提升钢丝绳的动力计算与分析.pdf

第 2 8卷第 2期 2 0 0 7 年 2月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e 1 vo 1 ． 2 8 No ． 2 Ee b．2 00 7 提升钢丝绳的动力计算与分析 解 启栋 山西省煤矿节能监测中心，太原 0 3 0 0 4 5 摘要 提升钢丝绳在正常工作 中不可避免地会受到一些非正常冲击力， 影响钢丝绳的安全 运行。对提升钢丝绳常见的 4种情况进行 了动力 冲击力 计算与分析 ， 给出了计算公式， 提 出了钢 丝绳选择和使用方面应注意的一些事项。 关键词 提升钢丝绳；冲击力；动力计算；分析 中图分类号 T D 5 3 2 文献标志码A 文章编号 1 0 0 3 - C r 7 9 4 2 0 o 7 0 2 0 0 0 6 - 0 3 Ho i s tin g Ca b l e Po we r Co mp u t a tio n a n d An a l y s i s X I E QI 一‘ S h a n x i P r o v i n c e C o a l Mi n e E n e r g y C o n s e r v a 6 o n M o n i t o r C e n t e r T a i y u a n 0 3 0 0 4 5 ，C h i n a Ab s t r a c t Ho i s t i n g c a b l e c a n r e c e i v e s I u n u s u a l i mp u l s e i n e v i t a b l y i n t h e n o r ma l w o r k． I n fl u e n c e s t e e l w i r e s a f e o p e r a ti o n ．C a r r i e d o n t h e p o w e r t o t h e h o i s t i n g c a b l e c o lE ff l l o n f o u r k i n d o f s i t u a ti o n s i m p u l s e t o c a l c u l a t e a n d t h e a n a l y s i s ， h a s g i v e n th e f o r m u l a ，p r 0 p 0 s e d the s t e e l w i r e c h o i c e and th e u s e asp e c t s h o u l d p a y a t - t e n t i o n fl o l n e i t e ms ． Ke y wo r d s h o i s t i n g c a b l e ；i m p u l s e ；p o w e r c o mp u t a t i o n ；a n a l y s i s ． 1 立井提升容器下降途 中被卡住造成松绳 。 安全制 动后容器又自行脱落坠下时钢丝绳所受冲击力的计 算 1 ． 1 假设条件 1 忽略运动阻力 ， 将容器坠下视为 自由落体 ； 2 将钢丝绳视为线弹性构件， 动荷和静荷的弹 性模量相等； 3 冲击过程中， 冲击物作的功全部转变为钢丝 绳的应变能 ； 4 钢丝绳的重力相对容器的重力很小， 动力计 算时忽略不计。 1． 2 运动和动力分析 容器脱卡后成 自由落体沿井筒坠下 ， 下落的加 速度 g ， 下落速度 g t ， 下落距离 h 松绳长度 雨 后钢丝绳伸直， 下落距离 h 用的时间t ／ 。钢 V g n 丝绳对容器的反作用力 即约束力 用 表示。随 着钢丝绳的伸长， 钢丝绳对容器的反作用力 F 逐 渐增加， 在 F F时， 容器开始减速下落， 减速度的方向与速 度的方 向相反 ， 即方向改为 向上并用符号 ．f 表示 。 随着 F 不断增加 ， 口不断减小 。当 F F 最大 值 时， 减速度达到最大值， 即_『 ．『 一， 下落的速度降 为零， 即 0 ， 钢丝绳的伸长达到最大值 △ ， 钢丝 绳的应变能也达到最大值 矾 。 上述容器脱落为自由落体沿井筒坠下对钢丝绳 的冲击称为自由落体冲击。容器下落的速度由 ～ 的运动过程 ， 钢丝绳所受的冲击称为第一次 冲击 ， 所受的冲击力是最大的。如果第一次 冲击后 钢丝绳未断裂且储存了应变能， 则钢丝绳将带着容 器一起作纵向衰减振动， 直至能量损耗完而静止。 1 ． 3 钢丝绳所受最大冲击力计算公式推导 由l能量法可知， 钢丝绳冲击过程中所积蓄的应 变能 u 等于冲击物在此过程中所作的功 ， 即 U d W 1 其 中WF h△d U d 寺F d A d 一E 。．s 由式 1 推导可得 F √ 州l √ l K d F 2 式 中 动 荷 系 数 ， K l √ l ； 6 维普资讯 第2 8 卷第2 期 握 丝绳 篁 堑二 蟹 鉴 ． 墨 E 钢丝绳 的弹性模量 ， M P a ； 5 钢丝绳横截面积， ； 式中 卜一 受冲击钢丝绳的计算长度， m； △j 钢丝绳的静荷伸长 ， △j ， l l l m。 2 立井提升容器下降途中被卡住造成松绳， 安全制 动后容器又 自行脱落坠 下时容器的允许坠落 距离 即松绳长度 [ h ] 的计算 设安全制动工况钢丝绳的动荷安全系数为 m ， 则允许的最大冲击力 ] 3 式中 破断拉力换算系数 ， 可从有关标准中 查得 。 将式 4 代入式 2 ， 得冲击时的动荷系数 F d 得允许坠落距离 [ 器 - 1 4 3 立井提升容器上升途 中绞车突然制动造成松 绳 后 ， 容器又以自由落体 坠下时钢丝绳所 受冲击力的 计算 设绳端荷重 质量 为 Q 。 ， 制动前的上升速度为 。绞车紧急制动 后容器靠惯 性上升距 离 h停止 后， 又成自由落体坠下， 使钢丝绳受到冲击。 钢丝绳所受冲击力 F d 的计算方法， 与下降时 容器被卡住后又自 行脱落坠下的情况相同， 式 2 仍 然适用， 但首先要计算出容器上升的距离 即松绳长 度 h 。 g“ 4 斜井提升安全制动时钢丝绳的动力计算 4 ． 1 提升容 器以速度 下放 至某一位 置时。 容 器 被卡住造成松 绳， 安全制动后 又 自行脱落 ， 在重力作 用下加速下滑使钢丝绳受到冲击 1 松绳长度 h的计算 被卡瞬间钢丝绳上端立刻开始制动 ， 且安全制 动后容器又 自行脱卡坠下 ， 则有 ，2 h 5 2 钢丝绳所承受的最大静拉力计算 如图 1 所示 ， 不计钢丝绳的重力和运动阻力， 钢 丝绳的最大静拉力等于容器的下滑力 ， 即 Fg Q 0 s i n 0 一 c o s 0 6 容器 的运动阻力系数 ， 取 0 ． 0 1 0～ 0． 0i 5。 ’ 日 e 图 1 斜井提升钢丝绳计算示意 图 3 运动和动力分析 容器被卡松绳而实施安全制动 即绳 的上端被 固定 后 ， 容器 自行脱卡在重力作用下加速下滑。当 下滑的距离等于松绳长度 h时， 钢丝绳对容器开始 产生反作用力 F ， 。以后的运动和动力分析与立井 容器下降被卡住又脱落情况完全相同。 4 钢丝绳所受冲击力 的计算公式推导 F d 的计算公式推导方法 、 过程和立井提升容器 下降时完全相同， 公式仍然适用， 只是 F值要用式 7 的计算结果。钢丝绳 的计算长度 为松绳长度 h加绞车滚筒至容器被卡处的距离。 5 允许松绳长度 [ h ] 的计算 将式 7 代入式 3 求得 △i ， 确定动荷安全系数 m ， 再将 A； 、 m 代入式 5 即可 。 求得[ h ] 后就可以进一步计算需要的制动减速 度和制动时间。 4． 2 提 升容器以速度 上升至某一位 置时。 因故 绞车突然安全制动 ， 钢丝绳所受冲击力的计算 1 运动和动力分析 绞车制动后， 容器靠惯性 即动能 继续上升而 造成松绳， 停止后又在重力作用下加速下滑 ， 下滑的 距离等于松绳长度 h后 ， 钢丝绳开始产生反作用力 。以后的运动和动力分析与容器 下放被卡住又 脱落情况完全相同。 2 制动后容器靠惯性上升的距离 即松绳长 度 h的计算 忽略钢丝绳 的自重和运动阻力，绞车制动时容 器上升的距离 ’ L 一 一 ／1 、 “ 一2 g s i n 0 c 0 8 0 3 钢丝绳的静荷伸长 △i 的计算 计算方法同立井提升容器下降时的计算方法， 即用式 3 来计算。 ‘ 一 7一 维普资讯 第 2 8卷第 2期 2 O 0 7年 2月 煤矿机 Co a l Mi n e Ma c Vo 【 ． 2 8 N o． 2 F e b．20 07 液压支架总体设计分析 房虎林 。曹连 民 1 ． 山东天晟煤矿装备有限公司，山东 淄博 2 5 5 1 2 9 ；2 ． 山东科技大学，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘要 主要介绍了一种适合煤层厚度 3 ． 5 ～8 m， 煤层倾 角 8 。 的支撑掩护式液压支架的总体 设计方法， 包括架型选择、 基本参数确定、 四连杆机构设计、 整体受力分析和立柱参数确定等设计步 骤 。 ． 关键词 煤层 ；支撑掩护式；液压支架 中图分类号 T D 3 5 5 文献标志码 A文章编号 l 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 7 0 2 ． 0 0 0 8 - 0 3 S y s t e m De s i g n An a l y s i s o f Hy d r a u l i c Pr e s s u r e S u p p o r t F ANG Hul 血 I 。CAO L i a ni l l 2 【 1 ． S h a n d o n gT i a n s h e n gC o m p a n y L i m i t e d o f C o a l Mi n e E p n t ， Z i b o 255 1 2 9 ， C h i n a ； 2 ． S h a n d o n g U n i v e r s i t y of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y - Q i n g d 2 6 6 5 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ma i a y i n t r o d u c e s o n e k i n d s y s t e m d e s i g n me t h o d o f the s u p po r t a n d s hi e l d t y p e h y d r a u l i c p r e s s u r e s u p p o r t f o r the c o a l b e d o f t h i c k n e s s 3． 5 8 me t e r s ，i n c l i n a t i o n a ngl e 8 d e g r e e s ，i n c l u d i n g the d e s i gn p r o c e d u r e s o f the c h o i c e o f h y d rau l i c p r e s s u r e s u p po rt t y p e s ，the b a s i c p mmn e t e r d e t e r m i n a t i o n，the d e s i gn of f o u r h n k mo t i o n g e a r ，the o v e r a l l s t ress a n a l y s i s o f h y d r a uli c p res s u r e s u p po rt a n d the c o l u mn p a r a me t e r d e t e r mi n a t i o n an d S O o n． Ke y wo r d s c o a l b e d； s u p po rt an d s h i e l d t y p e； h y d r a u l i c p r e s s u r e s u p po rt 0 前言 液压支架是综合机械化采煤装备的关键设备， 其功用是有效地支撑和控制工作面顶板 ， 保证工 人 操作和机器运转所必须 的安全工作空间；随着工作 若考虑钢丝绳的 自重和运动阻力 ， 则 Fg Q 0 s i n 0 C O S 0 g q l l s i n 0 C OS 0 8 式 中 Z ， 绞车滚筒到容器的距离 以安全制 动 时的位置计算 ， m； 钢丝绳的运动阻力 系数 ， 取 0 ． 1 5 ～ 0． 2 0。 4 允许松绳长度[ h ] 的计算 将 由式 9 算得的 F值 、 由式 3 算得的 值及选 定的动荷安全系数 m 代人式 5 即可求得[ ] 值。 5 正常加速 、 减速提升时钢丝绳的动力计算 1 假设条件 ①将容器和钢丝绳都视为质点。 ②忽略立井提升时的运动阻力。 2 立井加速提升 F 1 g Q 。 q 1 。 Q 。 q t 1 a F 9 3 立井减速下放 和加速提升推导方法相同 F I 1 F 1 0 4 斜井加速提升 F d g Q 0 s i n C OS 0 g q l s i n 0 C O S a Q 0 q 1 Fa Q 0 q 1 1 1 5 斜井减速下放 F a g Q 0 s i n 0一 c o s 0 g q l s i n 0一 C OS 0 J Q 0 q 1 F J Q 0 q 1 1 2 参考文献 ‘ [ 1 ] 弗 ． 符 ． 弗洛林斯 基 ． 矿井提升钢绳 动力学 [ M J ． 杨福 新， 译 ． 北京 煤 炭工业 出版社 ， 1 9 5 7 ． [ 2 ] 中国矿业学 院 ． 矿井提升设备 [ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 8 0 ． [ 3 ] 孙训方， 方孝淑， 关来泰． 材料力学[ M ] ． 北京 人民教育出版社。 1 9 7 9． [ 4 ] 华东水利学院工程力学教研组 ． 理论力学 [ M] ． 北京 人民教育 出 版社 ， 1 979 ． [ 5 ] 国家安 全生产 监督管理局 ， 国家煤矿 安全监察 局 ． 煤矿 安全规程 [ S ] ． 北京 煤炭工 业出版社 ． 2 O 0 4． 作者简介 解启栋 1 9 6 4一 ， 山西万荣 人， 1 9 8 5年毕业于太原工 业大学， 学士学位， 高级工程师， 山西省煤矿节能监测中心副主任兼 主任 I 程 师， 现从事煤矿设备的节能监测和安全技术性能检测工作 ， 已发表论文6 篇， 电话 0 3 5 l 一 4 3 7 1 l o 4 ， 电子信箱 x i e q i d o n g s x m k j c ． c o i n 或 i e q i d 0 | lg ． s x mk t 6 3 ． c o in ． 维普资讯