承載索

承載索作為架空索道的一個主要組成部分，承載索的結構對架空索道的結構、功能、受力分析等均有重要的影響。在傳統架空索道結構中，承載索製作幾乎全部使用鋼絲繩產品，隨着現代科學技術的不斷進步，在許多重要領域，一些新型纖維材料正在逐漸替代鋼絲繩，成為市場的新寵。例如由超高分子量聚乙烯纖維繩製作的纖維承載索，是新型承載索應用的一個實例。在架空索道領域中，纖維承載索和鋼絲繩承載索有着不同的應用。以一根長度220m，運輸載荷1t承載索的設計安裝為例，來説明2種材質承載索的不同應用 ^[1]  。

依據GB50127—2007架空索道工程技術規範和GB12141—2008貨運架空索道安全規範，承載索用鋼絲繩應選擇符合GB8918或YB /T5295。

在索道承載索安裝時，選擇一端地錨固定，另一端張緊的安裝方式。固定端製成環眼，由於承載索放繩時，可能僅需要使用一部分，為了減少勞動量，依據常規方法只選擇鋼絲繩環眼端直接放繩。放繩時鋼絲繩質量較大，不允許摩擦地面，一般情況下放繩採用牽引索牽引放繩，即預先通過人工牽引一根細繩，然後再使用細繩牽引，使用設備將承載索通過轉向滑輪牽引，進行有張力放繩。放繩後，需將承載索使用手動葫蘆或專用設備張緊，將承載索張緊到標記位置。該標記位置是根據預先測定的兩安裝支點距離、承載索垂度和預計承載的載荷重量經嚴格計算後標定的。該點預先確定了承載索長度，施加的預張緊力等，使得承載索在承載最大載荷時達到設計要求，即承載索兩端固定後，承載1t載荷時，達到垂度4m的要求 ^[2]  。

超高分子量聚乙烯纖維承載索材料及其性能超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 纖維是20世紀90 年代初出現的第三代高強高模纖維，相對分子量為100萬～600萬，分子形狀為線型伸直鏈結構，取向度接近100%，強度是目前纖維之最，具有良好的力學性能。該纖維廣泛用於製作繩索、纜繩、船帆和漁具，適用於海洋工程，具有輕質高強、使用週期長、耐磨、耐濕、斷裂伸長大等特性，普遍用於重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚線等。

超高分子量聚乙烯( UHMWPE) 製成的纖維強度高，是優質鋼的10餘倍。模量高僅次於特級碳纖維。密度小於水，能漂浮於水面。高強高模聚乙烯纖維的物理性能非常優異。由於具有高結晶度，且有不容易和化學藥劑發生反應的化學基團，因此耐水、耐濕、耐化學腐蝕、耐紫外線，不需經過耐紫外線處理。耐腐蝕、耐酸鹼，具有優異的耐磨性，不僅有高模量，而且柔軟，有較長的撓曲壽命，高強高模聚乙烯纖維熔點144～152℃，短時間暴露於110℃環境不會造成嚴重的性能降低等。但超高分子量聚乙烯纖維耐蠕變性能較差，即在一定温度和恆定外力作用下，超高分子量聚乙烯纖維的應變隨着時間的延長而逐漸增大。由於這一特性，其產品的尺寸、形態穩定性差，極大影響了超高分子量聚乙烯纖維在複合材料、繩纜繩索等領域的應用 ^[3]  。

索道承載索受力複雜，主要包括: 致命的交變彎曲應力，很高的擠壓力，巨大的拉應力和不可忽視的剪切應力。這些應力往往集中在鋼絲繩的一點或一段長度內，是鋼絲繩過早疲勞斷絲和提前報廢的根本原因。超高分子量聚乙烯纖維索承受的交變載荷和鋼絲繩承載索類似，但表現出的損壞形式有所區別。由於超高分子量聚乙烯纖維繩的耐衝擊、耐彎曲性能高於鋼絲繩，對抵抗交變載荷作用大，尤其承受彎曲應力能力強，且採用十二股編織，結構穩定，不旋轉，不會因局部結構破壞造成疲勞斷絲報廢，但是，其纖維絲和粗直徑鋼絲比，耐磨性能差，尤其怕擠壓和高温，因此，使用超高分子量聚乙烯纖維索製作的承載索，切忌擠壓和使用於温度超過80℃的環境中。

一般情況下，在超高分子量聚乙烯纖維承載索製造時，僅將超高分子量聚乙烯纖維製作成索芯，作為承受拉力的載體，結構上選擇不旋轉和局部鬆散的十二股編織製作，然後浸透環氧樹脂定型。在索芯外面編織護套，用於束縛索主體，保持索體能夠承受足夠擠壓力。在護套外塗覆耐磨防護層，使索更具耐磨性，具有很好的摩擦力和防護砂石等異物進入的作用，使得該索適應在山坡砂石上拖拽，以保護護套和索主體免受砂石侵害。

主索在包護套前，要反覆預張拉，爭取主索的彈性伸長，小於護套受力伸長。同時，考慮主索受拉時，會產生程度較大的縮徑，嚴禁採用擠壓的形式固定承載索。承載索捆綁時，要給主索及護套充分的自由延伸空間，不要將主索使用繩卡等鎖緊固定，否則，外側護套會很容易與主索脱離而斷裂。

與鋼絲繩承載索不同，在放繩環節，纖維承載索質量輕，柔軟，外面塗覆聚脲防護層，不需要預放牽引繩，直接通過人工拖拽即可完成。與鋼絲繩承載索相同，放繩後，承載索一端連接到地錨固定，另一端用於張緊和錨固。纖維承載索張緊和錨固為專用一體設計，不使用手動葫蘆等，只需將承載索的一端纏繞在張力調節機構上面。

架空索道的結構多種多樣，但都是固定式索道，移動式索道僅是本基金項目正在研究的一個子課題，而所有固定式索道幾乎都使用鋼絲繩承載索，纖維承載索在長期承受拉力時，由於蠕變需要經常調整長度，不適宜固定式索道應用。同樣，鋼絲繩承載索自重大，不宜人工搬運，在安裝前需要預先經過對場地精密測量，複雜的設計同樣不適宜在移動式索道中使用，尤其不適宜需要快速安裝的救援索道應用，因此，纖維承載索不是鋼絲繩承載索的更新換代，而是承載索品種的延伸和發展，催生了索道快裝技術的誕生。移動式快裝索道技術，一般使用在小型索道上，主要應用於應急救援，做到隨時安裝隨時使用，只要在該索道使用範圍內，不需要考慮承載索垂度、距離等問題，僅在產品設計計算之初，確定出承載索最大應用範圍。

在索道安裝後，大多數情況下，承載索利用雙牽引輥牽引部分的收緊力，就能夠滿足索道運行需要，僅發現在承載索垂度過大，影響被吊物料運行時，再啓動液壓動態張緊部分，進一步張緊承載索，調整承載索運行高度，保證物料通過。在動態張緊器上，實時顯示當前承載索實際張力，注意不要超載使用 ^[3]  。

通過對鋼絲繩和超高分子量聚乙烯纖維繩2種材質承載索應用對比，證明了鋼絲繩在架空索道中的地位。超高分子量聚乙烯纖維承載索，只是鋼絲繩承載索的豐富和發展，它催生了架空索道新品種快裝索道的誕生。

超高分子量聚乙烯( UHMW－PE) 纖維具有耐磨損、耐衝擊、耐腐蝕、耐光等優良特性，在使用過程中，免維護，不老化，不怕風、雨、陽光等侵蝕，具有非常穩定的物理化學性能，可多次拆裝反覆使用並方便儲存 ^[3]  。