[發明專利]一種預測鋼絲繩內部填充面積的方法

在審

• 申請號: 202011191863.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112446108A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 張東昱;沈志軍;魏曉旭;魯昭;王安安;黃順冰;王紫鵬;張云;孫冠;吳佩軍
• 申請（專利權）人: 咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司;中國石油天然氣集團有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

本發明公開了一種計算鋼絲繩內部填充面積的理論計算方法，其中S1為圖中所示橢扇形的面積，N1為外層股股數；S2為鋼絲繩外層股捻制圓面積，S3為內層股面積，N3為內層股股數；S4為填充股面積，N4為填充股股數；S5為中心股面積，計算方法思路如下：鋼絲繩內部填充面積計算S_填＝S2?N1·S1?N3·S3?N4·S4?S5，其中S1為橢扇形面積計算外，S3及S4均按照橢圓形面積進行計算，S2及S5按圓形面積進行計算。可以在鋼絲繩幾何設計參數確定的條件下，精確計算出鋼絲繩內部填充面積以及固態聚合物包覆鋼絲繩用塑料、鋼絲繩內部油脂占總重量的百分比；纖維填充鋼絲繩用纖維繩芯直徑，為鋼絲繩相關設計提供了便捷的設計思路。

技術領域

本發明屬于鋼絲繩基礎研究技術領域，涉及一種預測鋼絲繩內部填充面積的方法。

背景技術

根據鋼絲繩設計經驗表明，在其捻制過程中股與股之間均留有一定的間隙，作用在于保證金屬芯鋼絲繩填充物，如油脂、固態聚合物及纖維繩芯等留有一定的儲存空間，保證鋼絲繩在使用過程中有足夠的潤滑、緩沖及支撐效果。為研究金屬芯鋼絲繩內部填充面積占鋼絲繩總面積的百分比，對鋼絲繩油脂面積建立數學模型，計算鋼絲繩外層股捻制圓內，除鋼絲及各股金屬面積外，其余間隙面積總和，即為鋼絲繩內部填充面積。完成在無試驗條件情況下，根據鋼絲繩幾何設計參數，計算鋼絲繩內部填充面積總和，為后續鋼絲繩新產品、油脂試驗過程，如固態聚合物包覆鋼絲繩、纖維填充鋼絲繩及油脂占鋼絲繩占總重量的百分比等均提供了設計及預測思路。

發明內容

本發明的目的是提供一種預測鋼絲繩內部填充面積的方法，在已知鋼絲繩幾何設計參數的條件下，根據推導預測出鋼絲繩內部填充面積。

本發明所采用的技術方案是：一種預測鋼絲繩內部填充面積的方法，通過計算外層股S1橢扇形面積，股數為N1；S2外層股捻制圓面積、S3內層股橢圓面積，股數為N3；S4填充股橢圓面積，股數為N4，S5中心股圓面積，定義各層股單股面積Si及對應股數Ni，根據S_填＝S2-N1·S1-N3·S3-N4·S4-S5，即可計算出鋼絲繩內部填充面積。

具體包括如下計算步驟：

步驟1，首先對鋼絲繩幾何參數進行定義；

步驟2，根據鋼絲繩幾何設計參數，計算橢扇形S1面積；

步驟3，根據鋼絲繩幾何設計參數，計算內層股橢圓股面積S3；

步驟4，根據鋼絲繩幾何設計參數，計算填充股橢圓股面積S4；

步驟5，根據鋼絲繩幾設計何參數，計算中心股圓面積S5；

步驟6，根據鋼絲繩幾設計何參數，計算外層股捻制圓面積S2；

步驟7，將上述步驟2、3、4、5、6的計算結果，代入

S_填＝S2-N1·S1-N3·S3-N4·S4-S5中，即可計算出鋼絲繩內部填充的面積。

步驟1定義參數的具體步驟為：

外層股為橢圓股，其長半軸和短半軸長度分別a2、b2，外層股中心到中心股中心的距離，即是外層股捻制圓半徑為R2，；內層橢圓股長半軸和短半軸分別為a3、b3；填充橢圓股長半軸和短半軸分別為a4、b4；中心股半徑為R5，以此類推，定義各層橢圓股長半軸和短半軸分別為ai、bi，外層股捻制圓與外層股的交點為M，N兩點，坐標分別為M(x1，y1)、N(x2，y2)。

步驟2中，橢扇形S1面積的計算方法具體為：

首先根據外層股橢圓方程與外層股捻制圓方程聯立求解兩交點M(x1，y1)、N(x2，y2)，求解所到的坐標方程如下：

聯立方程求解得：