鋼絲繩是一種能沿著它的軸向傳遞運動或力的合成物。鋼絲繩已經成為我們現代工業和日常生活中不可缺少的工具。但鋼絲繩是如何發明出來的,下面小編就和大家一起探索鋼絲繩的起源,展望鋼絲繩未來的發展。
一、繩索的起源
要談到鋼絲繩的起源和歷史,首先就得先講繩索的起源和歷史。利用天然纖維製造繩索的歷史可以追溯到史前時代,要遠遠早於文字的發明,甚至比石器時代還要早。有證據表明早在公元前一萬七千年就有編捻的繩索。邏輯上來推論,應該是由於生存需要,有意識地將樹皮,獸皮掛在身上,或將剩餘的獵物掛在高處,促使使用不同粗細的藤來連線和懸掛東西,進而發展到用多條藤來編接來增加強度和長度。後來發現經過反覆使用的藤成為更柔軟的纖維束,到有意將藤變為纖維來捻制使用。當然除藤外,也可能是皮條,和其他細長的柔韌的材料。因此,究竟是哪個民族的祖先先行學會了製造繩索,這肯定是一個永遠也無法解答的迷。
由於沒有文字的記錄,以及天然纖維無法長期儲存的原因,世界上可以用來推測繩索製造歷史的石刻可以追溯到公元前 12000-9000年。考古發現實物的繩索,如芬蘭的中石器時代公元9000-3000年前,秘魯發現的古印加人的記事繩的歷史也已經進入公元年了。中國的文字記載可以考證的繩索使用歷史應該比發明“結繩記事”的神農氏更早吧,那也就是公元前 7000多年的樣子。古埃及的壁畫記錄可以看出那個時候製成規模地造繩索的大致景象。
纖維繩索早期主要採用的材料為莎草,皮革,和棕呂纖維。制繩的工藝在公元前就已經臻於完善,在以後的幾千年幾乎沒有大的改觀。直到15-16世紀,天才達•芬齊畫過兩幅制繩機的草圖,雖然同他的其他發明一樣,沒有能夠真正製造出來。在他的草圖裡甚至還有拉拔模具,用這些模具有可能製造出鐵絲來,也就是說可能製造出鐵絲繩來。
在1556年,艾古里科納的一幅關於礦山的油畫,就鮮明地反映出在那個時代繩索在採礦運輸上的重要用途。
在1586年,當羅馬聖•彼得廣場要樹立起一塊327噸的方碑時,要經過數月的準備,動用900個壯漢和75匹馬,加上大量的繩索和滑輪才得以完成。
二、鋼絲繩的起源
19世紀初,礦山提升主要還是依賴麻繩和鐵鏈。歐洲的麻繩靠進口還很貴,並且只能用在那些乾燥的礦坑。而鐵鏈也不是十分可靠,因為只要有一個環的斷裂,就會造成那種一環斷裂全盤皆輸的結果。
大約在1824年到1838年間,德國克勞斯塔爾的一名採礦工程師,阿爾伯特一直試圖解決礦山運輸的難題。他注意到了麻繩的優點就是受力都是沿著纖維方向平行的拉伸。另一方面,鐵鏈具有非常好的強度。他試圖將兩種提升工具的優點結合到一起,這是是鋼絲繩誕生的第一個念頭。但限於當時的工藝,無法實現。直到拉絲機的出現,拉絲機是一種專業加工金屬線性製品的特種裝置。
如今硬質合金的模具替代了拉拔鐵塊,直流電機取代了水推磨。現代化的拉絲機可以在一個生產週期中連續地一盤接一盤地拉絲。在拉絲變形過程中產生的熱量被冷卻器帶走。但現代拉絲機的基本原理和裝備構成同採礦工程師阿爾伯特那個時代的機器是相似的。
1834年7月23日,在克勞斯塔爾的卡洛林內礦的448米的豎井中,鋼絲繩的使用試驗完全滿足了它的發明者的要求。提升能 力為同等直徑麻繩的六倍,是鐵鏈的四倍,是其自身重量的八倍。在捲筒上,它只需卷繞鐵鏈空間的三分之一就夠了。
對操作員來講,相應帶來的好處是,提升系統在斷裂前就可以透過單根鐵絲的斷裂而提前顯示出來。因此,就可以採取諸 如將破損部分進行編繩或者及時換新繩之類的措施。
幾乎所有的麻繩都是互動捻的,而阿爾伯特卻將他的鋼絲繩採用平行捻。著就意味著鋼絲繩的外層鋼絲在導向滑輪裡與繩 槽得到很好的支撐。它們與鋼絲繩其他股之間的接觸也都是平行的。這樣就是說,這根世界上第一根鋼絲繩完全是沒有鋼絲交叉的。
世界上第一根鋼絲繩是一個由三個股構成的18毫米直徑的鋼絲繩,每個股由四根直徑3.50毫米的鐵絲捻成。整個捻制是由手工完成的。
在阿爾伯特鋼絲繩上,所有的鋼絲都是同一種材料。它們的直徑,製造條件都相同。他們的長度和在鋼絲繩裡面形狀都一 樣。另外,阿爾伯特鋼絲繩上所有的的鋼絲都可以從外面觀察到。這一點是這個世界第一根鋼絲繩與後來所有的鋼絲繩設 計相區別的一個特點。阿爾伯特先生值得在我們現代發明家名譽榜上中佔有一席之地。
三、鋼絲繩的未來
鋼絲繩無論從用途還是製作工藝都是源自於繩索的應用。鋼絲繩是繩索的一種,只由於材料製造工藝的發展,用鋼鐵材料替代了纖維材料,在強度上進行了提高,發生了質的飛躍。但是在2019年德國寶馬展上,利勃海爾公司迴歸繩索的本源,與奧地利繩索製造商合作開發了一種新的高強度纖維繩。這種由高分子化合物製作的纖維繩索具有高強度耐腐蝕耐磨損的特性,其中最主要的是其相對於鋼絲繩索輕便,這對於要求高長度繩索的大型起重機來說,將會大大減少起重機的淨過載荷從而增加最大起重量。
利勃海爾作為全球起重行業的領頭羊,率先突破自我使用了這種高強度合成纖維繩索,今年四月份在塔式起重機上已經採用了這種高強度纖維繩。對於此纖維繩,利勃海爾公司已經完成了包括塔式起重機在內的一系列測試,與鋼絲繩相比,這種高強度纖維繩索具有極高的耐磨性,並能承受大量的彎曲迴圈。這種纖維繩索不僅重量約為傳統鋼絲繩的五分之一,而且它的使用壽命是傳統鋼絲繩的四倍,減少了繩索的更換率。
曾經陪伴吊裝界百年的鋼絲繩是否會迴歸本源,被高強度纖維繩索替代,我們拭目以待。這種集所有優點於一身的高強度纖維繩,未來必將大展拳腳。目前,這種高強度纖維繩的價格很高,經濟性不是很好,還沒有大規模上市。