斜井提升用钢丝绳的选择方法.pdf

2 0 0 5 年第2 期煤矿机电 斜井提升用钢丝绳的选择方法 张德英， 李广宇， 向 卫国 鞍钢集团钢绳厂， 辽宁 鞍山 1 1 4 0 4 2 摘要 介绍适用于斜井提升的4 种结构钢丝绳， 并介绍了 钢丝绳公称抗拉强度、 直径、 捻法及用 途的选择。 关键词 斜井; 提升钢丝绳; 选择 中图分类号 T D 5 3 2文献标识码 B文章编号 1 0 0 1 - 0 8 7 4 2 0 0 5 0 2 - 0 0 6 9 - 0 3 T h e C h o ic e o f S t e e l 一 w i r e R o p e s f o r I n c l in e d S h a ft H o is t i n g MA N G D e - y i n g , L I G u a n g - y u ， X I A N G W e i - g u o A n s h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n ， A n s h a n 1 1 4 0 4 2 ， C h i n a 钢丝绳选择适当， 使用合理， 是保证钢丝绳使用 寿命的前提。选择正确， 则安全、 耐用， 反之使用寿 命短， 甚至会出现重大事故。笔者曾遇到过这样的 事例 某矿斜井提升用钢丝绳， 因选用不当， 结果仅 使用3 2 d 就引起绳断、 人亡的事故。 现根据本人多年来工作经验， 就如何合理地选 用钢丝绳， 从以下几方面予以介绍。 1 结构选择[[ 1 7 斜井提升用钢丝绳， 正常情况下磨损是钢丝绳 报废的主要原因， 那么何种钢丝绳耐磨呢 。 1 三角股钢丝绳 三角股钢丝绳是由6 个具有一定螺旋状的等边 三角形股围绕绳芯紧密扣合而成。在G B / T 8 9 1 8 - 1 9 9 6 钢丝绳分类表中列出了3 类7 个典型结构。 其中6 V x 1 8 适用于斜井提升， 它的股外层钢丝由9 根组成。由于股中钢丝数量少， 钢丝直径相对较粗， 使用时其耐磨性、 寿命远远高于普通圆股钢丝绳。 与普通圆股点接触钢绳相比， 它具有以下优点 ①接触面积大， 耐磨性能好; ② 因股与股之间接触 点增多， 因而抗压性能好; ③ 总破断拉力可提高 2 0 - 2 5 ; ④制造时由于预先形成螺距， 采用了 预变形和强有力的矫直定径装置， 消除了捻制残余 应力， 因而结构稳定， 使用时不易断丝， 且换绳操作 方便。 2 面接触钢丝绳 从钢丝绳股内各层钢丝之间的接触状态来看， 当前国内外的发展趋势是点。线。面。即逐步淘汰 使用寿命低的点接触钢丝绳， 而由线接触钢丝绳以 及面接触钢丝绳所替代。在国内， 鞍钢、 石嘴山、 湘 钢等厂已先后研制生产了面接触钢丝绳。从钢丝绳 使用寿命来看， 点、 线、 面接触的三种类型， 后者依次 比前者提高5 0 以上。面接触钢丝绳品种在 G B / T 1 6 2 6 9 中已列出4 种结构。 与普通圆股钢丝绳相比， 面接触圆股钢丝绳具 有以下优点 ①耐磨性好， 钢丝表面平滑， 与绳轮之 间的接触面积大， 单位压力小， 可减少绳轮磨损; ② 耐疲劳性能好， 钢丝之间呈面状接触， 接触应力小， 不易断丝; ③破断拉力高， 如 6 x 7 纤维芯钢丝绳， 其金属充填率高， 破断拉力可提高4 一 9 .; ④ 不 松散性能好。由于绳股采用塑性压缩， 合绳时又采 用预变形和后变形， 捻制应力大部分被消除， 安装、 使用也方便。 面接触钢丝绳用于斜井提升， 当首选股中钢丝 数少、 钢丝直径粗的6 T x 7 结构。鞍钢生产的这种 产品， 经用户多年使用， 结果表明使用寿命比 点接触 钢丝绳提高5 0 一 1 0 0 。 3 线接触圆股钢丝绳 线接触圆股钢丝绳的圆股内不仅同层钢丝之间 为线状接触， 而且相邻层钢丝之间也是线状接触。 线接触圆股钢丝绳品种很多， G B / T 8 9 1 8 - 1 9 中仅 6 股绳就有3 类 1 3 个结构。适于斜井提升用的钢 万方数据 煤矿机电2 0 0 5 年第2 期 丝绳现推荐两种结构， 一种是6 x 9 W， 另一种是6 x 7 。 1 6 x 9 W钢丝绳 6 x 9 W结构， 股中心丝由3 根组成， 外层相间 排列粗细各3 根钢丝， 粗丝位于内层丝凹处， 细丝位 于内层丝的凸处。与点接触钢丝绳相比， 具有以下 优点 ① 绳股结构较点接触紧密， 在使用时可减少 股内钢丝的相对滑动。因股内钢丝的捻距相等， 故 其内 层的捻角较小， 因而钢绳的结构伸长较小; ② 绳股内 相邻层钢丝在全长上呈线接触状态， 接触面 积大， 因而在使用时股内钢丝所受的接触应力小; ③ 钢丝绳的密度系数高， 因而在相同强度和直径的情 况下， 承受载荷高8 一 1 0 。 2 6 x 7 钢丝绳 6 x 7 钢丝绳， 是股中心丝外包捻一层钢丝， 属 于丝数少的线接触钢丝绳， 但一般都把它当点接触 钢丝绳看待。 直径相同的钢丝绳， 股中 钢丝数少， 钢丝直径相 对较粗， 耐磨性也相应好一些， 这种结构的钢丝绳当 首选6 x 7 , 现在多数煤矿斜井提升使用的钢丝绳， 由于6 x 7 结构股中钢丝直径粗， 耐磨性好， 而且方便生 产， 价格便宜， 仍在普遍使用。 图1 钢丝绳计算示意 装载点 g Q o s in o Q o c o s “ g Uo 图2 斜井提升钢丝绳计算示图 图2 是斜井提升系统， 其最大静拉力应考虑倾 角及阻力的影响。在天轮切点 A处钢丝绳的最大 静拉力为 Q ; g Q o s i n g f c o s o g M , s i n o f Z c o s o [ 3 」 2 抗拉强度的选择 钢丝绳的公称抗拉强度， 按G B / T 8 9 1 8 的规定， 从1 4 7 0 M P a 到1 8 7 0 M P a 共列出5 个强度级， 级差 1 0 0 M P a 。 选择强度高的 钢丝绳， 使用中的 安全系数 高。 但强度高， 其弯曲、 扭转值相应地要低些， 会影 响使用寿命。钢丝绳的强度选择要依据计算来确 定。 按 煤矿安全规程 的规定 应根据钢丝绳在使 用中所承受的最大静拉力和钢丝绳内钢丝破断拉力 总和来计算。 Q ; 式中 Q ; 一最 大静拉 力， N ; 「 1 ] 式中 M ,,一装载点与天轮切点间钢丝绳重量， k g ; o - ， 轨道倾角; 关 一提升容器运动的阻力系数沂 二 0 . 0 1 - 0 . 0 1 5 ; 人 一钢丝绳与底板和托辊间摩擦系数， 钢丝绳 全部支承在托辊上时取人 0 . 1 5 一 0 . 2 0 ， 局部支承 在 托 辊 上 时 取 人二 0 . 2 5 一 。 ， 4 0 0 需要提醒的是 煤矿安全规程 中的安全系数 是按钢丝破断拉力总和进行计算的， 与G B / T 8 9 1 8 , G B / T 1 6 2 6 9 是有很大区别的， 因此计算出钢丝绳提 升的最大静拉力以后， 还要按相应标准查表并按钢 丝绳最小破断拉力与钢丝绳内钢丝破断拉力总和的 换算系数进行换算， 确定钢丝绳的公称抗拉强度。 F 、 一钢丝绳内 钢丝破断拉力总和， N; m 一安全系数。 最 大 静 拉 力Q j 不 仅包括 绳端荷 重Q O ， 而 且包 括钢丝绳的自 身重量M L 。图1 是立井提升系统在 天轮切点A处钢丝绳承受的最大静拉力为 Q j M L Q o g [ 2 ] 式中 g 一重力加速度， m / s 2 0 3 钢丝绳直径的选择 1 钢丝绳直径 确定钢丝绳的结构和公称抗拉强度后， 可查表 初步确定钢丝绳的直径。并按【 1 」 式校核钢丝绳的 安全系数， 还应校核提升卷筒的最小直径同钢丝绳 直径之比， 以及与钢丝绳中最粗的钢丝直径之比， 这 万方数据 2 0 0 5 年第2 期煤矿机电 71 两个比 值必须满足 煤矿安全规程 中的规定。以 上条件均满足了， 钢丝绳的直径即可确定。 2 计算公式 矿用钢丝绳基础知识和钢丝绳标准培训教 材 中 列出的钢丝绳直径计算公式为 立井 d Q o k ‘ k R 一 竺 一 一 - - 一 一 一 一 一 上 一 一k L 9 .m [ 4 ] 斜井 d Q o s i n g f c o s O 磨损比较均匀。交互捻钢丝绳外层钢丝不是均匀磨 损， 局部磨损严重， 断丝的机率大， 使用寿命短。 同向捻的钢丝绳， 由于股内钢丝的扭转力矩与钢 丝绳的扭转力矩方向相同， 在制造时不可能彻底消 除， 因而在立井中 使用， 若终端是自由端时容易引起 旋转， 在斜井提升中终端虽不能自由 旋转， 但在使用 中 若稍不注意容易使钢丝绳扭结， 不安全。交互捻钢 丝绳， 由 于股内 钢丝的 扭转力矩与钢丝绳的扭转力矩 方向相反， 不易产生旋转、 扭结等不安全因素。 这两种钢丝绳在煤矿中均有使用， 但使用同向 捻的钢丝绳要远多于交互捻的钢丝绳。 k h k ， R o 9 .m [ 5 ] 一 k L s i n o 人 c o s o 式中 k h 一破断拉力换算系数; k ‘一最小破断拉力系数; R 。 一公称抗拉强度， M P a ; L 一钢丝绳长度， m ; k -钢丝绳重量系数， k 留l o o m m m 2m m o 确定了钢丝绳的结构和公称抗拉强度后， 在 G B / T 8 9 1 8 , G B / T l 6 2 6 9中查找k h , k , k 3 个系数， 代 人公式， 就可求出提升用钢丝绳的直径， 并进行校 核。 4 捻法的选择 钢丝绳的捻法分为4种， 即左同向捻、 右同向 捻、 左交互捻、 右交互捻。 同向捻的钢丝绳在使用中外层钢丝曲率与滑轮 槽的曲率较吻合， 接触面大， 在与托辊等接触中钢丝 5 用途的选择 G B / T 8 9 1 8 - 1 9 9 6 中 规定 钢丝绳按用途分为一 般用途和重要用途。重要用途钢丝绳与一般用途钢 丝绳相比， 拆股钢丝的弯曲次数高2 次左右; 扭转次 数高2 0 左右。 重要用途钢丝绳适用于矿井提升、 大型浇铸、 石 油钻井、 吊装起重、 索道承重、 缆车运行等用途。一 般用途钢丝绳适用于机械建筑、 林业、 矿业、 船舶、 渔 业等行业的牵拉、 捆绑等用途。 矿井提升用钢丝绳作为一种重要用途的钢丝 绳， 在选型时必须科学和慎重。 参考文献 [ 1 」 沈奥主编. 钢丝绳生产【 M ] . 北京 中国 言实出版社， 1 9 9 6 作 者 简 介 张德英 1 9 5 0 一 ， 女， 高级工 程师 。 现 在鞍 钢集团 钢绳 厂技术质量部工作。 收稿日 期 2 0 0 4 - 0 2 - 2 6 ; 责任编辑 陈锡强 上接第6 8 页 4 一点看法 笔者对 煤矿安全规程 4 0 3 条提升机主绳使用 年限为2 a 、 平衡钢丝绳为4a 的定期更换的条文有 一点想法 ①对产量不高、 运行次数较少的提升机或 建井初期的主绳， 延长使用 l a 仍是一种浪费; ②对 提升频繁或年产量超设计水平的矿井， 若按规定定 期更换显得不安全。例如， 兴隆庄煤矿建井初期3 a 的提升量还不足现在产量的1 / 2现产量为7 0 0 万 t ， 当时提升钢丝绳外观仍较完好， 并无明显磨损， 但使用了2a 就被定期更换， 而尾绳 平衡钢丝绳 因磨损严重使用最短期仅半年就更换了。而如今， 在提升量 年提升量7 0 0 万t 已超过设计2 . 3 倍情 况下， 提升钢丝绳的实际使用期为1 . 5 a ， 最长使用 2 0 个月， 如果目 前使用状况被认可的话， 那么， 建议 对提升机钢丝绳、 平衡钢丝绳的使用可否依提升产 量和运行次数、 安全服务年限进行管理， 这样， 可使 钢丝绳在伸展长度， 锈蚀、 直径减小和断丝不超过 煤矿安全规程 规定和确保安全的情况下适当调 整主、 尾绳的使用期限。 参考文献 [ 1 ] 沈奥. 钢丝绳生产【 M ] . 北京 中国言实出版社， 1 9 6 6 作 者 简介 王勇 1 9 8 0 - , 男， 助理工程师 。毕业于山 东大学土木工 程系， 现在充矿集团公司设计院工作。 收稿日 期 2 0 0 4 - 1 0 - 2 7 ; 责任编辑 陈锡强 万方数据