钢丝绳扭转测试：原理、方法、标准与应用

钢丝绳作为起重、运输、工程机械等领域的核心承载部件，其抗扭性能直接关系到使用安全与使用寿命。钢丝绳扭转测试是评估其在扭转载荷下力学行为、结构稳定性及失效模式的关键试验，通过模拟实际工况中的扭转应力，为产品质量控制、设计优化及安全评估提供核心数据支撑。

一、测试核心目的

钢丝绳在实际使用中（如吊装、卷扬机收放绳）常伴随扭转现象，过度扭转可能导致绳股松散、断丝、结构变形甚至突然断裂。扭转测试的核心目的包括：

1. 评估抗扭性能：测定钢丝绳在规定扭矩下的扭转次数、扭转角，判断其抵抗扭转变形的能力；

2. 检测结构稳定性：观察扭转过程中是否出现绳股滑移、芯部外露、断丝等结构损伤，验证生产工艺（如捻制张力、捻距控制）的合理性；

3. 制定安全标准：为不同用途（如电梯用、矿山用、海洋工程用）的钢丝绳设定扭转性能阈值，避免因抗扭不足引发安全事故；

4. 失效分析：针对已损坏的钢丝绳，通过扭转测试复现失效过程，定位失效原因（如材料缺陷、捻制工艺问题）。

二、测试原理

钢丝绳扭转测试基于材料力学扭转变形理论：将钢丝绳试样两端分别固定在 “固定端” 和 “旋转端”，对旋转端施加恒定的扭矩或转速，记录试样在扭转过程中的扭矩 - 扭转角关系、扭转次数及结构变化，直至试样出现规定失效现象（如断丝、股间分离）。

关键力学指标关联：

• 扭转次数：试样从开始扭转到失效的总转数，反映抗扭寿命；

• 扭转角：单位长度钢丝绳在特定扭矩下的角度变形，反映抗扭刚度；

• 扭矩峰值：扭转过程中出现的最大扭矩，反映抗扭强度极限。

三、测试核心设备

测试设备需满足 “精准控扭、实时监测、安全防护” 要求，主要组成部分如下：

四、测试流程（以 “单向扭转测试” 为例）

1. 试样制备

• 取样要求：从同一批次、同一规格的钢丝绳中随机取样，试样长度需满足 “装夹后有效扭转长度≥500mm”（或按标准规定，如 GB/T 23972-2009 要求有效长度为 100d，d 为钢丝绳公称直径）；

• 试样处理：去除试样两端的绳头松散部分，必要时用铅块或专用夹具固定绳头，防止扭转时股丝散落；

• 参数记录：测量试样的实际直径（在有效长度内取 3 个截面，每个截面测 2 个垂直方向，取平均值）、捻距等关键尺寸。

2. 设备调试

• 校准扭矩传感器和角度测量系统，确保误差在允许范围内；

• 根据试样规格（直径、材料）设定测试参数：如扭转转速（通常为 10-30r/min，避免转速过快导致动态误差）、终止条件（如 “出现 1 根以上断丝”“扭矩下降至峰值的 80%”）。

3. 试样装夹

• 将试样一端固定在 “固定端”，确保轴向无松动；

• 另一端装夹在 “旋转端”，调整试样轴线与旋转端轴线同轴（偏差≤0.1mm/m），避免因偏心产生附加弯矩，影响测试结果。

4. 正式测试

1. 启动设备，旋转端按设定转速单向扭转，软件同步采集扭矩、扭转角数据；

2. 测试过程中实时观察试样状态：是否出现绳股凸起、芯部挤出、断丝等现象，记录首次出现损伤的扭转次数；

3. 当试样达到终止条件（如断丝、扭矩骤降）时，设备自动停机，保存完整测试数据。

5. 结果处理与判定

• 数据计算：统计总扭转次数、最大扭矩、单位长度扭转角；

• 外观检查：记录失效模式（如 “股间分离”“芯丝断裂”“外层丝磨损”）；

• 合格判定：对比产品标准（如 GB/T 20118-2017《通用钢丝绳》），若扭转次数≥标准规定值、且无严重结构损伤，则判定为合格。

五、关键测试标准

不同国家和行业针对钢丝绳扭转测试制定了明确标准，核心差异集中在 “试样长度、终止条件、结果评定方法”，常见标准如下：

六、影响测试结果的关键因素

1. 试样制备精度：

• 试样两端装夹偏心会导致附加弯矩，使实测扭矩偏大，扭转次数偏小；

• 绳头未固定导致股丝松散，会提前出现 “结构失效”，误判抗扭性能。

2. 测试参数设定：

• 扭转转速过快：会产生惯性力，使扭矩峰值偏高，掩盖真实抗扭性能；

• 终止条件过松（如 “允许 3 根断丝”）：会低估实际使用风险。

3. 材料与工艺因素：

• 钢丝材质：高强度钢丝（如 82B 钢）的抗扭性能优于普通低碳钢丝；

• 捻制工艺：捻距过小会导致绳股间挤压应力大，扭转时易断丝；捻制张力不均会使绳股受力失衡，抗扭性能波动。

七、应用场景

1. 生产质量控制：钢丝绳出厂前，每批次需抽样进行扭转测试，确保产品符合标准要求；

2. 设备选型：工程机械（如起重机、塔吊）选型时，需根据工况扭矩需求，选择扭转次数达标的钢丝绳；

3. 在用绳安全评估：对长期使用的钢丝绳（如电梯曳引绳），定期截取试样进行扭转测试，判断其剩余抗扭寿命，避免超期使用；

4. 产品研发：新型钢丝绳（如防扭钢丝绳、压实股钢丝绳）研发中，通过扭转测试优化捻制参数（捻距、股数），提升抗扭性能。