1概述
　　随着国内钢丝绳制造技术的不断进步，钢芯钢丝绳和多股钢丝绳的质量逐步稳定，但在使用过程中仍出现一些问题，特别是多层股钢丝绳在使用过程中出现松股现象，影响了钢丝绳的使用寿命和使用安全。对这一问题进行调查分析发现，多股钢丝绳在制造和分切安装前的绳头处理不当，造成股松弛是导致使用过程中出现松股现象的原因之一。因此，本文简单介绍了当前钢丝绳绳端处理方法，重点阐述了钢丝绳端头扭制设备的研制和应用。
　　2钢丝绳端头处理方法
　　钢丝绳端头处理的目的是防止端头松散、松股等现象出现，同时在钢丝绳安装时便于穿过绳卡、绳锲等。目前，根据钢丝绳企业的生产习惯和一些钢丝绳用户的要求，钢丝绳在生产过程中和钢丝绳分切安装前端头处理方法有两种，一是在钢丝绳切断时，在切断处用铁丝进行扎结，扎结宽度不小于3倍钢丝绳直径，然后用砂轮锯或电焊烧断，用这种方法处理的绳头虽然能防止端头松散、松股等现象出现，但因捆扎铁丝后，绳头直接增大，在一些特殊场合下无法穿过绳卡、绳锲等，给钢丝绳安装造成不便，而且处理过程所需时间较长，操作也不方便。二是将钢丝绳端头加热至接近钢丝熔点后，采用机械扭制的方法将钢丝绳绳端扭制成锥体螺旋状，这样因钢丝绳绳端各钢丝熔合扭在一起，绳端扭制成锥体螺旋状，既防止了钢丝绳松散、松股等现象出现，又便于用户安装。
　　3钢丝绳端头扭制设备的设计
　　钢丝绳端头扭制设备由抽风系统、感应线圈、三爪卡盘、高频加热电源、手轮、丝套、空心丝杆、支座、机架、电机、接手、冷却管道系统、水箱、齿轮泵和车轮组成，如图1所示。本文阐述的钢丝绳端头扭制设备实际加工钢丝绳直径为?2.0-32.0mm，钢丝绳的金属断面积为100-804mm2，钢丝绳的捻距范围为70-200mm。
　　3.1钢丝绳端头扭制设备的机械设计
　　钢丝绳端头扭制设备的机械设计主要包括两部分：绳端扭制操作部分和机架部分，其中绳端扭制操作部分包括三爪卡盘、手轮、丝套、空心丝杆、支座，机架部分包括机架和车轮。
　　3.1.1操作部分的设计
　　1）三爪卡盘
　　按钢丝绳端头扭制设备扭制范围?2.0-32.0mm，同时保证卡盘口径能与钢丝绳绳径相当，夹紧钢丝绳，使在感应线圈中钢丝绳受反向力扭成锥体螺旋状。根据扭制钢丝绳直径选三爪卡盘型号为LK250FQ，理论加紧力91kN，夹持范围：70-200mm。
　　2）手轮
　　手轮采用渡船的方向舵轮结构。用?0.0mm圆钢卷制成?00.0mm圆圈，在圆圈四等分点上焊接长100.0mm圆钢，这样工人操作方便、省力。
　　3）丝套与空心丝杆
　　在扭制钢丝绳端头过程中，考虑到工人操作容易，选用传递效率高的矩形螺纹作为空心丝杆螺纹。根据钢丝绳绳径和结构，把空心丝杆设计成M80×2，中心孔为?5mm；丝套螺纹为M80×2。
　　4）支座
　　支座在机台平面板上焊接时，必须要保证左、右支座的中心线在公差范围内，同时支座与丝套采用间隙配合，丝套用内六角螺栓固定在支座上。
　　3.1.2机架部分的设计
　　考虑到机架上要安装一个高频加热电源和一个体积为0.78m3的水箱，该机架采用槽钢结构，以保证该设备的稳定和牢固。同时为便于该设备的移动，在机架下方安装直径为?00mm的四个橡胶轮胎，其中两个带刹车锁紧装置。
　　3.2钢丝绳端头扭制设备电气控制部分设计
　　钢丝绳端头扭制设备的电气控制包括三部分：加热部分、抽风系统和冷却管道系统。其中加热部分包括高频感应电源和感应线圈。
　　3.2.1钢丝绳端头扭制设备加热原理
　　钢丝绳端头扭制设备对钢丝绳端头的加热利用的是高频感应加热的原理。感应加热是利用电磁感应的方法，使被加热的材料（即坯料）的内部产生电涡流,依靠这些涡流的能量达到加热目的。感应加热应用于钢丝绳加工的理论基础是电磁感应、“趋肤效应”和热传导三项基本原理。
　　钢丝绳相当于金属工件，当钢丝绳通过感应线圈后，在交变电流通入感应线圈的作用下，在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，磁束就会贯通整个钢丝绳，在内部产生很大的涡流，使钢丝绳自身的温度迅速上升。
　　当交变电流通入感应线圈时，感应线圈内就会产生交变磁通Ф，使感应线圈内的工件受到电磁感应电势E。设工件的等效匝数为N2。则感应电势：
　　E=-N2（dФ/dt）　（1）
　　如果磁通是交变的，设Ф=Фmsinωt，则
　　E=-N2（dФ/dt）=-N2Фm　cosωt　（2）
　　有效值为：
　　E=4.44fN2Фm　　　　（3）
　　感应电势E在工件中产生感应电流I2使工件内部开始加热，其焦耳热Q为：
　　Q=0.24I22　Rt　　　（4）
　　式中：Q为工件内部生产的热量，J；I2为感应电流有效值，A；R为工件电阻，Ω；t为时间，s。
　　从以上公式看出，感应电势和发热功率不仅与频率和磁场强弱有关，而且与钢丝绳的金属截面面积、截面形状、钢丝绳中钢丝本身的导电和导磁特性等有关。
　　3.2.2加热部分的设计
　　加热部分是钢丝绳端头扭制设备电气控制的关键环节，扭制中需把钢丝绳加热到接近钢丝熔点温度，并且要确保钢丝绳受热比较均匀，扭制的钢丝绳头才能达到要求。为此，钢丝绳端头扭制设备的加热方式采用了感应加热方式。
　　感应加热器件由两部分组成，即高频感应电源和感应线圈。高频感应电源产生高频交变电流，高频交变电流流入感应线圈，在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将钢丝绳放置在感应线圈内，磁束就会贯通钢丝绳，在钢丝绳内部产生很大的涡流，使钢丝绳自身的温度迅速上升。
　　1）高频感应电源功率
　　根据加工的钢丝绳直径范围，钢丝绳端头扭制设备加工的钢丝绳最大捻距为70-200mm，在扭制钢丝绳时，加热段长度应在0.5-1.5倍捻距为宜，因此加热段长度设定为100mm，加热目标温度1250　℃，钢丝绳的扭制时间一般控制在1min以内，此时加热的功率为最大值，根据热能公式：
　　Q=cmΔT　（2-1）
　　式2-1中：c为比热容；m为加热物体质量，kg；ΔT为温差，K。
　　钢加热到1250℃的比热容：c=0.1896×10-3　kWh/（kg·K）　（2-2）
　　加热段质量：m=π×0.0162×0.10×7.85×103≈
　　0.631kg　（2-3）
　　温差：ΔT　=　1250-20　=
　　1230K　（2-4）
　　将2-2、2-3和2-4计算数值代入2-1进行计算后，得到绳端扭制设备2min所需输出的加热能量：
　　Q=0.1896×10-3×0.631×1230≈148×10-3　kWh
　　根据加热能量，计算加热功率为：P　=　148×10-3×（3600/30）≈18kW　（2-5）
　　考虑到钢丝绳的内部结构为很多钢丝组成，并且钢丝与钢丝之间有油脂，高频感应电源功率需放大一定倍数，且由于高频感应电源自身能量的损失，根据2-5计算结果，确定高频感应电源额定功率为46kW。高频感应电源控制板上安装有功率调节旋钮，实际生产中，根据加热负载的变化，实时调整输出功率。
　　2）感应线圈设计
　　感应线圈是感应加热传递感应电流的主要部件，这个部件设计的好坏对于加热的影响极大。感应线圈通过感应电流将高频电能传导到钢丝绳上，达到对钢丝绳加热的目的。感应线圈用?mm紫铜管绕制，工作时通水带走线圈通电产生的大量热量。由于扭制钢丝绳最大直径为?2.0mm，并且扭制需要一定的空间，感应线圈的内径设计为?0mm。根据最大加热长度100mm要求，感应线圈厚度设计为100mm。
　　3.2.3抽风系统设计
　　在扭制设备工作时，因钢丝绳在感应线圈中受热时钢丝绳内油脂融化产生烟雾，影响操作者进行操作和污染环境，为使操作工人便于操作设计一套抽风系统，确保工作中产生烟雾及时排走。按照普通?0mm钢丝绳在扭制时产生的烟雾选功率为40W的轴流风机。该套系统安装在感应线圈正上方。
　　3.2.4冷却管道系统及水箱的设计
　　高频加热电源工作中感应线圈产生热量，需用水冷却感应线圈，按照高频加热电源工作时产生的热量，根据感应线圈的管径，选用0.8m3/h的齿轮泵循环供应冷却水，在该机构的下端设计一个体积为0.78m3的水箱。
　　4钢丝绳端头扭制设备的应用
　　钢丝绳端头扭制设备设计加工处理的最大钢丝绳直径为?2.0mm，现以35W×7-32.0mm为例阐述钢丝绳端头扭制设备的实际操作过程和应用效果。为了确保扭制效果，左右三爪卡盘间的夹持长度应为钢丝绳捻距的0.5-1.0倍，35W×7-32.0mm钢丝绳捻距为200mm，三爪卡盘间的夹持长度可为160mm。当钢丝绳夹持好后，启动高频电源按钮，高频感应线圈产生感应磁场通过钢丝绳，从而使钢丝绳加热到接近钢丝熔点，然后缓慢转动手轮，将钢丝绳向捻向方向扭制，直到将钢丝绳扭断为止。待钢丝绳绳端完全冷却后，用无齿锯将绳端部切平，完成钢丝绳绳端加工处理。在加工处理过程中，高频感应电源实际输出功率为32kW，设计完全满足要求。
　　5结语
　　本文根据钢丝绳使用特点及要求，阐述了钢丝绳端头扭制设备的设计，并用实例介绍了钢丝绳端头扭制设备处理绳端的方法。因钢丝绳绳端各钢丝熔合扭在一起，绳端扭制成锥体螺旋状，既防止了钢丝绳松散、松股等现象出现，提高了钢丝绳的使用寿命，又便于用户安装。实践证明，上述钢丝绳端头扭制设备处理绳端的方法是可行的。（邰建明　孙继东　黎明军　张成宇　王朝义）