键词 钢丝绳 客运索道 应用 发展趋势
    客运架空索道(简称“客运索道”)是利用钢丝绳支承和牵引运载工具(吊厢、吊椅或吊篮)运送乘客的一种现代化空中交通运输游览设施。每一条客运索道都离不开钢丝绳。钢丝绳的结构、性能和质量以及正确使用维护是保证客运索道安全和正常运行的最重要环节。钢丝绳在客运索道的建造和运营中占有极其重要的地位,它直接关系到客运索道的安全运营、经济效益和社会效益。
    1 客运索道用钢丝绳的技术要求
    1.1 客运索道用钢丝绳的选择
    国家标准GB12352―90《客运架空索道安全规范》对客运索道用钢丝绳提出如下要求:
    (1)承载索一定要采用整根的,且全部由钢丝捻
    制而成的密封型钢丝绳,不允许采用敞开式螺旋型
    和有任何类型纤维芯的钢丝绳作承载索;
    (2)牵引索、平衡索、运载索应选用线接触、面接触、同向捻带纤维芯的股式结构钢丝绳,在有腐蚀环境中推荐选用镀锌钢丝绳; (3)张紧索要采用挠性好特别耐弯曲的钢丝绳,不宜采用多层的钢丝绳。
    1,2 客运索道用钢丝绳的性能要求
    
    1.2.1 耐疲劳、抗磨和较高的抗拉强度
    
    客运索道是将一条钢丝绳套在索道两端的驱动轮和迂回轮上,线路中间设有一定数量的支架,支架上装有托(压)索轮组,随线路地形高低起伏变化将钢丝绳托起或压下,运载工具固结在钢丝绳上,驱动轮驱动钢丝绳带动运载工具实现运送乘客的目的。钢丝绳运行通过各绳轮组时,每过一轮弯曲一次,索道线路支架托索轮越多,抱索器握住的一段钢丝绳受到的反复弯曲次数将越多,尤其固定抱索器循环式索道的抱索器必须绕过驱动轮和迂回轮,钢丝绳在抱索器钳口处受到反复弯曲很容易引起疲劳断丝。同时,钢丝绳股丝在经过绳轮时会产生摩擦磨损。此外,为了保证驱动轮的防滑性能,钢丝绳必须承受足够的张力并备有相应的安全系数。
    1.2.2 良好的润滑和摩擦系数
    正确选用绳芯和润滑油质可以增加钢丝绳弹性,减少股间钢丝的接触应力,还可以保持良好的润滑,防止钢丝受腐蚀,延长钢丝绳使用寿命。优质镀锌钢丝绳可以不加油,能提高表面摩擦系数,保证钢丝绳与驱动轮的附着力。
    1.2.3 钢丝绳伸长量小
    钢丝绳的伸长有弹性伸长和残余伸长(即永久伸长)两种。钢丝绳的伸长量与钢丝绳的结构、捻制状况和选用的材质有关,不论循环式索道的运载索或是往复式索道的牵引索和平衡索,伸长量过大都带来使用维护上的很大困难。
    2 客运索道钢丝绳应用现状
    客运索道按其运行方式可以分为循环式和往复式两大类,还可以按照使用的抱索器和运载工具的型式以及索系进行详细分类。不同类型的索道必须应用相应结构和绳径的钢丝绳。
    2.1 循环式客运索道
    循环式客运索道索系简单、运量大、适合我国大多数地区的实际需要,约占我国客运索道总数的90%以上。这种型式索道通常采用的钢丝绳被称为运载索 (既承载又兼有牵引功能)。运载索需要具有足够的抗拉强度传递载荷,以保证客运索道的正常运行,运载索承受载荷大小是选择钢丝绳绳径的主要依据,载荷愈大,绳径就愈大,反之,绳径小。采用固定抱索器型式的循环式客运索道,抱索器钳口处钢丝绳经过驱动轮、迂回轮和托压索轮时出现反复弯曲,要求钢丝绳抗疲劳性能好,兼顾耐磨,外层丝较粗且表面平滑,钢丝绳股丝与绳轮和抱索器钳口的接触应力较小。
    (1)线路较短、高差小、运量较少的单线循环固定抱索器型式客运索道用运载索直径较小,一般在15―35mm范围内,最广泛使用西鲁型钢丝绳。绳的结构及特点是除中心钢丝外,外部由两层钢丝组成,内层为小直径钢丝,外层钢丝直径较粗(1.30―2.80mm),丝数相同,其结构为6(9+9+1)+FC,简称6*19S+FC,具有较好的抗疲劳、耐磨和抗挤压能力。
    (2)线路较长、高差大、运量中等水平的单线循环固定抱索器型式客运索道应用中小直径的运载索,一般直径在28―40mm范围,普遍使用西鲁型和填充型钢丝绳。绳的结构及特点是除中心钢丝外,外部由三层钢丝组成,外层有12根钢丝(直径 1.80-2.70mm),内层有6根钢丝,在中间6个空隙处填充6根细钢丝,使点接触变为线接触,简称 6*25Fi+FC,其结构为6(12+6F+6+1)+FC。由于这种钢丝绳丝径均匀,比西鲁型钢丝绳在同直径时外层丝细约20%。因此,抗弯曲疲劳性能优于西鲁型,但耐磨性不如西鲁型钢丝绳。
    (3)线路长、高差大、运量较大的单线循环固定抱索器吊厢式客运索道,尤其是脉动车组和脱挂抱索器型式客运索道,运载索直径较大,一般在32.5-56mm,大多数使用瓦林吞一西鲁型钢丝绳。绳的结构及特点为内部是完全线性接触的瓦林吞绳股,外层用较粗的钢丝(2.0―3.0mm)包围而成,它既有西鲁型钢丝绳外层丝粗、耐磨、抗挤压,又有瓦林吞型钢丝绳丝细、比较柔软、易于编接、抗弯曲疲劳性能好的优点。其结构为6*(14+7/7+7+1)+FC,简称6* 36WS+FC;6*(12+6/6+6+1)+FC,简称6*31WS+FC;还有少量应用6*(10+5/5+5+1)+FC,简称6*26WS+FC和6*(16+8/8+8+1)+FC,简称6*41WS+FC。
    (4)循环式客运索道钢丝绳应用现状。据不完全统计,单线连续循环固定抱索器型式客运索道近200条。按使用钢丝绳直径大小来划分,运载索直径在30.5―35mm范围的钢丝绳数量居首位,约占54%;其次为直径在25.5―30mm范围的钢丝绳,约占27%;35.5―40mm范围的钢丝绳约占9%,15~ 25mm范围的钢丝绳约占7.5%;40.5―44mm范围的钢丝绳约占2.5%。
    按使用钢丝绳结构型式来划分,采用西鲁型6*19S +FC钢丝绳约占72%;采用填充型6*25Fi+FC钢丝绳约占19%;采用6*36WS+FC和6*26WS+FC等瓦林吞一西鲁型钢丝绳约占8%。其余采用6*7钢丝绳。
    此外,还有不足50条的单线循环脱挂抱索器和脉动车组式索道,其运载索直径在34―50mm范围,采用瓦林吞一西鲁型钢丝绳最多,以6*36WS+FC为主,个别采用6* 31WS+FC,约占69%;填充型钢丝绳(6* 25Fi+FC)约占18%;西鲁型钢丝绳(6* 19S+FC和6*17S+FC)约占13%。
    2.2往复式客运索道
    往复式客运索道的钢丝绳系统比较复杂,一般情况由承载索、牵引索、平衡索、张紧索构成,主要建在地形复杂、高差大、跨度大,其它类型索道难以运营的特殊环境,我国现有23条。
    2.2.1 承载索
    承载索是用作运行轨道支承客厢车轮在其上行走的钢丝绳,现有20条往复式客运索道的承载索采用了单股结构的密封式钢丝绳,其特点是金属断面系数大,表面平滑、耐磨、润滑良好,抗锈蚀能力强,寿命长。钢丝绳直径在21―56mm范围。国产密封型钢丝绳性能接近国外产品水平,主要问题是质量不稳定。此外,还有单线往复车组式索道采用直径为34.5mm的瓦林吞一西鲁型钢丝绳作为运载索。
    2.2.2牵引索和平衡索
    牵引索是牵引客厢沿承载索运行的钢丝绳,平衡索是客厢尾部拉紧用钢丝绳。目前采用的钢丝绳,直径在15―24.5mm范围,多数选用西鲁型钢丝绳,部分采用填充型钢丝绳。仅有黄山太平大型双承载单牵引和溪口、黄石寨、金佛山等双线车组往复式索道的牵引索直径较粗,为33―34mm。
    2.2.3 张紧索
    张紧索是连接张紧重锤的钢丝绳,特点是承受拉力大,移动范围不大,反复弯曲次数多,一般选用丝径细、柔性好、抗弯曲疲劳能力强的填充型或西鲁型钢丝绳。每条索道采用张紧索的数量很少。
    3 客运索道用钢丝绳的发展趋势
    3.1 中国旅游业和客运索道的动向
    我国客运索道正规的设计工作开始于20世纪 70年代末,党的十一届三中全会确立了以经济建设为中心和改革开放政策,国力和对外影响日益增强,迅速提高了人民生活水平,大大推动了旅游事业的发展,也给客运索道事业带来了勃勃生机。20世纪 80年代从无到有,先后建成了北京香山单线循环固定抱索器双人吊椅式索道,重庆嘉陵江和泰山中天门往复式索道,广州白云山和北京慕田峪长城单线循环脱挂抱索器吊厢式索道,大连老虎滩脉动车组式索道,共计30条,投入运营后取得了显著的社会效益和经济效益。我国旅游业通过改革开放20多年来的努力,客运索道有了大幅度增长,到20世纪末全国建成各种类型客运索道近300条,分布在北起黑龙江,南至广东、海南,东自浙江、山东,西到青海、新疆等30个省、自治区、直辖市。索道数量排名首次进人世界前10位,索道线路总长度达240km,年输送中外游客8000万人次,为促进各地经济建设和旅游事业的发展起到了积极作用。
    旅游业现已成为国民经济新增长点,2000年我国东、中、西部旅游业全面推进,发展环境进一步优化,产业地位进一步提高。中国旅游资源十分丰富,在山岳型风景名胜区,为了和国际旅游相接轨,安全的、现代化的交通设施是必需的,中国索道发展的特点是以旅游为中心,滑雪用索道的潜在市场还有待开发。中国计划于2020年建成“世界旅游大国”。旅游业的良好发展势头和宏伟目标为客运索道的进一步发展提供了难得的机遇,预计我国客运索道年增加20条左右的增长速度将会持续一段时间。
    3.2 客运索道用钢丝绳的发展趋势
    3.2.1 钢丝绳规格、数量
    目前国内已建成的近3印条客运索道总长度约 240km,在用的各种类型客运索道用运载索、牵引索和平衡索不同规格的钢丝绳总长度不少于500km,按照钢丝绳直径比例分布大约为:d=30.5―42.5mm占 67%,居首位;其次为d=25―30mm占22%;d=43―50mm占6%;d=15―24.5nlm占5%。按照钢丝绳结构型式比例分布大约为:西鲁型钢丝绳占 60%;瓦林吞―西鲁型钢丝绳占20%;填充型钢丝绳占19%;不足1%的钢丝绳选用了其它结构型式。
    一般情况下,牵引索和平衡索用西鲁型钢丝绳较多,部分使用填充型钢丝绳,投入使用3年后需要更换新绳。用于运载索的国产钢丝绳寿命为5年左右,进口钢丝绳的使用寿命为8―10年左右,由此推算客运索道每年需要更换新钢丝绳长度总计约70~80km。
    此外,每年新建成20条左右客运索道,需要新钢丝绳总长度不少于30km,显示出钢丝绳产品在我国客运索道发展进程中的重要地位和广阔前景。
    3.2.2钢丝绳性能、质量
    目前,鞍钢集团钢绳厂、宁夏恒力钢铁集团有限公司和贵州钢绳集团有限公司等单位生产的钢丝绳,结构、规格基本上可以满足客运索道发展所需,而且具有价格低、供货快、售后服务好等优势,为促进客运索道健康持续发展起到了积极作用。但是,随着全社会对环境保护的认识和要求日益提高以及索道的技术进步,对钢丝绳的性能和质量提出了更高的要求。自20世纪90年代以来,愈来愈多的国外钢丝绳制造厂商(如日本制钢、奥地利钢丝绳厂、德国蒂森、瑞士布鲁克集团 FATZER公司等)进人中国客运索道市场,尤其近几年不仅引进的索道成套设备采用国外生产的钢丝绳,有些索道建造单位对国内自行射击造的索道国产机电设备也要求选用进口钢丝绳,甚至老的国产索道设备钢丝绳使用寿命到期,更换新绳时宁肯多花50%―300%的经费也坚持改用国外钢丝绳。因此国内钢丝绳制造单位对产品性能和质量应从下列几个方面进行改进。
    (1)消除滴油污染。国产钢丝绳投入运行初期,沿索道线路滴油,环境和设备污染十分严重。污油滴在乘客身上引发矛盾的事时有发生,成为客运索道管理上的难题。
    (2)提高质量稳定性。大多数钢丝绳性能质量能满足用户要求,但有时新绳就出现绳股松紧不一,外层丝多处断裂,检查内部丝断裂更多,影响使用寿命或提前更换新绳,影响不好。
    (3)改进绳芯。研制尼龙芯尤其是热压聚炳烯纤维绳芯,不仅保证钢丝绳内部的良好润滑和相应的弹性支撑,还可以大大减少钢丝绳的伸长率。
    (4)提高抗拉强度。随着索道技术进步,抗拉强度在1770MPa以下的6股线接触钢丝绳只能满足一般索道使用要求,选用1 860MPa乃至超过1 960 MPa以上的高强度钢丝绳将会日益增多。
    (5)提高镀锌质量。地处沿海或酸雨地区的客运索道需要选用镀锌钢丝绳,目前存在上锌量和均匀性不稳定,尤其是附着力不足、易脱落等问题,必须研究改进。
    (6)选择适当的捻距。目前对钢丝绳捻距一般没有明确要求,通常由生产厂按国家有关规定制造。但国外钢丝绳厂商在这方面作了许多研究,在用户订货时要求提供索道托、压索轮直径及间距等参数,依此计算、调整、制作适合于该索道用钢丝绳的适当的捻距,避免轮衬磨损过快和共振的产生。
    4 结语
    客运索道作为一种现代化空中载客的交通运输游览设施,20年来充分展示出其独有的魅力和良好效益,受到国内外广大游人的喜爱和欢迎。我国拥有十分丰富的旅游资源,可供客运索道发挥作用的市场潜力很大。北京申办2008年第29届奥运会的成功将对中国的旅游业带来刺激;20年建成“世界旅游大国”的进程必将进一步促进客运索道事业的发展。钢丝绳在客运索道中的地位举足轻重、无可替代,目前国内钢丝绳制造业已经积累了较丰富的实践经验,拥有了技术水平较高的专业人才和较先进的技术装备,只要进一步刻苦钻研,严格把关,进行科学的质量管理,就一定能够不断提高产品性能、质量和信誉,充分满足各种类型客运索道对钢丝绳的不同需求,并进军国际索道市场,参与世界强手竞争,创造更好的效益。

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