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矿用提升钢丝绳结构型式论述及选用

发布时间:2022-05-06 14:33 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

钢丝绳是矿井提升设备的重要组成部分,关系到提升系统的安全可靠运行。近年来随着超深立井的建设,如何正确合理选择深立井提升用钢丝绳,成为立井提升系统设计的一个重要环节


钢丝绳是矿井提升设备的重要组成部分,关系到提升系统的安全可靠运行。近年来随着超深立井的建设,如何正确合理选择深立井提升用钢丝绳,成为立井提升系统设计的一个重要环节。

1 矿用钢丝绳的结构型式
矿用钢丝绳按其构成股断面的形式可分为圆股钢丝绳和异形股钢丝绳,其中异形股钢丝绳主要包括三角股钢丝绳、椭圆股钢丝绳和扇形股钢丝绳。煤矿立井用摩擦提升钢丝绳的结构主要为圆股和三角股。钢丝绳按其股中相邻层钢丝的接触状态可分为点接触钢丝绳、线接触钢丝绳和面接触钢丝绳。

2 圆股钢丝绳与三角股钢丝绳的比较
2.1 结构
钢丝绳在提升过程中不可避免地产生弯曲,弯曲疲劳是导致断丝的主要原因之一。线接触圆股钢丝绳,钢丝之间可以相对滑动,被弯曲的绳股内外层之间可得到一定的长度补偿,但三角股钢丝绳中的钢丝是互相束缚的,相互之间无法移动位置以适应弯曲,导致其单根钢丝受到的应力大于圆股钢丝绳,故易断丝 。
圆股钢丝绳钢丝的弯曲半径是均匀的,受力均等;三角股钢丝绳的钢丝弯曲半径不一致,易受力不均,从而产生应力集中导致断丝 。圆股钢丝绳可以采用交互捻的制造方法,绳股受力时呈闭合趋势;三角股钢丝绳只能以同向捻的方法制造,受力时呈打开趋势,较易形成散股。
2.2 摩擦力
过去一直认为三角股钢丝绳与摩擦衬垫的接触面积大,因而其产生的摩擦力更大,实则不然。按照摩擦力的公式 F = f N,摩擦力只与摩擦因数和正压力有关。正压力即钢丝绳施加到摩擦衬垫上的垂直作用力,它只与钢丝绳所承受的载荷有关 [3] ;因此,在正压力一定的情况下,钢丝绳与摩擦衬垫接触面积的大小,只影响摩擦衬垫的压强,与摩擦力无关。

3 我国钢丝绳的发展与使用现状
20 世纪 50、60 年代,受当时钢丝制造工艺水平的限制,我国生产高强度的钢丝很困难。为了使同样直径的钢丝绳获得更大的破断拉力,只有通过提高钢丝绳的金属截面积来实现,于是鞍钢钢丝绳厂研制生产出三角股钢丝绳。随着钢丝制造工艺的不断进步,目前生产稳定可靠地高强度钢丝已不存在任何技术问题,圆股钢丝绳可以达到同样直径的三角股钢丝绳的破断拉力。圆股钢丝绳分为点接触和线接触,由于点接触钢丝绳存在诸多不利因素已逐步淘汰,取而代之的是线接触钢丝绳。目前选择圆股钢丝绳时应选择线接触圆股钢丝绳。目前,世界范围内使用三角股钢丝绳的国家主要有中国、南非、波兰、英国和俄罗斯等。欧洲大部分国家大量地使用圆股钢丝绳,尤其是德国,D M T(德国钢丝绳检测中心) 要求矿用钢丝绳必须是圆股结构。国内矿用提升钢丝绳主要由鞍钢钢绳有限责任企业、宁夏恒力钢丝绳股份有限企业和贵州钢绳股份有限企业生产,抗拉度为 1 570 ~ 1 960 M Pa。根据钢丝绳厂家提供的资料,1 770 M Pa 钢丝绳的使用情况已较为普遍,1 870 M Pa 钢丝绳也有订货。国内使用的进口钢丝绳主要是德国法尔福企业和W D I 企业、英国 B R ID O N 企业生产的钢丝绳,近几年南非钢丝绳也开始进入国内市场。德国生产的钢丝绳结构为圆股,南非和英国既有圆股钢丝绳也可有三角股钢丝绳。

4深井提升用钢丝绳结构的选取
在提升过程中,钢丝绳不仅受拉伸应力和弯曲应力的作用,而且存在着不同程度的扭转应力,易产生扭转疲劳,并随着井筒深度的增加而增加,在一定位置形成应力集中。对于深立井提升系统,深度越大,扭转应力对钢丝绳的影响越来越大,扭转疲劳成为决定钢丝绳使用寿命的主要因素 
圆股钢丝绳有同向捻和交互捻结构,采用交互捻结构,股与绳之间的应力可以相互抵消,旋转性相应弱,能够有效减弱提升过程中钢丝绳的扭转,适宜深立井提升系统,但仅限于线接触钢丝绳。三角股钢丝绳的股绳在生产过程中需要外力作用成型,且只有同向捻结构,因而会导致三角股钢丝绳出现扭转现象,井筒愈深愈明显,但它具有金属断面积大和破断力高的优点,目前仍有不少在用。进口钢丝绳和国产钢丝绳相比,虽然进口钢丝绳价格高,约是国产钢丝绳的 3 倍,但其质量和使用寿命明显优于国产钢丝绳。鉴于钢丝绳在提升系统的重要性,对于大型或深立井提升系统,建议采用进口钢丝绳。

5 结语
分析了矿用立井提升钢丝绳的结构、圆股钢丝绳与三角股钢丝绳的特点,以及国内钢丝绳发展与使用现状和深立井钢丝绳结构型式的选用,以供工程设计人员参考。
 


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