礦井提升機的各種運動參數(shù)對提升鋼絲繩接觸參數(shù)的影響和一種新型的鋼絲接觸疲勞試驗裝置

1、 礦井提升機的各種運動參數(shù)對提升鋼絲繩接觸參數(shù)的影響和一種新型的鋼絲接觸疲勞試驗裝置文摘：礦井提升機的各種運動參數(shù)對提升鋼絲繩接觸參數(shù)的影響已經(jīng)被研究，一種新的接觸疲勞試驗裝置也已經(jīng)被設(shè)計出來。在提升過程中，用于檢測各種運動參數(shù)對鋼絲繩張力和張力振幅的仿真模型已經(jīng)被提出。在升降時，接觸參數(shù)的范圍由不同的運動參數(shù)來決定。結(jié)果表明，在提升時不同的運動參數(shù)引起震動系統(tǒng)的不同模態(tài)形狀，這也就導(dǎo)致了鋼繩接觸參數(shù)的不同范圍。關(guān)鍵字：礦井提升機，運動學(xué)參數(shù)，提升鋼絲繩，接觸參數(shù)，接觸疲勞儀。術(shù)語：a1 起重加速度 a2 起重減速度 DP 由于芯線的鏈的變形而引起的相對位移振幅 DP1,DP2 由于鋼絲繩的內(nèi)

2、外層的變形而引起的相對位移振幅 E 楊氏模量 F 在滑輪切點的鋼絲繩張力 F0max，F(xiàn)0min，F(xiàn)min 最大峰值張力，最低谷張力，每次提升階段繩的最小峰值張力Fmax，F(xiàn)min 在每次提升階段的最大或最小張力振幅Li(t) 在第i次提升階段垂直繩的長度m 升起終端質(zhì)量M 繩的轉(zhuǎn)矩M0t, P0t 軸上的轉(zhuǎn)矩或張力Pm 內(nèi)外線層的接觸載荷Pn1，Pn2 在內(nèi)外鋼絲層的相鄰鋼線t 時間Vm 起重最大加速度一，引言 電纜，由于其抗彎和抗扭剛度，并且能抵抗相對較大的軸向負荷，已經(jīng)被廣泛用于拖拽操作，支持結(jié)構(gòu)，并攜帶有效載荷。在后面的這個應(yīng)用程序，鏈接礦井提升機和運輸?shù)碾娎|起到了至關(guān)重要的作用在礦上

3、提升系統(tǒng)中，因為因為他們的疲勞強度和疲勞壽命對煤礦生產(chǎn)和礦工的安全有著重要的影響。在礦井提升時，繩子總是受到脈動負載的負載變化以及運輸加速度和減速度，這都歸因于時變繩重量和加速度和減速度的慣性負載。波動載荷導(dǎo)致了單個電纜的微觀運動來抵抗他們的鄰近電纜繩，即電線之間的接觸磨損。接觸磨損和循環(huán)載荷的相互作用導(dǎo)致了裂紋萌生、擴展及最終斷裂，即磨損疲勞，這相對于沒有磨損的常規(guī)疲勞減少了鋼絲繩的壽命并且加速了繩的實效。鋼絲繩疲勞行為是受幾個變量影響的，例如應(yīng)用正常接觸載荷，相對位移幅值，應(yīng)用循環(huán)載荷和接觸幾何載荷。因此繩子（接觸載荷和接觸導(dǎo)線之間正常的相對位移振幅）的接觸參數(shù)應(yīng)該在礦井提升時確定。然后接

4、觸測試或理論分析可以進行處理來探索鋼絲繩的疲勞損壞過程。礦井提升機的不同運動參數(shù)（最大速度，加速度和減速度）導(dǎo)致了繩子長度和慣性負載的差異，這也引起了繩子的不同波動負載。因此不同范圍的接觸參數(shù)的接觸導(dǎo)線之間的接觸疲勞的發(fā)生，導(dǎo)致了不同發(fā)生實效機制的繩子。因此，在起重時確定繩子的接觸參數(shù)和調(diào)查提升機不用運動參數(shù)對繩子接觸參數(shù)的作用是重要的。 近年來，許多學(xué)者對繩的接觸疲勞的測定進行研究。Argatov解決了非線性模型interwire接觸問題，他使用匹配漸進擴張的方法，得到了一個螺旋鋼絲繩的結(jié)構(gòu)方程。Giglio和Manes發(fā)表了幾份分析公式來估算電線的一根繩的內(nèi)部和外部的壓力狀態(tài)。Sieger

5、t確定了在一個多連層中正常的接觸載荷和相對位移振幅。之后發(fā)明了一個接觸疲勞裝置來檢測螺旋連中進行自由彎曲變形的疲勞條件。Jiang等人使用限元模型調(diào)查了單個1×7線股的靜不定接觸問題。Kumar和Botsis利用在張力和扭力作用下多個鋼絲繩股線性變形來獲得最大接觸應(yīng)力的解析表達式。然后對影響接觸應(yīng)力的幾個重要電纜參數(shù)和材料性能進行了討論。Nawrocki and Labrosse提出了了一個簡單的直鋼絲繩股的有限模型，并發(fā)現(xiàn)電纜分別在可樞轉(zhuǎn)和可滑動控制的軸向和彎曲載荷的情況下的響應(yīng)。Argatov等人研究了在一滑輪中股繩進行循環(huán)彎曲的磨損過程并且發(fā)現(xiàn)鋼絲繩之間的滑動行程和接觸力對滑輪

6、的直徑的比率的依賴性。然而，很少有對升降中滑輪繩切點的微動參數(shù)范圍和礦井提升機各運動參數(shù)對微動繩子的參數(shù)范圍的影響進行系統(tǒng)的研究。因此，本研究的目的是探討在升降時，礦井提升機的不同運動參數(shù)（最大速度，加速和減速）對鋼絲繩接觸參數(shù)的影響。本文的其余部分安排如下，第二部分介紹了礦井提升機運動學(xué)參數(shù)的測定與一個基于在天輪切點的鋼絲繩張力微分方程的Simulink仿真模型。之后，本文討論了鋼絲繩在一個給定條件下的張力模擬，也討論了在提升循環(huán)中不同運動參數(shù)對提升機上鋼絲繩峰值張力和張力振幅的作用。在第三部分中，鋼絲繩的張力和接觸參數(shù)之間的關(guān)系被給出，這種關(guān)系是基于提升鋼絲繩在張力，扭轉(zhuǎn)力和材料力學(xué)下的靜

7、態(tài)方程。然后對礦井提升機各運動參數(shù)對接觸參數(shù)的繩子在提升過程中影響的探討。此外，一個新的接觸疲勞試驗裝置在第四部分介紹，這種裝置用于調(diào)查鋼絲繩的接觸疲勞行為。二，礦井提升機不同運動參數(shù)對鋼絲繩張力的影響 鋼絲繩繞在鑄鋼輪如圖1A所示，PVC或CPUR襯墊（6270邵氏D硬度的硬質(zhì)塑料）之間用繩子和滑輪阻止他們的直接接觸，從而消除了鋼絲繩的外部磨損。繩子被分為三個部分，即這線段，過渡段，曲線段。接觸損傷發(fā)生在每一段。繩子的實效更有可能發(fā)生在天輪切點（過渡段），因為這個位置的電纜經(jīng)歷了完全的扭曲和高的張力范圍。因此，接觸損傷的過渡段特別集中在這里。在目前的研究中，假定接觸磨損或接觸疲勞是由鋼絲繩的

8、變形引起的。稍后討論在升降過程中垂直繩始終承受軸向拉伸載荷。由于內(nèi)部導(dǎo)線的相對運動引起的橫向波很小，因為在拉伸載荷下副角和扭轉(zhuǎn)半徑僅僅輕微的改變。因此，我們假設(shè)繩子的橫向運動被忽視。向上移動的終端負載（圖1a），煤礦提升的速度曲線（圖1b）。升降周期包括三個階段，即加速，勻速，減速，見圖1b。在提升周期中，垂直繩的長度隨時間的不斷變化導(dǎo)致等效質(zhì)量的提升系統(tǒng)和垂直繩剛度的不斷變化。因此，在提升中提升系統(tǒng)的振動在不同頻率和振幅誘導(dǎo)了繩張力的脈動。三，不同運動參數(shù)對繩子接觸參數(shù)取值范圍的影響 鋼絲繩呈螺旋狀扭曲的鋼絞線及鋼絲鋼絞線螺旋扭曲。繩子純拉伸T，誘導(dǎo)鋼絞線和鋼絲的內(nèi)力。一股內(nèi)力（鋼絲）可以被

9、分解成縱向分量，PZ，平行于繩子的軸（鏈）和徑向分量，PY，垂直于軸線的繩。徑向分量PY，導(dǎo)致了股線和鋼絲繩的扭矩。通過增加張力PZ和轉(zhuǎn)矩LZI，沿該軸的每一個螺旋形元件的繩索的靜態(tài)方程在拉伸的扭轉(zhuǎn)下分別根據(jù)【30】和【31】給出。T是繩的拉力（T=F），M是施加在繩子末端的扭矩（M=CT/A假設(shè)升起終端負載約束限制旋轉(zhuǎn)），和分別表示相對伸長率和相對扭轉(zhuǎn)角，A,B和C分別表示繩索的縱向剛度，扭轉(zhuǎn)剛度和縱向扭轉(zhuǎn)剛度。張力p0t和沿其軸線的轉(zhuǎn)矩m0t是由以下表達式計算【8】，【30】和【31】。i和R的股線層的第i個角度的繩索和鏈外半徑分別為a0，b0和c0的分別代表的縱向剛度，扭轉(zhuǎn)剛度和縱向扭轉(zhuǎn)

10、剛度的絞合線。式（10）給出了鋼絲繩和鋼絞線的縱向剛度，扭轉(zhuǎn)剛度和橫向扭轉(zhuǎn)剛度的簡化解決方案【30】，【31】，【32】。Mi為繩的數(shù)量，mi與i分別為在第i線組鏈和曾角度線的數(shù)量，F(xiàn)i和fi分別是繩中所有電線的橫截面和鋼絲繩橫截面的數(shù)量。Ri是線層半徑，ri是軸半徑，Es是鋼絲的楊氏模量。鋼絲繩的張力PTI在第i個線層可以表示為【8】和【31】。四，一種新的鋼絲接觸疲勞試驗臺 圖14示出鋼絲的一個新的接觸疲勞試驗臺，其能夠施加一個恒定的接觸載荷。動態(tài)記錄接觸導(dǎo)線和位移幅度的拉伸絲之間的切向力，并且監(jiān)測拉伸絲的聲發(fā)射信號。接觸疲勞試驗臺采用循環(huán)拉伸絲和接觸夾具，容量為20千牛單軸測試系統(tǒng)，產(chǎn)生

11、接觸負荷和切向力。拉伸絲的端部(9)分別被固定在上夾具（1）和下夾具（8）。上夾具和下夾具分別被安裝在張力換能器（10）和液壓升降臺（7）。坐落于上夾具的底部的聲發(fā)射換能器（2）監(jiān)測拉伸絲（9）的聲發(fā)射信號。拉伸絲由一對左右裝載電線（27.26）嵌入在滑動契塊（29），支撐塊（31）垂直穿過拉伸絲。拉的重量集（12）的滑動楔塊（29），可滑動的導(dǎo)向塊（28）與楔形溝槽，通過牽引繩（20）纏繞繞銷（21）和“L“形支架（17）施加接觸載荷。導(dǎo)線之間的接觸載荷，得到對稱的支撐支架（33）通過銷連接的支撐塊（31），（24）和“”形安裝支架（23）。支撐塊傳輸拉伸絲和右裝載絲（26）之間的切向力以拉

12、壓換能器（14）通過連接軸（15）轉(zhuǎn)換，在接觸區(qū)域沒測量。的接觸力的測力傳感器和切向力的測力傳感器連接到凹水平支撐（16），它可以在楔形槽固定在立柱（5）的固定裝置（4）滑動。在接觸區(qū)的微動振幅是由通過液壓電梯（7）測量的拉伸絲（9）的位移幅值縮減。微動夾具的不同高度的楔形槽固定裝置（3，4）的位置可以調(diào)整，來產(chǎn)生不同的微動振幅。圖14五，結(jié)論 在目前的研究中，繩在繩輪的切點的繩索的故障發(fā)生的可能性更大。基于繩子的張力在起重滑輪切點處的不用微分方程，繩子的張力仿真模型使用Simulink軟件構(gòu)件。在起吊過程中繩張力波動隨時間呈現(xiàn)出三個階段。選擇在提升的起始和結(jié)束的峰值張力和張力振幅探索繩張力的

13、演變。在提升過程中，不同的運動參數(shù)誘導(dǎo)不同模態(tài)的振動系統(tǒng)，這是歸因于變質(zhì)量的系統(tǒng)中，垂直繩加速，減速的慣性載荷的剛度和柔性的影響。 在繩索拉伸和鋼絞線扭轉(zhuǎn)和鋼絲繩張力和理論模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定繩子導(dǎo)線之間的接觸載荷和相對位移的范圍，申請材料力學(xué)。作為增加的最大速度，接觸載荷的整體范圍內(nèi)呈現(xiàn)小的差異相比，以增加整體的相對位移范圍。由于最大速度從3.5米每秒增加到7.5米每秒，整體范圍的接觸載荷的增加范圍88.9-90.758-59.2 N，N和250-255.1Ñm。 為了研究鋼絲繩中的鋼絲接觸疲勞行為，引入一個人新的接觸疲勞試驗裝置。本裝置是能夠施加一個恒定的正常的接觸載荷，記錄鋼絲的拉伸絲的位移幅值之間的切向力和監(jiān)測的拉伸絲的聲發(fā)射信號。對各種接觸參數(shù)的信號采集方法進行了討論。參考文獻 對接觸磨損和起重首勝鋼絲疲勞損傷行為的研究 中國礦業(yè)大學(xué)科技出版社，徐州（2005）中國 防滑控制模式下的各種接觸疲勞變量的影響和相互作 用的調(diào)查 Tribol Int, 39 (2006), pp. 12