1、選擇鋼絲繩型號
礦用提升鋼絲繩的結構一般都是絲→股→繩結構,即選先由鋼絲捻成繩股,再由繩股捻成繩,鋼絲繩由繩芯和繩股組成。繩芯有鋼芯和纖維芯之分;繩股由股芯、內層鋼絲、外層鋼絲組成。制造提升鋼絲繩的鋼絲是有優(yōu)質碳素結構圓鋼冷拔而成,一般直徑為0.4~4mm,鋼絲的抗拉強度為1400~2000N/mm2,我國多用1550 N/mm2和1700 N/mm2兩種,為了增加抗腐蝕能力,鋼絲表面可以鍍鋅,稱為鍍鋅鋼絲,未度鋅的稱為光面鋼絲繩。此外還可以用鋼絲韌性來標志,分為特號、Ⅰ號、Ⅱ號三種,提升礦物用的鋼絲繩可以用特號和Ⅰ號鋼絲來制造,提升人員用的鋼絲繩子允許用特號鋼絲繩來制造。由此,提升鋼絲繩的種類很多,結構不同性能也不相同,根據不同特點有不同的分類方法,實際上都是從不同角度上來說明鋼絲繩的結構特點,了解這些特點,對于認識不同鋼絲的性能,正確選擇和合理使用鋼絲繩都是有益的。我國提升鋼絲繩的結構和性能特點如上所述,在提升鋼絲繩的選擇計算中,因結合實際情況充分考慮,選擇合理的提升鋼絲繩結構和型號。
根據本公司南井區(qū)提升副井的實際情況,鋼絲繩在使用過程中銹蝕與磨損為主要影響其壽命的因素。故應選擇抗腐蝕和磨損比較強的鋼絲繩型號。滿足此要求的主要有以下三種結構的鋼絲繩:6×7,6×19S,6×9W。根據公司具備的實際條件選用6×7的鋼絲繩。故在此選擇6×7+FC型號的鋼絲繩,公稱抗拉強度為1700MPa。
2.1初步確定鋼絲繩直徑
1)根據滿足鋼絲繩彎曲應力計算
絞車在地面安裝使用時 式中:D—絞車卷筒直徑,mm;——提升鋼絲繩直徑,mm。代入數值計算得≤D/80=31.2mm。
2)根據滿足實際運輸負載計算
斜井提升鋼絲繩直徑的計算公式為:
式中:Q0為繩端荷重,(kg);Q=QZ+Q;QZ為礦車的質量(包括與鋼絲繩的連接裝置),kg;Q為一次提升的載荷,6196 kg;a為斜井軌道的傾角°;f為提升礦車時的摩擦阻力系數,其值與軌道維護情況及軸承的形式有關,滾動軸承,一般取f=0.01~01015;;f’’為鋼絲繩的摩擦阻力系數,全部有地滾且工作正常時,取f ‘ =0.10~0.20;Kh為破斷拉力換算系數,1.134;K‘ 為最小破斷拉力系數,0.332;K為重量系數,0.344;ma為鋼絲繩的安全系數,9;LC為斜井提升總提升斜長,LC=Lt+L0;;m;Lt為井筒傾斜長度,820 m,L0為井口距天輪的斜長,60 m;Lc=Lt+L0+9=8.8×102m。代入數值,計算得23.78。
所以所選鋼絲繩直徑應該滿足 mmmm
對于斜井提升,由于鋼絲繩磨損較嚴重,在絞車允許的情況下盡可能將鋼絲繩直徑選的偏大一些,以提高使用壽命。因此在容量允許的情況下,實際選擇的鋼絲繩直徑要比與計算值相適應的直徑大。實踐證明,適當的增大鋼絲繩直徑可以延長使用壽命,因此并不降低鋼絲繩的經濟效益。在以mmmm為前提的情況下根據鋼絲繩力學性能表選擇鋼絲繩直徑。
3、驗算所選鋼絲繩的安全系數
安全系數是指鋼絲繩鋼絲拉斷里的總和與鋼絲繩的計算靜拉力之比。但應當注意,安全系數并不代表鋼絲繩真正具有的強度儲備,只不過表示經過實踐證明在此條件下鋼絲繩可以安全運行。我國《煤礦安全規(guī)程》對提升鋼絲繩的安全系數均有規(guī)定。
鋼絲繩安全校核驗算公式為:
式中:Qq為鋼絲繩的破斷力,498.00 kN;n為人車數,2;m為每輛礦車一次提升的載荷, kg;mz為每輛礦車的質量(包括與鋼絲繩的連接裝置),1598 kg;mp為鋼絲繩每米質量(kg),2.834 kg/m;m0為單繩纏繞式提升裝置專為升降人員的安全系數,9。代入數值計算11.23>9所以鋼絲繩的安全系數足夠滿足。
4、計算鋼絲繩的纏繞圈數及長度
4.1確定纏繞圈數
當以2層纏繞計算時,驗算滾筒是否滿足。
多層纏繞時,滾筒應滿足
B≥.
式中:B為滾筒寬度,mm; 鋼絲繩圈的間隙,一般取=2~3mm;n為錯繩圈數,取2~4圈;k為纏繞層數,2; 為多層纏繞時的平均直徑,mm。
代入計算得B=1790mm。滿足要求,所以應作兩層纏繞。
4.2驗算纏繞長度
第一層的纏繞長度,根據單圈纏繞公式計算
B≥.
得.
第二層的纏繞長度,也根據單圈纏繞公式計算
.
式中: D′為第二圈纏繞時的纏繞直徑,mm。
D′=D+2d=2500+2×28=2556mm。
.
兩層纏繞總長為
。
當絞車運行到斜井最遠運輸距離時滾筒上的鋼絲繩余量為
圈
根據《煤礦安全規(guī)程》第四百二十一條第三款規(guī)定滾筒上應經常纏留3圈繩,用于減輕固定處的張力,還得留有做定期檢驗用的補充繩。
所以滾筒上經常纏留的鋼絲繩圈數滿足上述規(guī)定要求。
5、鋼絲繩的強度檢驗
1)最大靜張力
實際負荷產生的最大靜張力,代入數值計算得:
Fjmax≥n(mg+mzg)(sinα+fcosα)+mPgLc(sinα+fcosα)=44.89KN
絞車允許的最大靜張力為F=90KN。
F≥Fjmax
所以絞車允許的最大靜張力能夠滿足實際載荷產生的最大靜張力.
2)最大靜張力差
實際負荷產生的最大靜張力差,代入數值計算得:
Fjc≥n(mg+mzg)(sinα+fcosα)+mPgLc(sinα+fcosα)-nmzg(sinα+fcosα)=30.29KN.
絞車允許的最大靜張力差為F′=90KN.
Fjc≤F′.
所以絞車允許的最大靜張力差能夠滿足實際載荷產生的最大靜張力。
6、結論
提升鋼絲繩是礦井提升設備的一個重要組成部分,提升鋼絲繩選擇是否合理關系到提升設備安全性和經濟性的重要環(huán)節(jié),應引起足夠的重視。故提升鋼絲繩的選擇計算必須合理無誤,必須保證其安全可靠。大煤公司南井副井絞車提升鋼絲繩通過計算,校核以及驗算,決定選用6×7+FC型號,直徑d=28mm的提升鋼絲繩。此提升鋼絲繩滿足安全系數要求,滿足最大靜張力,最大靜張力差要求,同時滿足滾筒容量以及纏繞所產生的彎曲應力的要求。