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礦用提升鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式論述及選用
發(fā)布時間:2022-05-06 14:33 文章來源:未知 文章作者:admin 點擊數(shù):
鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的重要組成部分,關(guān)系到提升系統(tǒng)的安全可靠運行。近年來隨著超深立井的建設(shè),如何正確合理選擇深立井提升用鋼絲繩,成為立井提升系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)
鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的重要組成部分,關(guān)系到提升系統(tǒng)的安全可靠運行。近年來隨著超深立井的建設(shè),如何正確合理選擇深立井提升用鋼絲繩,成為立井提升系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。
1 礦用鋼絲繩的結(jié)構(gòu)型式
礦用鋼絲繩按其構(gòu)成股斷面的形式可分為圓股鋼絲繩和異形股鋼絲繩,其中異形股鋼絲繩主要包括三角股鋼絲繩、橢圓股鋼絲繩和扇形股鋼絲繩。煤礦立井用摩擦提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu)主要為圓股和三角股。鋼絲繩按其股中相鄰層鋼絲的接觸狀態(tài)可分為點接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩和面接觸鋼絲繩。
2 圓股鋼絲繩與三角股鋼絲繩的比較
2.1 結(jié)構(gòu)
鋼絲繩在提升過程中不可避免地產(chǎn)生彎曲,彎曲疲勞是導(dǎo)致斷絲的主要原因之一。線接觸圓股鋼絲繩,鋼絲之間可以相對滑動,被彎曲的繩股內(nèi)外層之間可得到一定的長度補償,但三角股鋼絲繩中的鋼絲是互相束縛的,相互之間無法移動位置以適應(yīng)彎曲,導(dǎo)致其單根鋼絲受到的應(yīng)力大于圓股鋼絲繩,故易斷絲 。
圓股鋼絲繩鋼絲的彎曲半徑是均勻的,受力均等;三角股鋼絲繩的鋼絲彎曲半徑不一致,易受力不均,從而產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致斷絲 。圓股鋼絲繩可以采用交互捻的制造方法,繩股受力時呈閉合趨勢;三角股鋼絲繩只能以同向捻的方法制造,受力時呈打開趨勢,較易形成散股。
2.2 摩擦力
過去一直認(rèn)為三角股鋼絲繩與摩擦襯墊的接觸面積大,因而其產(chǎn)生的摩擦力更大,實則不然。按照摩擦力的公式 F = f N,摩擦力只與摩擦因數(shù)和正壓力有關(guān)。正壓力即鋼絲繩施加到摩擦襯墊上的垂直作用力,它只與鋼絲繩所承受的載荷有關(guān) [3] ;因此,在正壓力一定的情況下,鋼絲繩與摩擦襯墊接觸面積的大小,只影響摩擦襯墊的壓強,與摩擦力無關(guān)。
3 我國鋼絲繩的發(fā)展與使用現(xiàn)狀
20 世紀(jì) 50、60 年代,受當(dāng)時鋼絲制造工藝水平的限制,我國生產(chǎn)高強度的鋼絲很困難。為了使同樣直徑的鋼絲繩獲得更大的破斷拉力,只有通過提高鋼絲繩的金屬截面積來實現(xiàn),于是鞍鋼鋼絲繩廠研制生產(chǎn)出三角股鋼絲繩。隨著鋼絲制造工藝的不斷進(jìn)步,目前生產(chǎn)穩(wěn)定可靠地高強度鋼絲已不存在任何技術(shù)問題,圓股鋼絲繩可以達(dá)到同樣直徑的三角股鋼絲繩的破斷拉力。圓股鋼絲繩分為點接觸和線接觸,由于點接觸鋼絲繩存在諸多不利因素已逐步淘汰,取而代之的是線接觸鋼絲繩。目前選擇圓股鋼絲繩時應(yīng)選擇線接觸圓股鋼絲繩。目前,世界范圍內(nèi)使用三角股鋼絲繩的國家主要有中國、南非、波蘭、英國和俄羅斯等。歐洲大部分國家大量地使用圓股鋼絲繩,尤其是德國,D M T(德國鋼絲繩檢測中心) 要求礦用鋼絲繩必須是圓股結(jié)構(gòu)。國內(nèi)礦用提升鋼絲繩主要由鞍鋼鋼繩有限責(zé)任公司、寧夏恒力鋼絲繩股份有限公司和貴州鋼繩股份有限公司生產(chǎn),抗拉度為 1 570 ~ 1 960 M Pa。根據(jù)鋼絲繩廠家提供的資料,1 770 M Pa 鋼絲繩的使用情況已較為普遍,1 870 M Pa 鋼絲繩也有訂貨。國內(nèi)使用的進(jìn)口鋼絲繩主要是德國法爾福公司和W D I 公司、英國 B R ID O N 公司生產(chǎn)的鋼絲繩,近幾年南非鋼絲繩也開始進(jìn)入國內(nèi)市場。德國生產(chǎn)的鋼絲繩結(jié)構(gòu)為圓股,南非和英國既有圓股鋼絲繩也可有三角股鋼絲繩。
4深井提升用鋼絲繩結(jié)構(gòu)的選取
在提升過程中,鋼絲繩不僅受拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用,而且存在著不同程度的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)疲勞,并隨著井筒深度的增加而增加,在一定位置形成應(yīng)力集中。對于深立井提升系統(tǒng),深度越大,扭轉(zhuǎn)應(yīng)力對鋼絲繩的影響越來越大,扭轉(zhuǎn)疲勞成為決定鋼絲繩使用壽命的主要因素
圓股鋼絲繩有同向捻和交互捻結(jié)構(gòu),采用交互捻結(jié)構(gòu),股與繩之間的應(yīng)力可以相互抵消,旋轉(zhuǎn)性相應(yīng)弱,能夠有效減弱提升過程中鋼絲繩的扭轉(zhuǎn),適宜深立井提升系統(tǒng),但僅限于線接觸鋼絲繩。三角股鋼絲繩的股繩在生產(chǎn)過程中需要外力作用成型,且只有同向捻結(jié)構(gòu),因而會導(dǎo)致三角股鋼絲繩出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,井筒愈深愈明顯,但它具有金屬斷面積大和破斷力高的優(yōu)點,目前仍有不少在用。進(jìn)口鋼絲繩和國產(chǎn)鋼絲繩相比,雖然進(jìn)口鋼絲繩價格高,約是國產(chǎn)鋼絲繩的 3 倍,但其質(zhì)量和使用壽命明顯優(yōu)于國產(chǎn)鋼絲繩。鑒于鋼絲繩在提升系統(tǒng)的重要性,對于大型或深立井提升系統(tǒng),建議采用進(jìn)口鋼絲繩。
5 結(jié)語
分析了礦用立井提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu)、圓股鋼絲繩與三角股鋼絲繩的特點,以及國內(nèi)鋼絲繩發(fā)展與使用現(xiàn)狀和深立井鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式的選用,以供工程設(shè)計人員參考。
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