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1問題提出 鋼絲繩捻法通常有交互捻、同向捻和混合捻，其中交互捻應用最多，混合捻應用最少，同向捻應用居中。雖然同向捻應用不如交互捻普及，但除受結構限制鋼絲繩必須為同向
1問題提出
鋼絲繩捻法通常有交互捻、同向捻和混合捻，其中交互捻應用最多，混合捻應用最少，同向捻應用居中。雖然同向捻應用不如交互捻普及，但除受結構限制鋼絲繩必須為同向捻外，如異型股鋼絲繩，非異型股鋼絲繩采用同向捻甚至成為一些場合用鋼絲繩捻法之必選或首選，如煤礦系統斜井提升鋼絲繩、礦石索道鋼絲繩、皮帶機牽引機鋼絲繩、電鏟提升鋼絲繩，在這些場合即使選擇壓實股結構，捻法通常也是如此。如果說最早鋼絲繩在捻法上出現同向捻也許出自隨意或偶然，但能夠保持至今，其本質是該捻法在一定條件下具有能夠提升鋼絲繩性能的優勢。目前國內鋼絲繩相關技術資料對同向捻特點描述集中在耐磨損、柔軟、耐疲勞上，但抗擠壓能力弱和反撥力較大，仔細研究發現對其背后原因解釋不清，不同書刊敘述是人云亦云。筆者著重分析同向捻鋼絲繩具有一般資料所述特點背后原因，同時拓展同向捻捻法對鋼絲繩其他性能影響研究，并就鋼絲繩報廢標準因捻法不同而允許最多斷絲數存在顯著差異進行探討，以進一步加深關于捻法對鋼絲繩性能影響的認識。
2問題研究
2.1同向撿捻法特點原因分析
2.1.1相對高的耐磨性特點從外觀看，交互捻鋼絲繩組股鋼絲軸線與鋼絲繩軸線基本平行，鋼絲軸線與鋼絲繩軸線夾角為股在繩中捻角減去鋼絲在股中捻角；而同向捻鋼絲繩鋼絲軸線與鋼絲繩軸線有明顯傾斜，相應夾角為股在繩中捻角加上鋼絲在股中捻角。正因為如此，同向捻相對交互捻，在相同長度上，可見外露單根鋼絲長度明顯要大，如圖1所示a遠大于b。這意味著每根鋼絲與輪槽（卷筒）有較大接觸面積從而減小鋼絲表面應力，最終使鋼絲繩表現出相對好的耐磨性，因此，耐磨損被視為同向捻最為突出的捻法優勢或優點之一，在一般資料中對此描述相對清楚。
筆者在此采用另外一種更容易理解的方法對同向捻鋼絲繩具有相對好的耐磨性進行解釋。圖2為計算機繪制同向捻與交互捻鋼絲繩截面（注：如果不注意也許無法從截面圖判定鋼絲繩捻法）。從圖2可看出，同向捻時股外層鋼絲距繩中心越遠，鋼絲橢園程度越大，即暴露在鋼絲繩表面鋼絲橢園長軸最大，而與之對稱位置鋼絲橢園長軸最小，交互捻時正好相反。不同捻法繩中鋼絲截面隨其位置不同的這種變化規律，更容易解釋不同捻法鋼絲繩耐磨性的不同：在鋼絲磨損深度相同情況下，同向捻鋼絲繩參與磨損鋼絲面大，而磨損面大意味著鋼絲受到的磨損應力小，所以其耐磨性相對要優；也可解釋為鋼絲磨損相同深度，對同向捻鋼絲繩而言因需要鋼絲被減少更多金屬而需要更長的磨損時間。雖然不同捻法鋼絲繩截面鋼絲這種形狀變化特征不一定會引起大多數人的注意，但作為對同向捻鋼絲繩耐磨性優異解釋無疑合理、方便，且容易理解。
2.1.2相對好柔軟性特點
通常在言及捻法對鋼絲繩性能影響時會提到同
向捻相對交互捻鋼絲繩柔軟性要好，可對其背后原因一般資料很少描述，至少沒有像分析其具有相對優異耐磨性那樣清楚。筆者認為可做如下分析：用A、B、C分別代表組繩3根相鄰股，B股居中，觀察B股中1根鋼絲長度，則會發現對同向捻鋼絲繩而言，該根鋼絲可視長度比交互捻長得多，這也可從圖1看出。從鋼絲繩制造理論可知，捻法并不改變鋼絲在股中和股在繩中的捻縮率，因此股間一根鋼絲可視長度大，意味著這根鋼絲不可視部位長度小，即在同向捻鋼絲繩中鋼絲與繩芯接觸長度相對交互捻時短，故當對鋼絲繩彎曲時外股與繩芯的相對滑動阻力小，從而使同
向捻鋼絲繩比交互捻鋼絲繩表現出相對好的柔軟
性。另外，也可以通過鋼絲截面特征進行分析，從圖2a可以看出，同向捻時橢圓程度最大鋼絲在鋼絲繩表面，而與之對應位置鋼絲橢圓程度最小，而圖2b交互捻鋼絲繩正好相反。據此可做如下分析：（1）
交互捻鋼芯鋼絲繩因為外股與鋼芯接觸部位外股鋼絲橢圓長度最大而使外股與鋼芯接觸面積大，導致外股與鋼芯相互滑動困難，鋼絲繩柔軟性相對同向捻時要差：交互捻鋼絲繩鋼芯通常選擇與外層繩捻向一致的同向捻鋼芯，而同向捻鋼芯橢圓程度最大的鋼絲在鋼絲繩表面，所以，外股與鋼芯接觸是橢圓程度最大的鋼絲接觸，這顯然加大了外股與鋼芯的接觸面積，使外股與繩芯滑動相對困難，從而使交互捻鋼絲繩柔軟性不如同向捻。（2）如果繩芯為纖維芯，對交互挖鋼絲繩，不可視鋼絲橢圓長度大，所以鋼絲與纖維芯壓痕所形成溝槽接觸面積大，同樣使外股與繩芯相對滑動困難而導致其柔軟性相對較差。（3）從圖2可以看出，股中鋼絲從橢圓程度最大位置開始到股與股接觸，鋼絲所轉過角度因為鋼絲繩捻法不同而不同，交互捻時鋼絲經過轉角要小于同向捻，這意味著在股與股接觸位置，交互捻時鋼絲橢圓程度相對同向捻時要大，同時意味著在對鋼絲繩彎曲導致股與股接觸時，交互挖因為股間鋼絲接觸面積大而滑動相對困難，最終表現出交互捻鋼絲繩柔軟性不如同向捻。值得說明的是，雖然研究鋼絲繩柔軟性通常是基于對組繩股層間鋼絲滑動難易程度分析，但這種方法同樣可用于對組繩股結構相同情況下鋼絲繩柔軟性的分析，即研究鋼絲繩柔軟性可通過分析組繩股間滑移難易程度，也就是說研究鋼絲繩柔軟性要考慮股中不同層鋼絲滑移難易程度和組繩不同層股滑移難易程度2方面因素。
2.1.3相對優的抗疲勞性特點影響鋼絲繩疲勞性能有多方面因素，但同向捻相對交互捻為何占優一般資料并沒有給出詳細說明。
筆者進行如下分析：（1）鋼絲性能損失小。從鋼絲繩制造過程看，無論是交互捻還是同向捻，從單根鋼絲到最終成繩，鋼絲都經歷了2次變形。但對同向捻鋼絲繩，由于鋼絲在股中和股在繩中具有相同的挖向，相對于交互捻，鋼絲從直條狀到二次螺旋狀所經受變形過程對其性能所造成的損失相對要小，所以鋼絲繩疲勞性能相對較優。（2）鋼絲繩耐磨性優。同向捻鋼絲繩相對交互捻鋼絲繩具有耐磨性高的挖法特點，減緩了鋼絲繩破斷拉力的降低速度，即降低了繩中鋼絲工作應力的上升速度，因此從提高鋼絲繩耐磨損角度會改善鋼絲繩疲勞性。（3）鋼絲繩柔軟性好。同向捻鋼絲繩相對交互捻鋼絲繩具有較好柔軟性，這意味著在相同直徑的滑輪或卷筒上鋼絲繩更容易被彎曲，繩內鋼絲所受彎曲應力較小，有利于鋼絲繩疲勞壽命的提高。（4）改善外層股數相對較少的2層股鋼絲繩抗旋轉性。對外層繩股數相對較少的8根、9根、10-12根的2層股抗旋轉鋼絲繩，內層繩鋼絲總面積明顯小于外層繩鋼絲總面積，外層繩股捻制圓半徑明顯大于內層繩股捻制半徑，因此，這種鋼絲繩抗旋轉性能是有限的。外層繩為交互捻而內層繩為同向挖時鋼絲繩抗旋轉性顯然優于外層繩為交互捻而內層繩也為交互捻鋼絲繩。RR-W-
410F-2002]規定18×7類交互捻鋼絲繩內層繩為同向捻，該標準不同于通常并不限制該類、該挖法鋼絲繩層繩捻法之做法，其中可能與此有關。內層繩選擇同向捻，可提高內層股鋼絲抗磨損性，對抗旋轉性相對較差的鋼絲繩，通過提高內層繩耐磨損性而改善整個鋼絲繩壽命，當然內層繩壽命延長可降低外層繩鋼絲工作應力上升速度與較長時間保持外層繩結構相對穩定，也有利于提高鋼絲繩疲勞性能。
2.1.4穩定性相對較差與反撥力相對較大特點雖然同向捻鋼絲繩相對交互捻鋼絲繩具有耐疲勞、抗磨損、柔軟性好等捻法優勢，但也如同沒有萬能的鋼絲繩而只有合適的鋼絲繩一樣，同向捻并非鋼絲繩合理捻法的唯一選項，所有資料都提及其抗擠壓能力相對交互捻要差，即結構穩定性相對較差。之所以如此，筆者認為是當鋼絲繩為同向捻時，鋼絲與鋼絲繩軸線相對大得多的夾角使得鋼絲繩在受到垂直于鋼絲繩軸線方向擠壓載荷時組股鋼絲表現出更強朝垂直鋼絲繩軸線分開的趨勢，即表現出相對弱的抗擠壓能力或結構不穩定。
同向捻鋼絲繩反撥力相對較大，原因可做如下分析：（1）股、繩具有相同的打開或松捻的趨勢。從鋼絲繩制造理論看，無論是捻股還是合繩，鋼絲在股中、股在繩中都具有打開或松捻的趨勢，同向捻時，鋼絲在股中、股在繩中打開或松捻的趨勢一致，累加的結果使鋼絲繩表現出相對較大的反撥力。（2）股有較大的加捻應力。保證鋼絲繩緊密挖制是相關標準對鋼絲繩捻制質量的通用要求，對同向捻鋼絲繩，為保證股在繩中、鋼絲在股中緊密捻制，要求合繩前般應具有加捻的應力狀態，也就是說，用于捻制同向捻鋼絲繩股中原始捻制應力相對用于捻制交互捻鋼絲繩時大，這也會增加鋼絲繩反撥力。
2.2同向輸對鋼絲繩其他性能的影響
2.2.1破斷拉力
從鋼絲繩生產技術資料與相關標準看，挖法似乎并不影響鋼絲繩的破斷拉力，然而情況并非總是如此，而且主要體現在鋼芯繩和多層股鋼絲繩，尤其是后者（注：從嚴格意義上講，多層股鋼絲繩也可視為鋼芯繩，只是這種鋼芯繩因相對普通鋼芯繩具有抗旋轉性而已。另外，由于多層股鋼絲繩外層繩股數相對較多，因此這種鋼芯繩繩芯相對普通鋼芯繩繩芯直徑要大）。對多層股鋼絲繩，無論鋼絲繩具體結構和抗旋轉性能如何，股在繩中一定含2個捻向。從實際情況看，設計合理的內層繩捻法會明顯提高鋼絲繩的破斷拉力，對此筆者選擇35（W）×7鋼絲繩進行了生產試驗。對交互捻35（w）×7鋼絲繩，內層繩選擇交互捻時鋼絲繩破斷拉力要高于同向捻，至于其中累因可進一步探討。要研究國外多層股鋼絲繩更習慣采用同
向捻背后的原因，圖3是AS356-1989]給出的3次合繩的3層股鋼絲繩捻法與捻向配置，值得重視，但國外個別企業的做法是不合適的0。
圖33次合罐的3后股鋼絲繩
Fng.3 Three layers wire sope of three layingtp
2.2.2抗旋轉性
鋼絲繩抗旋轉性是對鋼絲繩受力后鋼絲繞股軸
線旋轉和股繞繩中心旋轉力矩平衡結果的綜合反
映。一般資料認為鋼絲繩抗旋轉性取決于鋼絲繩結構而不涉及捻法，筆者認為這種認識并不全面。關于捻法對鋼絲繩抗旋轉性影響在此通過舉例說明：
（1）對6股鋼絲繩，從標準看，其并不在抗旋轉鋼絲繩之列，但如果一定要說其抗旋轉性能，單就捻法而言，很顯然混合捻優于交互捻，交互捻優于同向捻（注：韓國企業有通過混合捻提高6股鋼絲繩抗旋轉性的應用先例。日本個別企業生產的6股“難自
轉”鋼絲繩，雖然不涉及鋼絲繩捻法，但股捻距倍數相對一般鋼絲繩小得多，而繩捻距則正好相反）。
（2）對3股或4股鋼絲繩，如果鋼絲繩捻法為同向捻，則鋼絲繩一定不具有抗旋轉性，所以其制成抗旋轉鋼絲繩的捻法只能是交互捻。（3）對2層股鋼絲繩，其抗旋轉性的獲得依靠的是內外層繩股旋轉力矩的平衡，而各層股組成鋼絲繩旋轉性顯然與挖法
有關，如對17×7類鋼絲繩，如果外層繩是同向捻，顯然內層繩選擇同向捻所得鋼絲繩抗旋轉性將優于選擇交互捻。
無論是從實踐上還是理論上，捻法對鋼絲繩抗旋轉性能的影響是客觀存在的，也許只是因為對大多數鋼絲繩，結構對其抗旋轉性影響遠大于捻法影響而使捻法對鋼絲繩抗旋轉性的影響被忽視，但這并不否定捻法對鋼絲繩抗旋轉性具有影響的事實存在。
2.2.3后續擠壓索具加工方法當鋼絲繩用于制作澆筑索具，或直接壓制吊索，或插編吊索，或編成無極環索，或制成弗蘭芒式壓制吊索，鋼絲繩捻法對加工索具質量不存在影響，但如果是制作套管固接折返式索具，選擇同向捻鋼絲繩則是不合適的。因為鋼絲繩折返后，在兩繩接觸部位，鋼絲繩表面鋼絲將嚴重交叉，壓制過程中鋼絲間的高應力會導致鋼絲繩表面鋼絲被嚴重“硌”傷甚至被剪斷（注：盡管對鋼絲的這種傷害在索具制成后無法看見），不僅影響索具承載能力，更重要的是給后續安全使用埋下隱患。對混合捻鋼絲繩，因為也部分包含了同向捻，所以該捻法鋼絲繩制作套管固接折返式索具同樣不合適，盡管同向捻或混合捻鋼絲繩不宜制作套管固接折返式索具并不一定沒有引起大多數索具制造者或使用者的注意，且混合捻這一特殊捻法鋼絲繩更是很少被大多數鋼絲繩制造者或使用者看到。
2.3標浪規定不同輸法鋼絲繩報廢最多斷絲數分析筆者注意到，GB/T 5972-2006日給出相同鋼絲繩在工作機構級別相同時報廢最多可見斷絲數因鋼絲繩捻法不同而差距甚遠，同向捻鋼絲繩報廢最多斷絲數僅是交互捻的一半，相關規定見表1.
為什么僅因捻法不同而導致標準規定在工作機構級別相同時鋼絲繩報廢最大斷絲數上出現如此大差異，從筆者了解情況看，國內知其解和試圖求解的人并不多，這包括鋼絲繩制造者、標準制訂者、使用者和報廢標準制定者。
對同向捻鋼絲繩，3根相鄰股之中間股單根鋼絲可視長度要比交互捻大，所對應的鋼絲繩長度也長，單根鋼絲如果想獲得相同頻次的可視部位，同向挖需要的鋼絲繩長度要大，換言之，對固定長度同向捻鋼絲繩，單根鋼絲被重復可視的頻次要比交互捻少，因此，標準規定同向捻工作機構級別相同時鋼絲繩最多斷絲數比交互捻要少是正確的。
為驗證頻次減小的程度，筆者做了如下試驗：在6股交互捻與同向捻鋼絲繩中，隨意選出1根股，剎去其中1根外層鋼絲后再將該股在繩中重新復位，選擇鋼絲繩1個捻距觀察外觀可視缺絲部位數，結果發現，同向捻鋼絲繩可視部位數是交互捻的一半，即同向捻和交互捻1根鋼絲可視部位數之比是1：2.通過計算機作圖也得到了相同的發現，對不同結構不同捻法的鋼絲繩觀察也得到了相同的試驗結果。根據試驗結果，要想使對同向捻鋼絲繩鋼絲實施檢查的可視部位數與交互捻相同，所需鋼絲繩長度則應是交互捻的2倍，或者說，交互捻鋼絲繩在鋼絲繩1個捻距內1根鋼絲可被檢查到的次數是同向捻的2倍，故當將報廢可視斷絲數設置在相同的鋼絲繩長度范圍時，同向捻鋼絲繩可視斷絲數也應是交互捻的一半。試驗結果表明標準關于在1個捻距內同向捻鋼絲繩可見最多斷絲數是交互捻一半之規定是正確的。至于為什么僅因為捻法不同而導致在1個捻距內同向捻某根鋼絲可視部位數只是交互捻時之半，筆者準備繼續進行理論分析。
注意，雖然表1給出確定鋼絲繩報廢最多斷絲數時限定鋼絲繩長度分別為不大于6d和30時，從嚴格意義上看，該規定可操作性并不強。如果確定為1個或5個捻距內更合適，也更符合實際，因為鋼絲繩捻距倍數一般選擇6.00左右，6d或者30d鋼絲繩長度基本是鋼絲繩的1個或5個捻距，再者，使用者通常也是按捻距確定檢查鋼絲繩長度而不是先按標準計算出擬檢查鋼絲繩長度后再進行表面斷絲檢查。GB/T5972-2006]后續版本GB/T5972-
2009國相同的規定繼續存在，只是因為相對GB/T5972-2006對相關描述更詳細而占據篇幅過大筆者沒有再列出。
3結論
同向捻鋼絲繩具有好的耐磨性基于：（l）鋼絲軸線與鋼絲繩軸線有較大夾角增加了鋼絲與匹配滑輪（卷筒）接觸面積；（2）從鋼絲繩截面看，股中外層鋼絲隨離繩中心距離增大其橢圓程度越大的幾何特征，提高了鋼絲與匹配滑輪（卷筒）接觸面積。同向捻鋼絲繩具有好的柔軟性基于：捻法并不改變鋼絲在繩中的捻縮率，而同向捻時股中不可視鋼絲長度短，導致外股鋼絲與繩芯接觸面積小，使對鋼絲繩彎曲時外股與繩芯的相互滑動更容易。從鋼絲繩截面看，在鋼絲從橢圓程度最大位置轉向橢圓程度最小過程適逢股與股接觸點位置，同向捻鋼絲經過轉角比交互捻大，使對鋼絲繩彎曲時捻股間鋼絲接觸面積相對較小，股與股相互滑動容易。同向捻鋼絲繩疲勞性能優基于多方面因素：
（1）在鋼絲從直條狀到二次螺旋變形過程所引起的鋼絲性能損失相對要小；（2）耐磨損的特點延緩了承載金屬的流失速度與鋼絲表面裂紋的產生速度及擴展速度；（3）具有相對好的柔軟性使鋼絲繩在滑輪或卷筒上更容易彎曲，繩內鋼絲彎曲應力小；（4）
改善了外層股數相對較少的2層股鋼絲繩抗旋轉性；（5）對普通鋼芯繩，外層繩捻法（向）與芯繩捻法（向）合理搭配，輔助以合理參數設計，能通過延長繩芯壽命進而增加鋼絲繩壽命。
同向捻鋼絲繩結構穩定性相對較差基于鋼絲軸線與鋼絲繩軸線較大的夾角，當鋼絲繩受到垂直鋼絲繩軸線方向擠壓載荷時分開趨勢更強。
同向捻鋼絲繩具有較大反撥力基于：（1）鋼絲在股中、股在繩中因具有相同捻向而使打開或松捻趨勢相同；（2）為保證同向捻鋼絲繩緊密挖制，股在合繩前具有較大的加捻應力。
捻法對鋼絲繩抗旋轉性能的影響基于：（1）單層股鋼絲繩只有在交互捻時才可能具有抗旋轉性；
（2）多層股鋼絲繩層繩捻法可以影響各自股所在層繩旋轉力矩而影響最終鋼絲繩旋轉性。對大多數鋼絲繩，捻法因對鋼絲繩抗旋轉性影響要小于結構之影響而被忽視。
同向捻鋼絲繩和混合捻鋼絲繩加工套管固接折返式索具時，因為鋼絲繩間鋼絲嚴重交叉，會造成鋼絲損傷甚至斷裂而不適合。鋼絲繩報廢標準給出相同條件下同向挖鋼絲繩報廢最多斷絲數少于交互捻源于可視鋼絲長度相對較大，1：2的數量關系乃基于在鋼繩1個捻距內同向捻時單根鋼絲出現可視部位頻數是交互挖時的1/2。
研究同向捻鋼絲繩性能，主要目的是盡可能把鋼絲繩生產相關資料中對同向捻鋼絲繩具有一些特點的背后原因解釋清楚，同時探索捻法對鋼絲繩其他性能的影響。
