基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法

专利名称：基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法
技术领域：
本发明属于钢丝绳产品设计技术领域，特别涉及一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳配丝设计方法。

背景技术：
三角股钢丝绳因与匹配轮槽接触面积大、破断拉力值高、使用寿命长等显著优点而在煤炭、冶金、有色等行业得到广泛应用，是不可替代的钢丝绳品种，历来受到生产者与使用者的高度重视。对于三角股钢丝绳，三角股中钢丝捻制变形随其在股中所处位置不同而呈现周期性变化，正是这种变化，导致其捻制参数设计不像圆股钢丝绳那样遵循各层钢丝捻角相等或捻距相等的原则。三角股钢丝绳配丝设计的核心在于三角股的设计。三角股传统设计方法采用经验估算的方法，结构设计理论不完善。
传统的三角股设计方法依据一定的假设前提条件，采用解析几何方法推导计算公式，存在如下问题 1、不考虑加工捻制过程对三角股中丝的周期性形变影响，假设丝截面均是标准圆形，该假设的前提条件不符合实际情况； 2、三角股设计通常采用估算包络线c长度而计算钢丝规格(直径)的方法，但实际难以对c进行合理的估算(c的含义如图3)； 3、没有考虑三角股中同层相邻钢丝之间的间隙； 由此，传统设计方法计算准确性低、计算结果不能真实反映实际情况、不能适应钢丝绳间隙设计理念，致使无法将设计结果直接运用于生产实际，造成了设计与生产的脱节。


发明内容
本发明针对现在技术存在的问题，提供一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳配丝优化设计方法，可在设计阶段真实反映三角股钢丝绳加工后的钢丝形态变化、利用计算机进行渐进迭代计算、实现三角股钢丝绳配丝优化设计计算的方法。
图1为某三角股钢丝绳产品及其三角股组件的截面图，其中(a)为三角股钢丝绳产品截面，(b)为双层点接触的三角股，在直径为dx的绳芯中，可以根据生产工艺填充不同的物质。
三角股钢丝绳产品配丝优化设计问题的核心在于其三角股组件的设计。给定三角股组件的外径要求(外接圆直径/半径)或内径要求(内切圆直径/半径)、股结构、股中各层钢丝的捻距倍数，在保证各层相邻钢丝之间结构和间隙要求的条件下，计算三角股的配丝状况、不同位置钢丝的捻制参数(捻角、捻缩率)、同一三角层钢丝的平均捻制参数(捻角、捻缩率)，最终使整绳设计性能达到最优。三角股钢丝绳中三角股组件的结构配丝优化设计过程可划分为正向设计计算和反向圆整校验计算两部分，在整个设计过程中，这两部分需要配合使用。
正向设计计算给定三角股钢丝绳的绳外径、绳捻距倍数、三角股间间隙及间隙误差要求，计算得到三角股组件的外径要求(外接圆直径/半径)或内径要求(内切圆直径/半径)，结合给定的三角股结构、股中各层钢丝的捻距倍数、各层相邻钢丝间的间隙要求、间隙允许误差，考虑三角股实际捻制工艺，计算三角股的配丝状况计算三角股中各钢丝的规格和位置、各钢丝捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间的间隙、同一三角层钢丝的平均捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间隙的平均值；计算得到绳芯直径； 反向圆整校验计算给定组成三角股的各钢丝规格、三角股结构股结构、股中各层钢丝的捻距倍数，考虑三角股实际捻制工艺，计算三角股中各钢丝的位置、各钢丝捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间的最短距离、同一三角层钢丝的平均捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间隙平均值；给定绳芯直径，计算三角股钢丝绳的绳外径以及相邻三角股间间隙； 设计参数 三角股钢丝绳中，三角股组件的设计参数如示意图1所示，包括 1)绳外径三角股钢丝绳产品的外径(直径)D(设计要求)； 2)股组件外径三角股的外接圆直径D1； 3)股组件内径三角股的内切圆直径D2； 4)股结构三角股组件的结构(设计前只能给出各层钢丝数量，不能给出各钢丝的位置)； 5)绳中股间间隙绳中相邻三角股组件间的最短距离Cg； 6)股中丝间间隙股组件中，同层相邻钢丝之间的最短距离Cs； 7)丝规格股组件中使用的钢丝在捻制变形前的截面直径ds； 8)捻制参数捻制角、捻缩率、捻距、捻距倍数；三角股中除计算各位置钢丝的捻制参数外，还要计算同一三角层内，各钢丝捻制参数的平均值；除捻距倍数外，其他捻制参数设计前是未知的； 9)位置参数原心距、偏移角、差额角；如图2所示，a代表钢丝捻制变形后椭圆的长轴，b代表钢丝捻制变形后椭圆的短轴，R代表原心距，θ代表偏移角，α代表差额角，t代表(0，360°)的参变量； 10)绳芯直径三角股钢丝绳中心处的直径dx； 11)股高H，股宽W。
设计方法 渐进迭代的三角股钢丝绳配丝设计方法是基于钢丝绳间隙设计思想，不预先对三角股中钢丝形态进行任何假设，直接考虑钢丝绳及其股组件的捻制加工状态，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算，可在设计过程中真实反映三角股钢丝绳产品及其股组件的实际捻制状态和捻制工艺参数，提高设计的精准度和真实度，符合实际生产情况。
该方法的基本思路为正向设计计算方法根据三角股钢丝绳设计要求，生成三角股初始配丝方案，计算得到三角股设计所需的内径(或外径)；根据三角股内径(或外径)及结构要求，产生三角股中钢丝的规格及位置初始解；根据三角股结构、内径、间隙、捻制工艺等要求，考虑钢丝的实际捻制状态，通过渐进迭代、逐步趋近的方式，逐个调节同一周期不同位置的钢丝的位置参数、捻制参数，将不满足结构、间隙、内径(或外径)要求的初始配丝方案逐渐推进，最终得到满足各项要求的配丝方案。反向圆整校验计算方法根据给定的配丝方案、股结构、捻距倍数，通过渐进迭代、逐步趋进的方式，得到未知的位置参数，进一步调节钢丝直径，从而计算得到给定条件下的各项结构参数，并对修改后的配丝方案进行校验计算。三角股钢丝绳设计的核心问题在于三角股的设计。
三角股钢丝绳产品设计中需要考虑三角股钢丝绳中三角股组件内径(或外径)的计算、三角股中钢丝捻制后的变形情况描述、位置描述、间隙求解、位置关系判断、初值估算等几个基础性技术，这几项技术的处理方法可以描述如下 (1)三角股钢丝绳中股内径计算一般来说，三角股钢丝绳需要6个三角股来组成绳的主体部分，这是因为三角股的顶角为π/3。在给定绳外径及其增量要求、股间间隙要求、捻距倍数的情况下，计算得到三角股捻制前的内径要求； (2)绳芯直径的计算方法设三角股钢丝绳外径要求为D，三角股股高为H，则绳芯的直径dx＝D-2H；绳芯可以采用纤维芯、圆股或圆股钢丝绳； (3)捻制变形考虑钢丝绳捻制成形的特殊生产工艺，截面为圆形的钢丝在捻制后将形变为椭圆。如果设三角股中钢丝的捻制角为β，捻制前三角股中钢丝的半径为b，则捻制成椭圆后，其短半轴长度为b，长半轴长度为b/cos(β)； (4)位置描述考虑三角股中钢丝的捻制状态，可以将其在二维平面上的位置描述如下 其中，a-代表椭圆长轴；b-代表椭圆短轴；t-代表(0～360°)的参变量；θ-代表偏移角；c-代表差额角；R-代表圆心距；c＝π-α-θ，其中α为长轴所在直线与X轴正向的夹角。公式描述具体示意图如图2； (5)间隙求解由于绳中股(或股中丝)的捻制变形，很难得到关于间隙的解析，因此依靠计算机可以得到相邻绳中股(或股中丝)在捻制变形后的间隙，其计算方法为分别取相邻钢股(或钢丝)之间可能出现最短距离的区间C1、C2的离散点集合n1、n2，通过计算不同集合中各点之间的最短距离计算钢丝(或股)之间的最短距离； (6)位置关系判断股(或丝)之间位置关系可以表述为相邻钢股(或丝)之间的相离、相切、相交三种关系。如果设相邻股(或丝)间的最短距离为Cmin，则将各种位置关系下的相邻钢股(或丝)间最短距离定义为1.股(或钢丝)相交时Cmin＜ε1，2.股(或钢丝)相切时，ε1＜Cmin＜ε2；3.股(或钢丝)相离时，Cmin＞ε2；其中，ε1、ε2表示一个较小的正数，且ε2＞ε1。三种位置关系中，最短距离Cmin的示意图如图15； (7)各层钢丝规格的初始值估算本发明对各层钢丝规格初始值的估算方式不加限制，但建议采用这样的估算方式如果有设计经验，直接采用经验值作为初始值；如果没有设计经验(如在新产品开发中)，可以将各层钢丝设计为等规格； (8)点接触层钢丝位置参数初始值的估算在单层点接触三角股的三角层、双层点接触三角股的内三角层与外三角层、线接触三角股的内三角层设计中，需要估算三角层钢丝位置参数的初始值，本发明对估算方式不加限制，但建议采用这样一种估算方式将各位置钢丝均匀的排列于所在层的包络线上，随着设计的进行，将逐渐调节其位置参数； (9)线接触外三角层钢丝位置参数初始值的估算当知道内三角层某相邻两钢丝的位置参数时，需要估算外三角层相邻钢丝的相关参数。虽然从理论上，初始值并不影响计算的结构，但为了保证计算的效能，需要较好的估计初始值，可以采用以下初始值推算方法 设某相邻内三角层钢丝为Oi(Ri，βi，b3，θi，ci)，Oi+1(Ri+1，βi+1，b3，θi+1，ci+1)，则可以得到当前内三角层相邻钢丝圆心的坐标 xoi＝Ricosθi，yoi＝Risinθi xoi+1＝Ri+1cosθi+1，yoi+1＝Ri+1sinθi+1 这时，可以得到两圆心连线的中点坐标为 中心连线的倾斜角为 那么，外三角层对应钢丝的圆心坐标为 此时，当前外三角层钢丝的初始位置参数为 圆心距 偏移角 差额角c＝π-atan[(yoi+1-yoi)/(xoi+1-xoi)]-θ； 设计计算流程 目前已知的三角股结构包括点接触和线接触两种，前者要求同一三角层中，捻制后任意两个相邻钢丝的间隙均需满足给定的间隙要求及间隙误差要求，钢丝位置随实际捻制状态和同层相邻钢丝间的间隙而变化；后者要求同一三角层中，捻制后内三角层任意相邻钢丝间的间隙均需满足给定的间隙及间隙误差要求，钢丝位置随实际捻制状态和同层相邻钢丝间的间隙而变化，外三角层要求所有相邻钢丝间间隙的平均值需满足给定的间隙及间隙误差要求，外层钢丝位置随内层相邻钢丝位置、捻制状态而变化。两种结构的三角股截面如图4所示。
1)三角股钢丝绳总体计算流程图5为三角股钢丝绳总体计算流程。流程中，首先根据绳外径、捻距倍数、股间间隙要求计算出三角股的内径(或外径)要求，然后根据三角股的结构、丝间间隙及间隙误差要求、股中各层丝的捻距倍数，结合三角股内径(或外径)要求，计算得到三角股相关设计参数；再次，将计算得到的三角股设计参数代入绳设计要求，计算得到绳芯直径、三角股间间隙。
2)单层点接触三角股的配丝设计方法图6为单层点接触三角股正向设计计算流程框图，图7为单层点接触三角股反向圆整校验计算流程框图。
3)双层点接触三角股配丝设计方法双层点接触三角股结构和单层点接触三角股结构有相似之处，双层点接触三角股结构是单层点接触三角股结构的高级组合。图8为双层点接触三角股正向设计计算流程框图，图9为双层点接触三角股反向圆整校验计算流程框图。
4)线接触三角股配丝设计方法线接触三角股结构和单层点接触三角股结构有相似之处，其内三角层可以用单层点接触结构三角股的设计算法解决，外三角层钢丝的设计算法方法有其特殊之处(见线接触结构外三角层钢丝调节方法)。图10为线接触三角股正向设计计算流程框图，图11为线接触三角股反向圆整校验计算流程框图。
5)在上述2)-4)的设计算法中，需要处理两个基础技术问题点接触结构中钢丝位置的调节(如图12)；线接触结构中外三角层钢丝的调节(如图13)。
整绳设计过程如下 图5描述了一种用于三角股钢丝绳配丝设计计算的一种混合设计流程，具体按以下步骤执行 步骤1、读取/输入三角股钢丝绳的绳外径及外径增量要求、捻距倍数要求、股间间隙要求； 步骤2、计算三角股内径(或外径)要求； 步骤3、按照设计者要求，给出三角股组件的结构、捻距倍数、各层丝间间隙及间隙误差要求； 步骤4、结合三角股组件的结构特点，选用不同结构的设计计算方式，计算三角股组件的最佳配丝方案(丝规格)，以及最佳配丝方案下股中各丝的位置参数、捻制参数、丝间间隙、股高、股宽等；具体设计过程可以参看“单层点接触三角股正向设计计算过程”、“双层点接触三角股正向设计计算过程”、“线接触三角股正向设计计算过程”； 步骤5、结合钢丝绳产品外径要求及三角股股高参数，计算得到绳芯直径； 步骤6、按照不同需求，设计绳芯； 步骤7、当前设计方案是否满足生产及结构要求是，跳转到步骤10；否则，转到步骤8； 步骤8、调整三角股配丝方案及股芯设计参数，得到股芯直径； 步骤9、结合三角股组件的结构特点，选用不同结构的校验计算方式，计算当前配丝方案下股中各丝的位置参数、捻制参数、丝间间隙、股高、股宽等；具体设计过程可以参看“单层点接触三角股反向圆整校验计算过程”、“双层点接触三角股反向圆整校验计算过程”、“线接触三角股反向圆整校验计算过程”；跳转到步骤7； 步骤10、输出当前配丝方案及各项设计参数。
单层点接触三角股正向设计计算过程 单层点接触三角股正向设计计算的流程如图6所示 步骤1、读取三角股结构、各层间隙及间隙误差要求、内径(或外径)要求、内径(或外径)允许增量范围、捻距倍数； 步骤2、产生各层钢丝规格的初始值；初始值允许不同，但需要满足这样的条件补棱丝的原心距是内层钢丝原心距的二倍，这样可以保证三角股为正三角形；补棱丝与内层钢丝的原心距由钢丝规格决定； 步骤3、计算补棱丝位置参数；周期性逐个调节三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤4、计算棱中心处相邻钢丝间的间隙，并判断该间隙是否满足设计间隙及间隙误差要求是，转到步骤5；否则，调节三角层钢丝规格，跳转到步骤3； 步骤5、计算当前三角股实际内径(或外径)； 步骤6、实际内径(或外径)是否满足设计要求是，转到步骤7，否则转到，调节三角层钢丝规格，步骤3； 步骤7、计算三角层钢丝的各项设计参数； 步骤8、计算内层结构的配丝； 步骤9、设计完毕。
单层点接触三角股反向圆整校验计算过程 单层点接触三角股反向圆整校验计算的流程如图7所示 步骤1、读取三角股结构、各层钢丝规格(即当前配丝方案)、捻距倍数； 步骤2、计算内层钢丝的位置参数、捻制参数，计算补棱丝的位置参数； 步骤3、判断三角层钢丝是否相交如果相交，说明当前配丝方案不符合设计要求，计算结束；否则，生成三角层间隙及间隙允许误差要求； 步骤4、周期性逐个调节三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，其具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤5、棱中心处的间隙是否满足要求是，跳转到步骤6；否，计算三角层中，当前所有相邻钢丝间间隙的平均值，跳转到步骤3； 步骤6、计算三角层的各项位置参数、捻制参数、股高、股宽等；计算三角股实际内径(或外径)； 步骤7、设计结束，输出各项设计参数。
双层点接触三角股正向设计计算过程 双层点接触三角股正向设计计算的流程如图8所示 步骤1、读取三角股结构、各层间隙及间隙误差要求、内径(或外径)要求、内径(或外径)允许增量范围、捻距倍数； 步骤2、计算补棱丝位置参数；产生各层钢丝规格的初始值；初始值允许不同，但需要满足这样的条件补棱丝的原心距是内层钢丝原心距的二倍，这样可以保证三角股为正三角形；补棱丝与内层钢丝的原心距由钢丝规格决定； 步骤3、周期性逐个调节内三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤4、内三角层棱中心处相邻钢丝间的间隙是否满足设计间隙及间隙误差要求是，转到步骤5；否则，调节内三角层钢丝规格，跳转到步骤3； 步骤5、设计虚拟补棱丝虚拟补棱丝的原心距为实际补棱丝的原心距，虚拟补棱丝的半径为实际补棱丝半径与内三角层钢丝直径的加和，虚拟补棱丝不捻制； 步骤6、周期性逐个调节外三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤7、外三角层棱中心处相邻钢丝间的间隙是否满足设计间隙及间隙误差要求是，转到步骤8；否则，调节内三角层钢丝规格，跳转到步骤6； 步骤8、计算当前三角股实际内径(或外径)； 步骤9、实际内径(或外径)是否满足设计要求是，转到步骤10；否，调节各钢丝规格，跳转到步骤3； 步骤10、计算内三角层、外三角层钢丝的各项设计参数； 步骤11、计算内层结构的配丝； 步骤12、设计完毕。
双层点接触三角股反向圆整校验计算过程 双层点接触三角股反向圆整校验计算的流程如图9所示 步骤1、读取三角股结构、各层钢丝规格(即当前配丝方案)、捻距倍数； 步骤2、计算内层钢丝位置参数、捻制参数，计算补棱丝的位置参数； 步骤3、判断内三角层钢丝是否相交如果相交，计算结束，说明当前配丝方案不符合设计要求；否则，生成内三角层间隙及间隙允许误差要求； 步骤4、周期性逐个调节内三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤5、棱中心处的间隙是否满足要求是，跳转到步骤6；否，计算内三角层中，当前所有相邻钢丝间间隙的平均值，跳转到步骤3； 步骤6、判断外三角层钢丝是否相交如果相交，计算结束，说明当前配丝方案不符合设计要求；否则，生成外三角层间隙及间隙允许误差要求； 步骤7、周期性逐个调节外三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤8、棱中心处的间隙是否满足要求是，跳转到步骤9；否，计算外三角层中，当前所有相邻钢丝间间隙的平均值，跳转到步骤6； 步骤9、计算内三角层、外三角层的各项设计参数；计算三角股实际内径(或外径)； 步骤10、设计结束，输出各项结构参数。
线接触三角股正向设计计算过程 线接触三角股正向设计计算的流程如图10所示 步骤1、读取三角股结构、各层间隙及间隙误差要求、内径(或外径)要求、内径(或外径)允许增量范围、捻距倍数； 步骤2、产生各层钢丝规格的初始值；初始值允许不同，但需要满足这样的条件补棱丝的原心距是内层钢丝原心距的二倍，这样可以保证三角股为正三角形；补棱丝与内层钢丝的原心距由钢丝规格决定； 步骤3、计算补棱丝位置参数；周期性逐个调节内三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤4、内三角层棱中心处相邻钢丝间的间隙是否满足设计间隙及间隙误差要求是，转到步骤5；否则，调节内三角层钢丝规格，跳转到步骤3； 步骤5、调节外三角层处于不同周期位置的钢丝的位置参数和捻制参数，要求外三角层的钢丝能够与内三角层相邻钢丝均相切；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“线接触结构外三角层钢丝位置调节方式”； 步骤6、计算外三角层相邻钢丝间间隙的平均值； 步骤7、外三角层钢丝间间隙的平均值是否满足设计间隙及间隙误差要求是，转到步骤8；否则，调节内三角层钢丝规格，跳转到步骤5； 步骤8、计算当前三角股实际内径(或外径)； 步骤9、实际内径(或外径)是否满足设计要求是，转到步骤10，否则，调节钢丝规格，同时跳转到步骤3； 步骤10、计算内三角层、外三角层钢丝的各项设计参数； 步骤11、计算内层结构的配丝； 步骤12、设计完毕。
线接触三角股反向圆整校验计算过程 线接触三角股反向圆整校验计算的流程如图11所示 步骤1、读取三角股结构、各层钢丝规格(即当前配丝方案)、捻距倍数； 步骤2、计算内层钢丝位置参数、捻制参数，计算补棱丝的位置参数； 步骤3、判断内三角层钢丝是否相交如果相交，计算结束，说明当前配丝方案不符合设计要求；否则，生成内三角层间隙及间隙允许误差要求； 步骤4、周期性逐个调节内三角层中处于不同周期位置的钢丝的位置参数、捻制参数；要求捻制后的钢丝，除棱中心处以外的其它相邻钢丝间的间隙满足间隙及间隙误差要求；计算棱中心处相邻钢丝间的间隙；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“点接触结构钢丝位置调节方式”； 步骤5、棱中心处的间隙是否满足要求是，跳转到步骤6；否，计算内三角层中，当前所有相邻钢丝间间隙的平均值，跳转到步骤3； 步骤6、调节外三角层处于不同周期位置的钢丝的位置参数和捻制参数，要求外三角层的钢丝能够与内三角层相邻钢丝均相切；捻制参数随位置参数和钢丝规格而改变，渐进迭代、逐步调节的方式可以提高设计的精确度，具体调节方式见“线接触结构外三角层钢丝位置调节方式”； 步骤7、计算外三角层相邻钢丝间间隙的平均值； 步骤8、计算内三角层、外三角层的各项设计参数；计算三角股实际内径(或外径)； 步骤9、设计结束，输出各项设计参数。
点接触结构钢丝位置调节过程 在使用该过程辅助完成产品设计时，存在如图16(a)、16(b)两种情况。其中，16(a)可用于单层点接触、双层点接触内三角层、线接触内三角层钢丝的调节，此时补棱丝为实际的补棱丝；16(b)主要用于双层点接触外三角层钢丝调节，此时补棱丝为虚拟的补棱丝。该过程的调节如图12所示 步骤1、读取当前三角层钢丝个数、捻距倍数、钢丝规格、补棱丝圆心距、补棱丝规格、间隙及间隙误差要求、内层虚拟填充质直径； 步骤2、计算顶角钢丝的位置参数及捻制参数顶角钢丝正顶与补棱丝的上方，如图17(a)、17(b)中的钢丝1所示； 步骤3、判断棱上钢丝(不包括各顶角钢丝)的奇数和偶数情况，如果是偶数，转到步骤4，如果是奇数，转到步骤6； 步骤4、逐步调节不同周期位置上钢丝的位置参数、捻制参数，使得除棱中心处相邻钢丝(如图14(b)中的钢丝5，6)以外，其他相邻钢丝间间隙满足间隙及间隙误差要求；捻制参数随位置参数变化，逐步调节方式可较好的反映钢丝捻制变形的周期性； 步骤5、计算棱中心处相邻钢丝(如图14(b)中的钢丝5，6)间的间隙； 步骤6、计算棱中心处钢丝(如图14(a)中的钢丝1)的位置参数及捻制参数如图16所示，该钢丝应位于Y轴上，且正顶与内层虚拟填充质； 步骤7、逐步调节不同周期位置上钢丝的位置参数、捻制参数，使得除与棱中心处钢丝(如图14中的钢丝1)以外，其他相邻钢丝间间隙满足间隙及间隙误差要求；捻制参数随位置参数变化，逐步调节方式可较好的反映钢丝捻制变形的周期性； 步骤8、计算与棱中心处钢丝相邻的钢丝(如图14(a)中的钢丝2、4)\棱中心处钢丝(如图14(a)中的钢丝1)之间的间隙，并将该间隙作为中心处相邻钢丝间的间隙； 步骤9、计算当前三角层各钢丝的设计参数； 步骤10、输出中心处间隙； 线接触结构外三角层钢丝位置调节过程 线接触的外三角层具有与点接触调节不同的特点，其钢丝位置调节如图13所示，具体流程可以描述如下 步骤1、读取各层钢丝直径、三角股结构、捻距倍数； 步骤2、读取内三角层钢丝的位置参数、捻制参数； 步骤3、判断内外三角层钢丝个数是否相等是，转到步骤4；否，在顶角处放置顶角钢丝，该钢丝正顶与补棱丝，转到步骤4； 步骤4、判断内三角层棱上钢丝(不包括顶角)个数的奇偶数情况； 步骤5、估算外三角层个钢丝位置参数的初始值； 步骤6、逐个调节外三角层不同周期位置的钢丝，调节的目的是使得外三角层钢丝与内三角层相邻钢丝均相切，且偏移角、差额角受到相邻的内三角层钢丝位置参数、捻制参数的限制； 步骤7、计算外三角层各钢丝的各项设计参数； 步骤8、计算外三角层相邻钢丝间隙的平均值，并输出该值； 本发明优点 本发明利用计算机进行渐进迭代，实现三角股钢丝绳最优配丝的计算方法，适用于多种三角股结构钢丝绳产品的配丝设计计算。该方法基于钢丝绳间隙设计理念，不预先对待设计的钢丝绳产品及其组成部件的形态和结构关系进行任何假设，直接考虑钢丝绳及其组成部件的捻制状态，采用数值模拟仿真方法渐进进行设计计算，可在设计过程中真实反映钢丝绳产品的实际捻制状态，得到实际的捻制工艺参数，提高设计的精准度和真实度。
该方法的主要特征在于 1、提供一种三角股钢丝绳配丝设计计算流程，有效提高设计的精度； 2、直接考虑三角股中钢丝捻制形态变化，将股中钢丝的截面按相应捻制形态表示为具有不同椭圆度和位置参数的椭圆； 3、三角股组件中各钢丝的捻制变形按照其随位置呈现的周期性变化而进行处理； 4、对于各个椭圆在设定的几何坐标内进行数值离散化，分别用离散的点的数值集合来实现设计计算； 5.考虑实际捻制状态下三角股中各钢丝之间的间隙要求，依据三角股结构要求，计算实际捻制状态下，满足间隙和结构要求的三角股各组成丝的实际形状与空间位置分布，进而求出钢丝绳制造所需的各种钢丝规格、股高、股宽、股内径、捻制参数、位置参数等，得到钢丝绳配丝设计方案。



图1一种三角股钢丝绳产品截面及设计参数示意图(a)-一种纤维芯三角股钢丝绳产品截面，(b)-双层点接触结构三角股组件截面，D-三角股钢丝绳的绳外径，dx-绳芯直径，Cg-股间间隙，D1-三角股外接圆直径，D2-三角股内切圆直径，H-股高，W-股宽，Cs-丝间间隙，ds-丝径。
图2钢丝位置参数示意图a-钢丝捻制变形后椭圆的长半轴，b-钢丝捻制变形后椭圆的短半轴，R-原心距，θ-偏移角，a-差额角，t-(0，360°)的参变量； 图3三角股包络线示意图a-捻制后某位置钢丝的长轴，b-捻制后某位置钢丝的长轴，c-三角层包络线； 图4不同结构三角股的截面图(a)-单层点接触结构三角股，(b)-双层点接触结构三角股，(c)-线接触结构三角股，1-内层，2-单层点接触结构三角股的三角层，3-内三角层，4-双层点接触结构三角股的外三角层，5-双层线接触结构三角股的外三角层； 图5本发明三角股钢丝绳总体设计流程图； 图6本发明单层点接触三角股正向设计计算流程图； 图7本发明单层点接触三角股校验计算流程图； 图8本发明双层点接触三角股正向设计计算流程； 图9本发明双层点接触三角股校验计算流程图； 图10本发明线接触三角股正向设计计算流程图； 图11本发明线接触三角股校验计算流程图； 图12本发明点接触结构钢丝位置调节流程图； 图13本发明线接触结构外三角层钢丝调节流程图； 图14点接触三角层钢丝位置调节示意图(a)-棱上钢丝个数为奇数的情况，(b)-棱上钢丝个数为偶数的情况；1-棱中心处钢丝，2-与棱中心处钢丝相邻的钢丝，3-中心虚拟填充质，4-与棱中心处钢丝相邻的钢丝，5，6-棱中心处的相邻钢丝； 图15本发明相邻股(或钢丝)间三种位置关系示意图(a)-相交，(b)-相离，(c)相切； 图16本发明补棱丝与虚拟钢丝公切线示意图(a)-使用范围单层点接触的三角层、双层点接触与线接触的内三角层，(b)-使用范围双层点接触的外三角层，1-内层虚拟填充质；2-实际补棱丝；3-虚拟补棱丝； 图17本发明协从钢丝位置示意图(a)-使用范围单层点接触的三角层、双层点接触与线接触的内三角层，(b)-使用范围双层点接触的外三角层，1-顶角钢丝2-协从钢丝，3-补棱丝，4-虚拟的补棱丝，5-内层虚拟填充质； 图18本发明案例中三角股组件最佳配丝计算仿真截面图，(α)-三角股钢丝绳产品截面，(b)-三角股组件截面； 图19本发明案例三角股组件校验计算仿真截面图，(a)-校验后，三角股钢丝绳产品截面，(b)-校验后，三角股组件截面。

具体实施例方式 通过以上分析可以看出，双层点接触结构三角股是单层点接触结构三角股设计算法的一个组合，而线接触结构三角股设计算法同时具有点接触和线接触结构的特点。为较好地说明本发明对各种结构三角股设计的效果，选用一种线接触结构三角股作为实施案例进行正向设计和校验计算。
设计要求 绳外径45mm； 绳外径允许增量0％～6％； 绳结构0+6的点接触结构三角股钢丝绳，绳芯为纤维填充质； 绳中股间间隙0.6mm，允许误差为0.005mm 绳捻距倍数；7； 股结构(1+6)+4+12+15的线接触三角结构； 股中丝间间隙要求按照由内层向外层的顺序分别为0.02mm，0.03mm和0.04mm，允许误差为0.001mm，0.003mm，0.004mm； 股的捻距倍数8/8/8； 经计算，股内径要求为14.59667mm； 求解算法 有图5可以看出，三角股钢丝绳中，股产品的正向设计和反向圆整校验计算是分别依次进行的；而股产品正向计算和绳芯直径的计算式混合进行的。在该案例中，设计到实施方式中提到的所有过程，现将该案例下，各实施过程的细节描述如下 1)线接触三角股正向计算过程求解算法(本案例细节) 步骤1、读取三角股结构信息stru+3+N1+N2；读取内切圆直径要求D；内外三角层间隙及间隙误差cg1，ce1；cg2，ce2；比例器prop＝0； 步骤2、生成补棱丝初始半径b2；计算补棱丝圆心距R2；虚拟中心钢丝半径为Rnei；计算内外三角层每条棱上的钢丝个数，分别表示为和 步骤3、估算内三角层钢丝半径初始值b3；设置比例计数器prop＝0； 步骤4、调用“点接触结构钢丝位置调节实施过程”(图12，以下有详解)，计算内三角层各钢丝的位置参数以及内三角层相邻钢丝之间间隙值等相关参数；输出内三角层棱中心处钢丝之间最短距离cleacenter； 步骤5、考虑中心处间隙cleacenter，则 Ifcg1-ce1≤cleacenter≤cg1+ce1，then转到步骤6； Else if cleacenter＜cg1-ce1，then按步长h1减小内三角层钢丝半径b3，转到步骤4； Else if cleacenter＞cg1+ce1，then按步长h2增大内三角层钢丝直径b3，转到步骤4； 步骤6、if prop＝0，给定b4初值；转到步骤7； 步骤7、调用“双层线接触结构外层三角部分钢丝调节”(图13，以下有详解)，计算外三角层各钢丝的位置参数以及外三角层相邻钢丝之间间隙值等相关参数；输出外三角层相邻钢丝最短距离的平均值cleaave； 步骤8、考虑外三角层相邻钢丝之间间隙的平均值，则 Ifcg2-ce2≤cleaave≤cg2+ce2 then转到步骤9； Else if cleaave＜cg2-ce2，then按步长s1减小外三角层钢丝半径b4，转到步骤6； Else if cleaave＞cg2+ce2，then按步长s2增大外三角层钢丝直径b4，转到步骤6； End if 步骤9、计算当前三角股实际内切圆直径D′，则 IfD≤D′≤D1，then转到步骤10； Else If prop＝0 thenb2＝b2·prop，b3＝b3·prop，b4＝b4·prop；转到步骤4； Else if D′＞D1 then按步长k1减小补棱丝直径，转到步骤4； Else if D′＜D then按步长k2增加补棱丝直径，转到步骤4； End if End if 步骤l0、调用相关模块计算内层圆型结构的配丝状况； 步骤11、输出以上所得各项参数，计算结束； 上述设计流程中，各参数含义及取值分别为stru表示1+6的点接触结构，N1＝12，N1＝15，cg1＝0.03mm，ce1＝0.003mm，cg2＝0.04mm，ce2＝0.004mm，b2表示补棱丝半径，R2表示补棱丝圆心距，Rnei表示虚拟中心钢丝半径，N1_each表示内三角层每条棱上钢丝个数(含顶点)，N2_each表示内三角层每条棱上钢丝个数(含顶点)，b3表示内三角层钢丝半径，cleacenter表示内三角层棱中心处的间隙，b4表示外三角层钢丝半径，cleaave表示外三角层相邻钢丝间间隙的均值；D和D1分别表示三角股内径允许的上下限，D表示当前配丝下三角股的实际内径。
本案例调节参数可以设计为 h1＝0.8□(cleag+cleae-cleacenter)；h2＝0.9□(cleacenter-cleag+cleae)； s1＝cg2+ce2-cleaave；s2＝0.7·(cleaave-cg2+ce2)； k1＝0.1·(D′-D)；k2＝0.5·(D″-D′)； 2)线接触三角股反向圆整校验计算过程求解算法(细节) 步骤1、读取三角股结构stru+3+N1+N2；中心钢丝半径b0；内层钢丝半径b1；补棱丝半径b2；内三角层钢丝半径b3；外三角层钢丝半径b4；计算中心虚拟钢丝的半径Rnei＝b0+b1；计算补棱丝圆心距R2＝Rnei+b2； 步骤2、计算补棱丝与虚拟钢丝公切线L与Y轴正向所成的角αfy(0＜αfy＜π/2)，如图16所示； 步骤3、粗略判断内三角层钢丝是否相交，如果相交，给出信息，退出计算；否则得到三角层钢丝之间最短距离的初始解要求cg及最短距离允许误差ce转向步骤4； 步骤4、调用“点接触结构钢丝位置调节实施过程”(图12，，以下有详解)，计算内三角层各钢丝的位置参数、捻制参数、相邻钢丝之间的间隙值等参数；输出棱中心处钢丝之间最短距离cleacenter； 步骤5、判断cleacenter的范围，有如下关系 If cg-ce≤cleacenter≤cg+ce，then计算结束，转到步骤6； Else将棱上的钢丝之间的最短距离加和并求平均值(注代表了整个棱上所有间隙的平均值)cave，则有如下关系 If cave ≤ 0，then钢丝相交，退出计算； Else将平均值最为cg，并按比例产生ce，转向步骤4； End if End if 步骤6、内三角层钢丝校验完毕； 步骤7、调用“双层线接触结构外层三角部分钢丝调节”(图13)，计算外三角层各钢丝的圆心距、捻制角、偏移角、差额角以及外三角层相邻钢丝之间间隙值等相关参数； 步骤8、计算外三角层相邻钢丝间隙的平均值； 步骤9、输出以上所得各项参数，计算结束； 上述设计流程中，各参数含义与取值分别为stru表示1+6的点接触结构，N1＝12，N1＝15，中心钢丝半径b0＝1.8mm，内层钢丝半径b1＝1.65mm，补棱丝半径b2＝1.7mm，内三角层钢丝半径b3＝2.3mm，外三角层钢丝半径b4＝2.7mm，R2表示补棱丝圆心距，Rnei表示中心虚拟钢丝半径，αfy表示估算包络线进而估算钢丝位置时使用，cleacenter表示内三角层棱中心处钢丝之间的间隙，cave表示外三角层钢丝间间隙的平均值。
同时，以上设计算法涉及到“点接触结构钢丝位置调节实施过程”和“线接触结构外三角层钢丝位置调节实施过程”两个核心环节，结合图10、图11以及本设计案例，将这两个流程清晰化 1)本案例中“点接触结构钢丝位置调节实施过程”的求解算法(细节) 步骤1、读取股结构，主要是读取当前三角层钢丝的个数Nout(本案例指内三角层，Nout＝12)；读取捻距倍数K；读取外层钢丝(本案例指内三角层)半径b3；读取填充丝半径b2；读取补棱钢丝的圆心距R2；三角层间隙要求cleag及间隙误差要求cleae；读取Rnei； 步骤2、计算补棱丝和虚拟钢丝公切线y＝kx+b，以及直线与Y轴正向所成角αfy正向配丝时如图16所示； 步骤3、首先处理顶角处钢丝，将其编号为1，圆心距可以表示为R31＝R2+b2+b3，同时，捻制角表示为(允许有其他计算方法)； 步骤4、设并将钢丝按调节的逻辑顺序标号为1......Neach； 步骤5、计算棱中心处的圆心距R32、捻制角β32、偏移角θ32、差额角c32，计算方法分别为R32＝Rnei+b3，(允许有其他计算方法)，c32＝0；则 If Neach＝1，then转向步骤6； Else执行以下循环计算，执行完毕后转向步骤6； Fori＝1 to(Neach-2)/2 Do 正向配丝时有圆心距(允许有其他计算方法)； 捻制角(允许有其他计算方法)； 偏移角 差额角 反向圆整时有圆心距(允许有其他计算方法)； 捻制角(允许有其他计算方法)；(关于捻角的计算可能使用其它方式)； 偏移角 差额角c3i＝αfy-θ3i； End Do End if 步骤6、计算顶角处的钢丝与其相邻钢丝(把其称为顶角协从钢丝)之间的实际最短距离clea1，以及协从钢丝中心与补棱丝中心连线L1、顶角钢丝中心与补棱丝中心连线L2之间所成角φ；示意图如图17； 步骤7、 If Neach＝1，then协从钢丝即为2号钢丝，cleacenter＝clea1；转向步骤14； Else If(cleag-cleae)≤clea1≤(cleag+cleae)then转向步骤8； Else If clea1＞(cleag+cleae)then Ifαfy≤φ，then按照步长h11减小协从钢丝偏移角，并重新计算协从钢丝的圆心距、捻制角、差额角等参数；转向步骤6； Else then按照步长h12减小φ角，并从新计算协从钢丝的圆心角、捻制角、偏移角、差额角等参数；转向步骤6； End if Else if clea1＜(cleag-cleae)then Ifαfy≤φ，then按照步长h21增大协从钢丝偏移角，并重新计算协从钢丝的圆心距、捻制角、差额角等参数；转向步骤6； Else then按照步长h22增大φ角，并从新计算协从钢丝的圆心角、捻制角、偏移角、差额角等参数；转向步骤6； End if End if End if 步骤8、设某计数器变量count＝3，从顶角向棱中部位置调节剩余钢丝的位置，整个调节过程叙述如下 Fori＝(Neach-1)/2 to 2 Do 计算第i+2号钢丝与第i+1号钢丝之间的最短距离cleacount，并计算i+1号钢丝中心与补棱丝中心连线L1、顶角钢丝中心与补棱丝中心连线L2之间所成角φ；则有如下调节关系 If clea1＞(cleag+cleae)then Ifαfy≤φ，then按照步长s11减小i+1号钢丝偏移角，并重新计算i+1钢丝的圆心距、捻制角、差额角等参数；重新计算clea1和φ； Else then按照步长s12减小φ角，并从新计算i+1号钢丝的圆心角、捻制角、偏移角、差额角等参数；重新计算clea1和φ； End if Else if clea1＜(cleag-cleae)then Ifαfy≤φ，then按照步长s21增大i+1号钢丝偏移角，并重新计算i+1钢丝的圆心距、捻制角、差额角等参数；重新计算clea1和φ； Else then按照步长s22增大φ角，并从新计算i+1号钢丝的圆心角、捻制角、偏移角、差额角等参数；重新计算clea1和φ； End if End if End do count＝count1+1 End Do 步骤9、计算第2号钢丝与第3号钢丝之间的最短距离clea2(该参数在此模块中不进行调解，在调用次模块的其他模块中根据使用情况在进行调节)；将clea2赋值到一个模块输出参数cleacenter；转向步骤14； 步骤10、此模块计算结束；输出棱上个钢丝的圆心距、捻制角、偏移角、差额角、各钢丝之间的间隙、间隙cleacenter等参数； 上述算法中，给出的渐进迭代方法可以适用于单层点接触、双层点接触、线接触内三角层钢丝的位置调节计算。
上述设计流程中，各参数含义及取值分别为内三角层钢丝的个数Nout＝12，b3表示内三角层钢丝半径，b2表示填充式半径，R2表示补棱丝圆心距，cleag表示三角层间隙要求，cleae表示三角层间隙允许误差，Rnei表示虚拟中心钢丝半径；Neach表示内三角层每条棱上钢丝个数(不包括顶角钢丝)。
本案例中，其调节步长可以设为 2)本案例中“线接触结构外三角层钢丝位置调节过程”的求解算法(细节) 步骤1、比较N1和N2的关系，可以得到 If N1＝N2，then转到步骤2； Else if N1+3＝N2，then 在正三角形顶角处放置钢丝，并将该钢丝编号为N2_each，并计算该钢丝的圆心距RN2_each、捻制角βN2_each、偏移角θN2_each、差额角cN2_each； End if 本案例中，N1＝12，N2＝15； 步骤2、外层每条棱上需要排列1……N1_each根钢丝，按照调节的逻辑顺序将钢丝标号为1……N1_each； 步骤3、计算外层钢丝的初始位置和相关参数 Fori＝1 to(N1_each-2)/2+2 Do 计算当前棱上，与内三角层i与i+1号钢丝相切的外三角层钢丝相关参数；外三角层当前钢丝编号为i，所需估算量为圆心距Ri、捻制角βi、起始角θi、差额角ci等参数；调节当前外三角层钢丝到合适的位置，得到圆心距Ri、捻制角βi、偏移角θi、差额角ci等参数的合理值；目的是使的当前钢丝与相邻的内层均相切； End Do 将当前计算的钢丝对折到棱上另一半的相对位置，编号应与当前计算的棱上钢丝位置相对应； 步骤4、计算外层三角相邻钢丝之间的最短距离，并计算最短距离的均值cleaave作为输出值； 以上流程中，当知道内三角层某相邻两钢丝的位置参数时，需要估算外三角层相邻钢丝的相关参数。估算方法可参考基础技术部分。
设计参数 正向设计计算部分设计参数为 1)绳外径45mm； 2)股组件内径14.59667mm； 4)股结构(1+6)+3+12+15的线接触三角股； 5)绳中股间间隙所求实际值为0.5718499mm； 6)股中丝间间隙内层丝间间隙0.02154223mm，内三角层丝间间隙平均值0.03275751mm，外三角层丝间间间隙平均值0.04256411mm； 7)丝规格中心钢丝规格1.78414mm，内层钢丝规格1.654934mm，补棱丝规格1.698002mm，内三角层钢丝规格2.303332mm，外三角层钢丝规格2.725784mm； 10)绳芯直径11.8543mm； 11)股高16.57108mm，股宽16.46562mm。
三角股钢丝绳产品及其组件配丝计算结果仿真截面效果图如图18所示。
为了配合实际生产需要，应该对上述配丝进行调节并执行校验(本案例进行一次反向圆整校验计算)。纤维绳芯与钢丝规格参数为 1)绳芯直径12.2mm 2)钢丝直径中心钢丝规格1.8mm，内层钢丝规格1.65mm，补棱丝规格1.7mm，内三角层钢丝规格2.3mm，外三角层钢丝规格2.7mm； 反向圆整校验计算所得部分设计参数为 1)股间间隙0.6676574mm； 2)股中丝间间隙内层丝间间隙0.0301898mm，内三角层丝间间隙平均值0.03590266mm，外三角层丝间间隙平均值0.06467198mm； 3)实际股内径14.59893mm； 4)实际绳外径45.0478mm，增量为0.1062266％ 5)股高16.5239mm，股宽16.42013mm； 校验后，三角股钢丝绳及其组件的仿真截面图如图19所示。
权利要求
1.一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于该方法基于钢丝绳间隙设计，根据钢丝绳捻制加工后的形态，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算，所述设计计算包括正向设计计算和反向圆整校验计算，两种计算配合使用，即在正向计算后，一次或多次进行反向圆整校验计算，直到获得满足设计要求的设计参数。
2.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于所述正向设计计算包括以下步骤
(1)给定三角股钢丝绳的绳外径、绳捻距倍数、三角股间间隙及间隙误差要求，计算得到三角股组件的外径要求或内径要求；
(2)结合给定的三角股结构、股中各层钢丝的捻距倍数、各层相邻钢丝间的间隙要求、间隙允许误差，计算三角股的配丝状况；
(3)计算三角股中各钢丝的规格和位置、各钢丝捻制参数、相邻钢丝间的间隙、同一三角层钢丝的平均捻制参数、相邻钢丝间隙的平均值，计算得到绳芯直径。
3.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于所述反向圆整校验计算包括以下步骤
(1)给定组成三角股的各钢丝规格、三角股结构、股中各层钢丝的捻距倍数，计算三角股中各钢丝的位置、各钢丝捻制参数、相邻钢丝间的最短距离、同一三角层钢丝的平均捻制参数、相邻钢丝间隙平均值；
(2)给定绳芯直径，计算三角股钢丝绳的绳外径以及相邻三角股间间隙。
4.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于所述根据钢丝绳捻制加工后的形态，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算，是指在三角股设计中
(1)直接考虑三角股中钢丝捻制形态变化，将股中钢丝的截面按相应捻制后形态表示为具有不同椭圆度和位置参数的椭圆；
(2)三角股组件中各钢丝的捻制变形按照其随位置呈现的周期性变化而进行处理；
(3)对于各个椭圆在设定的几何坐标内进行数值离散化，分别用离散的点的数值集合来实现设计计算；
(4)三角股钢丝绳中三角股的正向设计计算为考虑实际捻制状态下，根据各钢丝之间的间隙要求，三角股结构要求，计算实际捻制状态下，满足间隙和结构约束要求的三角股各组成丝的实际形状与空间位置分布，进而求出钢丝绳制造所需的各钢丝规格、捻制参数、位置参数以及股设计参数，得到钢丝绳产品配丝设计方案；
(5)三角股钢丝绳中三角股的反向圆整校验计算方法为根据给定的配丝方案、三角股结构要求、捻距倍数，计算实际捻制状态下，三角股各组成丝的实际形状与空间位置分布，进而求出当前配丝方案下，各钢丝捻制参数、位置参数以及三角股中各层相邻钢丝间的间隙。
5.据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于设计中充分考虑三角股钢丝绳产品捻制过程中钢丝的捻制变形，截面为圆形的钢丝在捻制后将形变为椭圆；如果设三角股中钢丝的捻制角为β，捻制前三角股中钢丝的半径为b，则捻制成椭圆后，其短半轴长度为b，长半轴长度为b/cos(β)；将捻制前截面为圆形的钢丝在捻制后将变成椭圆，椭圆可以用以下公式描述
x＝acostcos(θ+c)-bsintsin(θ+c)+Rcosθ
y＝acostsin(θ+c)+bsintcos(θ+c)+Rsinθ
其中，a-代表椭圆长轴；b-代表椭圆短轴；t-代表(0～360)的参变量；θ-代表偏移角；c-代表差额角；R-代表圆心距；c＝π-α-θ，其中α为长轴所在直线与X轴正向的夹角。
6.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于相邻股中丝在捻制变形后的间隙的计算方法为分别取相邻钢股或钢丝之间可能出现最短距离的区间C1、C2的离散点集合n1、n2，通过计算不同集合中各点之间的最短距离计算钢丝或股之间的最短距离。
7.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于捻制变形后，钢丝之间位置关系可以表述为相邻钢股或丝之间的相离、相切、相交三种关系，如果设相邻股或丝间的最短距离为Cmin，则将各种位置关系下的相邻钢股或丝间最短距离定义为
(1)股或钢丝相交时Cmin＜ε1；
(2)股或钢丝相切时，ε1＜Cmin＜ε2；
(3)股或钢丝相离时，Cmin＞ε2；其中，ε1、ε2表示一个较小的正数，且ε2＞ε1。
8.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于不同结构的三角股间隙计算满足以下要求
(1)点接触三角股同一三角层中，任意两个相邻钢丝的间隙均需满足给定的间隙要求及间隙误差要求；
(2)线接触三角股同一三角层中，内三角层任意相邻钢丝间的间隙均需满足给定的间隙及间隙误差要求；外三角层中，所有相邻钢丝之间间隙的平均值应该满足间隙及间隙误差要求。
9.根据权利要求1所述的基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，不同结构的三角股中，钢丝位置具有以下特征
(1)点接触三角股同一三角层中，钢丝的位置参数随实际捻制状态和同层相邻钢丝间的间隙而变化；
(2)线接触三角股内三角层中，钢丝的位置参数随实际捻制状态和同层相邻钢丝间的间隙而变化；外三角层中，钢丝位置随内层相邻钢丝位置、捻制状态而变化；外层钢丝位置随内层相邻钢丝位置、捻制状态而变化。
全文摘要
一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，属于钢丝绳产品设计技术领域。该方法基于钢丝绳间隙设计理念，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算。具体包括给定三角股组件的外径或内径要求、股结构、股中各层钢丝的捻距倍数、股中同层相邻钢丝间的间隙及其误差，在保证各层相邻钢丝之间结构和间隙要求的条件下，计算三角股配丝状况、捻制参数，通过调整配丝方案，使设计结果能更好的符合生产实际和产品性能要求。优化设计计算包括正向设计计算和反向圆整校验计算两部分，两部计算配合使用，即在正向计算后，一次或多次进行反向圆整校验计算，直到获得满足设计要求的设计参数。
文档编号D07B1/00GK101113573SQ20071001236
公开日2008年1月30日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者庞哈利, 杜素忠 申请人:庞哈利