斜井提升鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算方法

1、·斜井提升鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算依據(jù)提升鋼絲繩實(shí)際最大張力及其受損傷后的余留強(qiáng)度, 計(jì)算斜井提升鋼絲繩安全程度的安全系數(shù)。煤礦安全規(guī)程 規(guī)定: 提升鋼絲繩各鋼絲拉斷力總和與其在工作中能受到最大靜張力的比值(即Q dö Qmax , 即安全系數(shù)不能小于規(guī)定的值。實(shí)際上, 提升鋼絲繩在工作過程中, 除承受靜張力外, 還要承受很大的動(dòng)張力, 而且還會(huì)由于磨損、腐蝕、斷絲、擠壓等損傷而導(dǎo)致其各鋼絲拉斷力總和的降低。因此, 用Q d 與Qmax 的比值來判斷鋼絲繩的安全性是不充分, 不準(zhǔn)確的, 也不能保證提升鋼絲繩的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。 本文對(duì)斜井提升鋼絲繩進(jìn)行了受力分析, 并根據(jù)實(shí)際受力和其余留

2、強(qiáng)度來判斷斜井提升鋼絲繩的安全性。1斜井提升系統(tǒng)斜井提升系統(tǒng)：斜井提升系統(tǒng)，設(shè)車組的總質(zhì)量(包括貨載質(zhì)量M (kg，提升鋼絲繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量為m (kgö m ，井筒傾角為B(28°，某時(shí)刻提升鋼絲繩的斜長(zhǎng)為L(zhǎng) (m ,車組運(yùn)行的阻力系數(shù)為L(zhǎng), 當(dāng)托繩輪運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好時(shí), 鋼絲繩運(yùn)行的阻力系數(shù)為L(zhǎng), 則提升鋼絲繩與天輪的相切點(diǎn)C 處的最大張力按以下3 種工況計(jì)算:1 工況É。提升重載, 主加速階段的提升鋼絲繩的最大張力為:T 1= (M + m l ( sinB + Lco sB g+ (M + ML a1 (N (1式中:a1提升系統(tǒng)加速度,mö s2。2

3、 工況Ê。下放重載, 減速階段的提升鋼絲繩的最大張力為:TÊ = (M + m l ( sinB- Lco sB g+ (M + ML a3(N (2式中: a3提升系統(tǒng)主減速度,mö s2。在利用(1、(2兩式計(jì)算提升鋼絲繩最大張力時(shí), 應(yīng)注意鋼絲繩實(shí)際斜長(zhǎng)L 和井筒傾角B的變化。3 工況Ë。上提重載, 實(shí)施緊急制動(dòng)時(shí)。在上提重載等速運(yùn)行的情況下, 鋼絲繩與天輪相切點(diǎn)C 處的張力為:T0= (M + ML ( sinB + co sB g (N (3當(dāng)制動(dòng)時(shí), 車組的減速度為a (mö s2 , 且a> 0時(shí), 則制動(dòng)時(shí)鋼絲繩的張力為:

4、T2= T 0- (M + ML a= (M + ML ( sinB + Lco sB g- a (N (4很顯然, T 2< T 0, 另一方面, 若用L表示車組與鋼絲繩的靜阻力系數(shù), 則靜止時(shí)鋼絲繩的張力為: T j= (M + ML ( sinB - Lco sB g (N (5比較式(3和式(5有, T j< T 0, 再比較式(4和式(5 , 當(dāng)a> (L+ Lj gco sB時(shí), 則T j> T2。這就是說,當(dāng)提升機(jī)以減速度a 制動(dòng)時(shí), 提升鋼絲繩的張力為T 2,且T 2< T j, 車組以減速度a 向上減速運(yùn)行, 到達(dá)上死點(diǎn)后會(huì)產(chǎn)生反向下滑, 重新拉

5、緊松馳的鋼絲繩,如果a(L+ Lj gco sB , 即減速度a 小于車組的自然減速度, a2 a2 - ( sinB + Lco sB g , 則上提制動(dòng)時(shí)減速很緩慢, 車組停止后不會(huì)產(chǎn)生反向向滑。但是, 對(duì)于維護(hù)良好的礦井提升系統(tǒng), (L+ Lj一般較小; 而為了滿足a(L+ Lj gco sB，把減速度a 值取得過小又無實(shí)用意義, 尤其是在上提過程中實(shí)施緊急制動(dòng),其減速度a 值不可能太小。因此, 對(duì)于實(shí)際的提升系統(tǒng), 其緊急制動(dòng)停車后的反向下滑是難以避免的。 而且井筒傾角愈小, 停車后的反向下滑愈容易產(chǎn)生。由于提升鋼絲繩是彈性體, 當(dāng)車組的反向下滑到下死點(diǎn)時(shí), 借助鋼絲繩的彈性又會(huì)重新向

6、上運(yùn)行至第二個(gè)上死點(diǎn), 而后再下滑。如此反復(fù), 致使系統(tǒng)產(chǎn)生單自由度簡(jiǎn)諧振動(dòng), 此時(shí)車組的最大運(yùn)動(dòng)振幅X (m 可用下式表示:X= (V 0ö X2+ X021ö 2(m (6式中的V 0 表示車組反向下滑到使提升鋼絲繩開始受沖擊時(shí)的瞬時(shí)車組速度(mö s , 當(dāng)下滑了S(m 距離時(shí),V 0= 2gs (sinB - Lco sB 1ö 2, 當(dāng)然S 的大小取決于井筒的傾角B與鋼絲繩狀態(tài)等多種因素;X0 表示鋼絲繩受具有V 0 速度的車組沖擊瞬間車組的位置, 實(shí)際是提升系統(tǒng)中鋼絲繩的靜伸長(zhǎng)量,X0T jö Kj, K 為提升鋼絲繩彈性常數(shù)(N&

7、#246; m ; 假如鋼絲繩受沖擊瞬間其上已作用有張力Td, 則X0= (T j-Td ö KX是這個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的角頻率, 當(dāng)考慮車組質(zhì)量和有效長(zhǎng)度L 內(nèi)的鋼絲繩質(zhì)量時(shí), X2= Kö (M +mLö 3。由車組最大運(yùn)動(dòng)振幅可求得因振動(dòng)引起的提升鋼絲繩的最大動(dòng)張力為KX (N 。因此, 提升鋼絲繩所受到的最大張力為:TË = T j+ KX (N=53144.86N(7其中:X= 2kgs (M + mLö 3 ( sinB - Lco sB + (T j- Td21ö 2隨著車組的振動(dòng), 鋼絲繩的張力是以T j 為中心反復(fù)增減變化,

8、 但不斷衰減。經(jīng)過幾個(gè)周期的振動(dòng),鋼絲繩張力大小達(dá)到T j±(M + mL gaco sB范圍內(nèi)時(shí)就變成靜止值。 式(7中的T j、 M、 m、 L、 B以及K 是比較容易知道的值。按上述三種工況計(jì)算后, 確定提出鋼絲繩的實(shí)際最大張力Tmax=480430N。2鋼絲繩余留強(qiáng)度計(jì)算使用中的鋼線繩不可避免地會(huì)產(chǎn)生諸如斷絲、磨損、銹蝕、擠壓變形等各種損傷。這都將使鋼絲繩的有效金屬斷面積減小, 導(dǎo)致鋼絲繩強(qiáng)度降低。 這是只介紹利用電磁探傷法得到的判斷鋼絲繩余留的方法, 即利用探傷記錄的基線振幅比率表示鋼絲繩的余留強(qiáng)度。其計(jì)算公式如下:QR= Q dB- m- QL(8式中:QR鋼絲繩的余留強(qiáng)度,N;Q d鋼絲繩的破斷拉力,N;B鋼絲繩電磁探傷記錄的基線振幅與新繩的基線振幅比。m鋼絲繩結(jié)構(gòu)和使用條件的特征值。斜井提升鋼絲繩, 取m = 0 . 27;QL斷絲引起的鋼絲繩強(qiáng)度減少量。3斜井提升鋼絲繩安全系數(shù)通過上述分析和計(jì)算, 我們認(rèn)為, 決定斜井提升鋼絲繩安全系數(shù)的因素應(yīng)該是鋼絲繩現(xiàn)有的余留強(qiáng)度QR 和作用于其上的最大張力Tmax。而且要掌握這兩個(gè)因素隨著鋼絲繩的使用時(shí)間和使用狀態(tài)不同而變化的情況和變化幅度。如果用M a 表示提升鋼