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矿井提升钢丝绳整绳破断试验方法研究

发布时间:2021-10-27 16:40 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

0引言 钢丝绳是由高强度的钢丝编绕制成,具有承载能力强、自重轻、弹性好、工作平稳可靠等优点,广泛应用于矿山、冶金、高层建筑、交通运输、港口等各个领域。在矿井提升中,


0引言
钢丝绳是由高强度的钢丝编绕制成,具有承载能力强、自重轻、弹性好、工作平稳可靠等优点,广泛应用于矿山、冶金、高层建筑、交通运输、港口等各个领域。在矿井提升中,提升机属于矿井设备的四大件之一,钢丝绳是关键部件,其质量与安全系数特别重要,在矿井的安全生产中占有很重要的地位,直接关系到矿井能否正常生产以及人员的生命安全]。为了确保矿井提升安全,国家、煤炭行业以及安全生产行业都出台了矿用钢丝绳相关的标准和规范,如GB/T33955-2017《矿井提升用钢丝绳》2]、AQ2026-2010《金属非金属矿山提升钢丝绳检验规范》[]、MT/T716-2019《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》[]等。而钢丝绳整绳破断拉伸试验是考核钢丝绳股和合绳质量的重要手段,是拆股钢丝拉、弯、扭的力学性能试验所不能代替的。
单丝拉力试验计算出的单丝破断拉力总和往往大于整绳破断拉力值,而整绳破断拉力值的大小其实更符合实际使用的情况。AQ2026-2010《金属非金属矿山提升钢丝绳检验规范》规定:新钢丝绳的破断拉力检验应优先采用整绳破断拉力的方法检验和考核。MT/T716-2019《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》规定:仲裁试验时,钢丝绳破断拉力应规定为钢丝绳最小拉力。因此,为保证矿井提升安全,对矿井提升钢丝绳进行整绳破断拉力试验具有特别重要的意义]。

本文在矿井提升钢丝绳检测检验实践基础上,通过对GB/T8358-2014《钢丝绳实际破断拉力测定方法》同中钢丝绳整绳破断拉伸试验方法的分析比较,探索出了一种改进的矿用提升钢丝绳整绳破断拉力试验方法巴士合金浇注法。
1钢丝绳整绳破断试验方法
目前,对矿用钢丝绳进行整绳破断拉力试验,国际上多采用ISO3108:1974]规定的方法,我国多采用GB/T8358-2014《钢丝绳实际破断拉力测定方法》回规定的方法。
钢丝绳整绳破断拉力试验是对钢丝绳试样施加拉力,拉伸至钢丝绳断裂,测定钢丝绳的实际破断拉力,或者试验至规定拉力值]。
钢丝绳整绳破断拉力试验方法主要有合金浇注法、树脂浇注法、套管压制法、缠绕法和直接夹持法5种方法。GB/T8358-2014规定:合金浇注法适用于钢丝绳直径不小于6mm或钢丝直径不小于
0.5mm的钢丝绳:树脂浇注法和套管压制法适用于所有类型的钢丝绳;直接夹持法适用于单股钢丝绳,也适用于其他结构的钢丝绳:缠绕法适用于直径不大于20mm的钢丝绳。但无论采用哪种方法,钢丝绳试样制备既要满足标准通用要求,还要满足其特殊要求。
1.1合金浇注法
合金浇注法是将试样两端捆扎后,端部钢丝散开、清洗干净,再用低熔点的熔融合金浇注,冷却至常温后,在拉力试验机上进行拉伸试验的方法(8]。
此方法要求试样两端头制成带头状,对于纤维芯钢丝绳应将纤维芯切至捆扎处:可对打散裸露的钢丝弯曲成钩型,但不能对其进行校直:可清除帚头钢丝表面油污,也可沾浸少量助镀剂,但不得损伤钢丝表面:可用铅锡合金或其他低熔点合金浇注成圈锥体,但不能改变钢丝性能。制备后的钢丝绳试样如图1所示。本方法对粗直径、可继绕性差的钢丝绳非常适用,并且浇注合金可重复使用,试验成本较低。但合金浇注法也存在操作过程复杂、影响因素多、成功率不高等缺点。
图1浇注法钢丝蝇试样
1.2树脂浇注法
树脂浇注法是将试样两端捆扎后端部散开、清洗干净后,用树脂浇注,待树脂充分固结后,在拉力试验机上进行拉伸试验的方法(]。试样在捆扎、头端部打散以及表面清洗与合金浇注法一样,仅是浇注的介质为调制好的树脂混合液。采用树脂浇注法进行整绳破断试验是英国、日本、南非等国家常采用的方法,在国内仅有少部分钢丝绳厂家采用()。
这主要是因为树脂浇注需要有专用的索节,浇注用树脂不能重复使用,并且多为进口树脂,价格较高。
1.3套管压制法
套管压制法是将试样两端头装上合适的金属套管,用压力机压制牢固,然后在拉力试验机上进行整绳破断拉伸试验的方法[]。此方法适用于所有类型的钢丝绳,但对于纤维芯类钢丝绳,应先将套管压制段的纤维芯去除,并用同直径的端部为圆锥形的钢棒充实,再套压。这种方法的优点在于要求试样长度小,套压法加工过程简单且成本较低。但在实际试验过程中经常出现试样表面损伤的情况,导致破断位置在套管头部,较难准确地测定其真实破断力。并且还需要根据钢丝绳直径用低碳钢、铝合金或其他材料制作不同的套管,其内壁还应有倒角。
1.4缠统法
继绕法是将试样直接缠绕在缠绕试验轮的绳槽中进行整绳破断拉伸试验的方法8。此方法适用于直径不大于20mm的钢丝绳,并且缠绕试验轮的直径与钢丝绳的公称直径之比应不小于16,继绕试验轮的绳槽直径应控制在钢丝绳公称直径的1.06~1.10倍之间。钢丝绳直径过大,缠绕在试验轮上较困难,不易操作,且根据钢丝绳直径,需要配备不同轮径、绳槽直径的缠绕试验轮。缠绕法不仅有适用范围的限制,还存在钢丝绳缠绕固定困难、试样长度长、工作效率不高等不足。
1.5直接夹持法
直接夹持法是将试样直接装夹在拉力试验机合适的钳口,进行整绳破断拉伸试验的方法]。此方法是依靠钢丝绳表面与拉力试验机钳口接触面的摩擦力来进行,在试验过程中容易夹伤钢丝绳表面,尤其是表面层钢丝直径较小的钢丝绳。直接夹持法比较适合钢绞线及股绳等与钳口夹具接触面积较大、外层丝径较粗、破断力较小的钢丝绳检验。直接夹持法虽然操作简单,试验周期短,但是适用范围有限,且试验成功率不高。

2巴氏合金浇注法
经过多方面分析比较,选择应用最广泛的合金浇注法进行矿井提升钢丝绳整绳破断试验方法的研究。通过查阅相关资料文献,合金浇注法存在钢丝拉脱、试样断股少、断口较多出现在钳口处等问题例。其中,导致钢丝拉脱这种情况主要有拆头钢丝表面处理不干净、浇注锥头合金含量(或“拆头”
钢丝长度)不够、浇注时合金温度太低、浇注锥头心部未完全冷却、合金比例失调和钢丝拆头不完全等六大原因]。
针对合金浇注法容易出现试样从合金浇注头中脱出的现象,结合检测检验任务,对合金浇注法在试样制备、浇注夹具和浇注合金上进行了相应的探索研究,形成了一种新型合金浇注方法,并对该方法进行了试验效果验证。由于矿山使用较多的是光面钢丝绳,故本文仅对光面钢丝绳的合金浇注法进行研究。
2.1制样及钢丝表面处理按标准回要求将钢丝绳试样两端头制成带头状,然后对试样钢丝进行表面处理。光面钢丝绳为了防锈,在捻制完成时要做浸油处理,故钢丝表面油污比较多。因此,对光面钢丝绳帚头钢丝表面采取油洗-碱洗·水洗-酸洗-浸沾助镀剂-干燥-浇注处理。
首先利用油脂易溶于汽油和汽油易挥发的特性,对钢丝表面用汽油进行刷洗清除油污;油洗之后,再用温热的一定浓度的NaOH溶液浸洗,以消除钢丝表面硬脂酸脂油膜;再对钢丝表面用清水冲洗掉碱性溶液,为酸洗做准备:将清洗干净的帚头钢丝浸泡在一定浓度的HCI溶液里,不断搅动钢丝,直至钢丝表面发黑且不出现麻点为止:然后将钢丝浸沾在助镀剂NH,Cl中,拿出晾干以备浇注合金。
2.2浇注合金选择
经过不断探索与反复试验比较,选用的浇注合金为锡基巴氏合金。这种合金的熔点比锡、铅的熔点都低,因此在浇注时,只要温度控制得当,不论是粗钢丝,还是细钢丝,浇注合金都不会对钢丝产生不利的热影响。
2.3浇注
考虑到在浇注的过程中熔融合金的滴漏,按照钢丝绳直径大小分段设计了相应的浇注夹具。此夹具内孔有圆弧倒角,可以与浇注的合金圆锥体一起参与整绳破断拉伸试验,不会对钢丝绳产生不利影响。
浇注所用的用具都要经过预热烘干.浇注时,要注意隔渣,浇流要均匀,不得中断,要一次浇注完:浇注速度要掌握好,太快易出现缩孔,太慢易出现气泡。在浇注过程中,如发现铸型中的合金熔液流动性能下降,可用氧-乙炔焰在浇注模背面均匀地加热,以改善合金熔液的流动性能,避免冷隔现象产生。
2.4试验及其结果
利用(①30mm的6×37S+IWR1570型钢丝绳,按照述处理要求,浇注制备如图1所示的整绳破断钢丝绳试样,放置在卧式拉力机上进行整绳破断试验。
最终,试验测得钢丝绳破断时的最大拉力为732.5kN。根据GB8918-2006,钢丝绳的最小破断拉力为503.03kN。
因此,测得的钢丝绳整绳破断拉力符合要求。

3结论
通过对矿井提升钢丝绳整绳破断5种常用的试验方法进行分析和比较,选择应用最广泛的合金浇注法展开探索研究,根据GB/T8358-2014对钢丝绳整绳破断试验的要求,探索出了一种利用巴氏合金进行浇注制样的方法,解决了矿井提升钢丝绳整绳破断拉力测定的问题,并通过试验验证了该试验方法的可靠性。


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