《钢丝绳摩擦学》以钢丝绳摩擦为研究对象，深入探究滑动、层间过渡、冲击、缠绕过程等工况下钢丝绳摩擦磨损机理，并对磨损钢丝绳机械性能及失效机理进行分析，为钢丝绳缠绕设计和服役寿命设计提供重要理论支撑。

钢丝绳摩擦学研究的背景及意义

钢丝绳是由多丝、多股螺旋捻制而成的挠性构件，其结构复杂多样，性能优良，能够同时承受较大拉伸、弯曲和扭转载荷。因此，钢丝绳广泛应用于工业生产和生活的各个领域，且发挥着十分重要的作用。然而，钢丝绳作为重要牵引和承载部件，一旦发生断绳事故，极易造成人员伤亡和重大经济损失。

图1 钢丝绳应用场景

摩擦磨损是造成钢丝绳服役性能退化和影响其传动稳定性的重要原因之一，且为累积恶化过程，其危害不易察觉，具有一定的隐蔽性。钢丝绳在缠绕提升、牵引或起重过程中，绳间存在严重的挤压接触，在系统振动影响下，造成钢丝绳表面磨损，继而降低钢丝绳承载能力，导致其提前报废。因此，开展钢丝绳摩擦学相关问题的研究，能够为钢丝绳的结构设计与选型、安全使用与维护、减少浪费和延长钢丝绳使用寿命提供重要基础数据和理论支撑。

图2 钢丝绳损伤类型

钢丝绳摩擦学研究的主要内容

本书主要研究钢丝绳在不同滑动参数、过渡冲击接触形式和恶劣环境等条件下的摩擦特性和磨损机理，利用自制试验机对钢丝绳开展了一系列摩擦磨损试验，揭示了不同工况因素对钢丝绳摩擦学特性的影响规律；同时，定量、定性地分析了钢丝绳表面磨损程度和磨损类型，探析了不同磨损钢丝绳剩余使用强度和断裂失效机理，并进一步探究了钢丝绳的磨损可靠性；探究了基于双级永磁励磁的钢丝绳无损检测装置及方法；最后，研制了钢丝绳复合润滑脂，并探析了其抗磨润滑特性。具体研究内容如下。

（1）设计并搭建钢丝绳滑动、层间过渡和冲击摩擦磨损试验装置和数据采集系统，开展钢丝绳在不同滑动参数、结构特性、接触形式、缠绕冲击、环境和润滑状态下的摩擦磨损试验研究，借助红外热像仪、光学显微镜和三维形貌仪等测量和检测设备，探究不同工况环境因素对钢丝绳摩擦特性（摩擦系数、摩擦温升）和磨损特征（磨损形貌、磨痕尺寸和磨损机理）的影响规律。为钢丝绳结构设计和实际工况中的合理使用与维护、设备系统的结构设计与优化提供重要基础数据。

（2）基于钢丝绳磨损类型、程度和磨痕特征参数，针对磨损试验获得的钢丝绳试样开展破断拉伸试验，揭示磨损钢丝绳机械性能（力-伸长量曲线、拉伸过程温升曲线），探究不同磨损特征类型对钢丝绳剩余使用强度的影响规律；利用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM），分析磨损钢丝绳断裂微观形貌和破断失效机理；基于可靠性相关理论，探究磨损钢丝绳性能退化规律及其磨损可靠性。为减小钢丝绳浪费、保障安全使用和准确预测钢丝绳剩余使用寿命提供重要数据支撑和理论依据。

（3）结合钢丝绳漏磁场检测励磁强度要求，确定无损检测装置外观及内部励磁结构，实现检测装置结构可靠、方便拆卸的目标，并保障钢丝绳提升系统正常运行，满足钢丝绳损伤漏磁场励磁强度要求；对设计的新型钢丝绳励磁结构励磁优化，使其满足钢丝绳励磁强度要求，进而产生有效损伤漏磁场；基于漏磁场检测原理，设计完成漏磁场信号采集电路模块，将损伤磁场信号转换为电信号，并编写相应程序记录采集信号与位移信号，实现磁场信号与位移信号对应，保证信号采集的精确性，减少噪声信号干扰；结合磨损钢丝绳损伤特性，开展漏磁场检测试验研究，验证检测装置的有效性。为钢丝绳损伤定量识别提供可靠数据支撑，最终为实现钢丝绳寿命准确预测提供技术支撑。

（4）基于现有石墨烯制备方法和理论，进行复合石墨烯制备；开展复合石墨烯检测试验，分析自制复合石墨烯形貌、层数及缺陷等特征参数；设计润滑脂改性试验方案，开展润滑脂改性试验研究；以石墨烯作为润滑添加剂，选取添加比例为试验变量，开展润滑脂改性试验；基于润滑脂检测方法及理论，对改性润滑脂的极压润滑性能、抗腐蚀性能及抗氧化性能进行检测评价；开展以改性抗磨润滑脂为试验变量的四球摩擦磨损试验，分析不同润滑脂状态下钢球磨痕形貌、直径、体积以及最大磨损深度，优选抗磨效果最佳的润滑脂；开展不同润滑脂状态下钢丝绳摩擦磨损试验研究，进一步改进石墨烯润滑脂添加剂，提高其减摩抗磨性能。为钢丝绳减摩抗磨提供重要基础数据和技术支撑。