礦井提升鋼絲繩沖擊式破斷計算及預防

礦井提升鋼絲繩沖擊式破斷計算及預防摘要：鋼絲繩作為礦井運輸提升的重要工具，其使用安全性能至關重要。鋼絲繩在作業(yè)過程中破斷的原因有很多，主要有銹蝕、磨損、疲勞、過載以及沖擊等幾種形式，因此必須選擇合適的鋼絲繩，才能保證安全生產。本文主要提出了鋼絲繩沖擊式破斷力的計算模型，以便使用者能夠估算鋼絲繩的破斷力，從而選用最合適的鋼絲繩。并在此基礎上提出了鋼絲繩沖擊式破斷的預防措施。關鍵詞：礦井；鋼絲繩；破斷力；沖擊；計算；預防；鋼絲繩是礦井提升設備的部件之一，主要用于運輸?shù)V石、石碴、工作人員或者下放材料，是連接井下作業(yè)和地面作業(yè)的樞紐。鋼絲繩的安全與否嚴重關系到人身安全的問題。在實際生產過程中，會偶爾突發(fā)一些鋼絲繩斷裂的事故，給礦山造成了很大的經濟損失和人員傷亡。沖擊斷裂是鋼絲繩斷裂的一種，主要由以下原因引起。一是當繩子松弛的時候突然受到下放物體自重引起的沖擊力；二是鋼絲繩在提升物體的時候發(fā)生了卷曲的現(xiàn)象，從而使鋼絲繩受到了沖擊力；三是提升容器在運行中脫軌或卡阻致使鋼絲繩受力發(fā)生變化而產生沖擊力；四是提升的容器內的材料擺放不平衡或者在提升的過程中某些材料掉落等等使鋼絲繩受到沖擊力。本文詳細研究了鋼絲繩沖擊式破斷力計算的模型，希望能為鋼絲繩的安全使用提高保障。一、簡易的計算方法簡易的估算方法中需要將鋼絲繩的直徑進行轉化，使其變?yōu)?/2n的形式，然后根據(jù)下列模型估算鋼絲繩的破斷力：F0=D02/2 公式1其中F0表示破斷力，單位為KN；D0表示鋼絲繩的公稱直徑；單位為mm。筆者將不同的公稱直徑對應的破斷力列在了表1中。表中所列出的是理論值，在實際中要考慮到鋼絲繩的銹蝕、斷絲等因素。從表中可以看出，鋼絲繩的公稱直徑越大，其破斷力值就越大，當然表中所列數(shù)值僅供經驗估算值。表1鋼絲繩公稱直徑與破斷力的關系鋼絲繩公稱直徑（單位：毫米）破斷力大小（單位：千牛）2020.52224.82429.52634.62840.13046.1二、國標的要求國標規(guī)定最小的鋼絲繩破斷力的計算方法如下：F=KD2R/1000 公式2其中F代表鋼絲繩的破斷力，單位為千牛；K是一個常數(shù)，可以在相關的表格中找到，代表破斷拉力系數(shù)；R代表鋼絲繩的公稱抗拉強度，單位為兆帕；D是鋼絲繩的工程公稱直徑，單位為毫米。由公式2可知，鋼絲繩的破斷力隨著鋼絲繩的公稱強度和公稱直徑的增大而增大，具體的如圖1所示。乙％02L222324253627282930鋼絲繩公稱直徑mm圖1不同工程強度和不同公稱直徑鋼絲繩與破斷力的關系圖三、鋼絲繩破斷實驗以及結果分析為了得到可靠的鋼絲繩破斷力計算模型，筆者進行了大量的鋼絲繩破斷試驗數(shù)據(jù)對比。試驗過程嚴格遵守GB8918-2006的標準。試驗過程中選取了具有代表性的公稱直徑分別為20、22、24、26、28毫米的鋼絲繩，試驗所得數(shù)據(jù)如下圖所示：

圖2試驗結果分布圖表2破斷力的均值和標準差鋼絲繩的公稱直徑（毫米）試驗數(shù)據(jù)數(shù)量破斷力的平均值（千牛）破斷力值標準差204275.9/2211324.927.62413429.832.4266482.9837.9287542.5963.692U22 2+ 2*2U22 2+ 2*2S公禰肯役~un四、礦井提升鋼絲繩沖擊式破斷力計算模型根據(jù)試驗得到的大量數(shù)據(jù)，筆者提出了兩種計算模型，即最悲觀的估算方法和最可能的估算方法。最悲觀的估算方法是指根據(jù)鋼絲繩破斷的最小值來計算，是一種非常安全可靠的方法。將表2中的數(shù)據(jù)進行不同的曲線擬合得到的兩個公式：F1=0.04524D2.705+104.8 公式3F2=56.61e0.0759D 公式4公式3是由幕函數(shù)擬合得到，公式4是由指數(shù)函數(shù)擬合得到。最可能的估算方法是根據(jù)鋼絲繩破斷力的平均值進行計算的，有較強的實際意義。使用幕函數(shù)和指數(shù)函數(shù)擬合分別得到了以下的結果：F1=0.09054D2.557+99.9 公式5F2=63.751e0.077D 公式6在實際運用中，鋼絲繩的沖擊破斷亦可用動量公式P=M?V進行測算，此時P值用出廠鋼絲繩銘牌標注的最小破斷拉力帶入，從而確定提升質量與速度的關系，對保證安全生產有很好的參考價值。五、實例分析建立了上面的估算方法之后，筆者對三種不同型號的鋼絲繩進行了破斷力的估算，結合破斷試驗數(shù)據(jù)，對比計算數(shù)據(jù)如表3.表3數(shù)據(jù)分析鋼絲繩編號試驗數(shù)據(jù)（千牛）悲觀估算方法（千牛）最可能估算方法（千牛）幕函數(shù)指數(shù)函數(shù)幕函數(shù)指數(shù)函數(shù)1948837.9868.7963.71020.52162186.4187.9207.8218.53402349.6405.7405.9404.9從表3可以看出，3號鋼絲繩的擬合誤差最小，僅1%。但是1號和2號鋼絲繩的模擬誤差較大，這存在著一定的客觀原因。首先此模型適合公稱直徑在20-28mm的鋼絲繩，對于這個范圍之外的鋼絲繩估算誤差就可能會偏大。除此之外，鋼絲繩本身的質量以及試驗樣品制作等方面的因素也會引起估算的誤差?？偠灾?，本文中所提出的鋼絲繩破斷力的估算模型是有一定的實用價值的，對選用礦井提升鋼絲繩有著很大的指導意義。六、鋼絲繩破斷的預防措施銹蝕的防御措施首先，由于提升鋼絲繩常年處在酸堿度較高的井中，因而很容易被侵蝕。因而在選用鋼絲繩的時候，一定要注意其表面是否有鍍鋅層。其次，必須對鋼絲繩進行定期的潤滑保養(yǎng)。潤滑保養(yǎng)不僅僅可以補充繩上流失的潤滑油，還可以在一定程度上保護繩子外部的鋼絲免受侵蝕。在使用潤滑油的時候，一定要檢驗其是否符合相關的規(guī)定，不能對鋼絲繩有腐蝕作用。在補充潤滑油的時候，必須先將鋼絲繩表面的銹跡清洗干凈。只有這樣，潤滑油才能流到繩芯，對繩芯起到保護作用。潤滑油要有一定的透明度，以便對鋼絲繩的質量進行檢測。磨損的預防措施一是要盡量使鋼絲繩避免遭到撞擊，以及繩索的打纏情況的出現(xiàn)；二是選用繩的捻向與鋼絲繩在滾筒上的纏繞方向一致的鋼絲繩，這樣可以減小鋼絲繩內部的摩擦。三是在斜井提升的環(huán)境下，應該選用面接觸鋼絲繩或者外層鋼絲較粗的鋼絲繩。四是定期檢查鋼絲繩的斷絲情況，一旦出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，必須及時采取修復的措施。五是為了皮面鋼絲繩與繩之間的磨損，應該定期地對鋼絲繩進行股與股之間的調整。疲勞的預防措施一是要盡量降低鋼絲繩的彎曲應力，因此繩輪直徑和鋼絲繩公稱直徑的比值應該要滿足一定的使用要求。二是提升機在啟動的過程中不應太快，否則繩中的拉伸應力變化就會很大，從而引起疲勞強度的增大。過載的預防措施箕斗應該要限量，可以采取定量斗箱式和定量輸送機式裝載方法，嚴禁超重的現(xiàn)象出現(xiàn)。沖擊的防御措施當鋼絲繩受到沖擊力的時候，對其使用壽命的影響非常大。因此，為了減小鋼絲繩所受的沖擊力，就必須控制住提升機制動時候的速度，一般要低于5m/s2。提升機的拖動裝置的頻率要很低。在提升的過程中，要保證箕斗中的裝料不會晃動或者掉料，可以通過安裝溜煤板等裝置來調節(jié)箕斗的中心位置，減少箕斗給鋼絲繩帶來的沖擊和震動。七、結束語鋼絲繩是礦井提升設備的部件之一，是連接井下作業(yè)和地面作業(yè)的樞紐，是保障安全生產的重要環(huán)節(jié)。礦井提升鋼絲繩的斷裂事故在現(xiàn)實生產中經常出現(xiàn)，因此必須對鋼絲繩的安全使用性能引起高度的重視。本文提出了鋼絲繩沖擊式破斷力的計算模型，在選用鋼絲繩的時候能提供一定的指導作用。在鋼絲繩的使用過程中，一定要做好鋼絲繩的保養(yǎng)與預防措施，從而保證鋼絲繩在礦井中安全地提升物體。參考文獻中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB8918-2006重要用途鋼絲繩[S].北京：中國標準出版社，2006.景天虎.固定載荷模式下鋼絲繩疲勞壽命的預測模型初探[J].礦山機械，2007,35(11):76-78.胡大明，陳開譜，孫勇.水泵效率曲線擬合的Matlab-GUI設計[J].中國農村水利水電，2008(9):93