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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。