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礦用提升鋼絲繩結構型式論述及選用
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備的重要組成部分，關系到提升系統(tǒng)的安全可靠運行。近年來隨著超深立井的建設，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)設計的一個重要環(huán)節(jié)
鋼絲繩是礦井提升設備的重要組成部分，關系到提升系統(tǒng)的安全可靠運行。近年來隨著超深立井的建設，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)設計的一個重要環(huán)節(jié)。
1 礦用鋼絲繩的結構型式
礦用鋼絲繩按其構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構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 結構
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彎曲，導致其單根鋼絲受到的應力大于圓股鋼絲繩，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)生應力集中導致斷絲 。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。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 [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。
3 我國鋼絲繩的發(fā)展與使用現(xiàn)狀
20 世紀 50、60 年代，受當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問題，圓股鋼絲繩可以達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選擇線接觸圓股鋼絲繩。目前，世界范圍內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構。國內礦用提升鋼絲繩主要由鞍鋼鋼繩有限責任公司、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。國內使用的進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入國內市場。德國生產(chǎn)的鋼絲繩結構為圓股，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構的選取
在提升過程中，鋼絲繩不僅受拉伸應力和彎曲應力的作用，而且存在著不同程度的扭轉應力，易產(chǎn)生扭轉疲勞，并隨著井筒深度的增加而增加，在一定位置形成應力集中。對于深立井提升系統(tǒng)，深度越大，扭轉應力對鋼絲繩的影響越來越大，扭轉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構，采用交互捻結構，股與繩之間的應力可以相互抵消，旋轉性相應弱，能夠有效減弱提升過程中鋼絲繩的扭轉，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，且只有同向捻結構，因而會導致三角股鋼絲繩出現(xiàn)扭轉現(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。進口鋼絲繩和國產(chǎn)鋼絲繩相比，雖然進口鋼絲繩價格高，約是國產(chǎn)鋼絲繩的 3 倍，但其質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)，建議采用進口鋼絲繩。
5 結語
分析了礦用立井提升鋼絲繩的結構、圓股鋼絲繩與三角股鋼絲繩的特點，以及國內鋼絲繩發(fā)展與使用現(xiàn)狀和深立井鋼絲繩結構型式的選用，以供工程設計人員參考。