矿井运输与提升(第02章 提升钢丝绳)

在矿井提升中，根据用途不同有提升钢丝绳(主绳)，平衡钢丝绳(尾绳)，罐道钢丝绳，防撞钢丝绳，防坠器的制动钢丝绳和缓冲钢丝绳等。本章重点介绍提升钢丝绳．讲述提升钢丝绳的结构和选择计算，特别要注意《煤矿安规程》对提升钢丝绳安全系数的规定。第二章提升钢丝绳第二章提升钢丝绳提升钢丝绳是矿井提升设备的一个重要组成部分，提升钢丝绳选择是否合理是关系到提升设备安全可靠性和经济性的重要环节，应引起足够的重视。第一节提升钢丝绳的结构、分类和选择使用一、提升钢丝绳的结构矿用提升钢丝绳都是丝→股→绳结构，即先由钢丝捻成绳股．再由绳股捻成绳，提升钢丝绳各部分名称如图所示。直径从0.4～4mm不等,常用钢丝的抗拉强度：1550N/mm2和1700N/mm2一、结构：第一节钢丝绳的结构、分类及选用2.钢丝的韧性：有特号、Ⅰ号、Ⅱ号三种。提物可用特号和Ⅰ号，提人必须用特号。3.抗腐能力：有镀锌钢丝(钢丝表面镀锌)和光面钢丝(钢丝表面未镀锌)。4.绳芯的结构和作用：1）结构：钢丝捻成绳股时，有股芯，股芯由不同截面形状的钢丝组成，在由股捻制成绳时要有绳芯，绳芯由金属绳芯和纤维绳芯，金属绳芯由钢丝制成，纤维绳芯由创麻、黄麻等制成。2）作用：•a支持绳股，保持钢丝绳的截面形状，减少钢丝的挤压和变形，减少绳段间钢丝的接触应力。•b绳芯富于弹性，在钢丝绳弯曲时，允许绳段间和钢丝间有相对移动，以缓和弯曲应力，使钢丝富有韧性。•c贮存润滑油，预防钢丝内部锈蚀，减少钢丝间的摩擦。戈培油。二、提升钢丝绳的分类图2-2所示为各种不同类型的钢丝绳.。分类：1.按钢丝在绳中的捻次分：一次捻（单捻），丝→二次捻（双捻），丝→股→绳，三次捻（三捻），丝→股→细绳→粗绳，桥梁钢索2.按股在绳中的捻向分：左捻（S捻）右捻（Z捻）3.按丝在股中和股在绳中的捻向关系分：交互捻同向捻。(1)依绳股在绳中的捻向来分，有：左捻钢丝绳,即股在绳中以左螺旋方向捻绕；右捻钢丝绳，即股在绳中以右螺旋方向捻绕。(2)依钢丝在股中和股在绳中捻向的关系分，有：同向捻(顺捻)钢丝绳，即股和绳的捻制方向相同；交叉捻(逆捻)钢丝绳，即股和绳的捻制方向相反。习惯上又把以上两种分类方法结合起来，分为右同向捻、左同向捻、右交叉捻、左交叉捻四种。(3)依钢丝在股中的接触情况分，钢丝在绳股中的接触形式有点接触、线接触和面接触三种。点接触式钢丝绳，股中内外层钢丝以等捻角不等捻距(跨越捻)来捻制，一般以相同直径的钢丝来制造，钢丝间呈点接触状态，如图2-3(a)所示。线接触式钢丝绳，股中内外层钢丝以等捻距不等捻角(等距离)来捻制，一般以不同直径的钢丝来制造，线间呈线接触状态，如图2-3(b)所示。面接触式钢丝绳：为了改善丝间的接触状态，将线接触式钢丝绳的绳股经特殊碾压加工，使钢丝产生塑性变形，形成钢丝间呈面接触状态，然后再捻制成绳，称为面接触式钢丝绳，所有线接触钢丝绳均可制成面接触式钢丝绳。图2－3绳股中钢丝接触情况(4)依绳股断面形状分，有：圆股绳(如图2-4(a)～(g))、异形绳如图2-4(h)等。(5)特种钢丝绳多层股不旋转钢丝绳，如图2-2(c)所示。这种绳由二层或三层绳股捻成，各层捻向相反，因而克服了钢丝绳的旋转性，适用于作凿井提升绳或生产矿井提升尾绳。密封钢丝绳和半密封钢丝绳，如图2-2(e)，(f)所示。这种绳属于单股结构，最外一层是用异形钢丝彼此互相锁住，它的特点是密实、表面光滑、耐磨和耐腐蚀性好、不旋转、弹性伸长小，但挠性差、制造技术复杂，适用于作罐道绳。三、提升钢丝绳选择使用选择原则是：绳的捻向与绳在卷筒上的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕，故应选右捻绳，目的是防止钢丝绳松捻；多绳摩擦提升为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损，一般选左、右捻各一半。还应考虑如下因素：(1)在井筒淋水大，水的酸碱度较高且处于出风井中的提升钢丝绳，因腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；(2)以磨损为主要损坏原因时，如斜井提升，采区上、下山运输等，应选用外层钢丝较粗的钢丝绳。如6×7，6×(19)或三角股等；(3)以弯曲疲劳为主要损坏原因时，应优先选用线接触式或三角股钢丝绳，如6T(25)；6W(19)等；(4)用于高温和有明火的地方，如煤矿矸石山等，应选用金属绳芯钢丝绳。第二节提升钢丝绳的选择计算我国是按《煤矿安全规程》的规定来设计的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数来进行计算。安全系数是指钢丝绳钢丝拉断力的总和与钢丝绳的计算静拉力之比。但是应当注意，安全系数并不代表钢丝绳真正具有的强度储备，只不过表示经过实践证明在此条件下钢丝绳可以安全运行。示意图中Hc——钢丝绳悬垂长度，mHc=Hj+HS+HZHj——井架高度，箕斗提升：Hj=30-35m；罐笼提升：Hj=15-25m；HS——矿井深度，m；HZ——装载高度，箕斗提升：HZ=18-25m；罐笼提升：HZ=0一、单绳缠绕式提升钢丝绳计算(主井，无尾绳)HcHjHsHzA由立井单绳缠绕式提升系统示意图可以看出，钢丝绳最大静载荷位于A点，当重容器位于井底装载位置时，有Qmax式中：QZ——容器自重，kgHc——钢丝绳悬垂长度，mQ——一次提升量，kgp——钢丝绳每米重力，N/m；czHpgQgQQmax(2-1)钢丝绳的破断力应该是钢丝绳的抗拉强度B(N/cm2)乘以钢丝绳断面积之和S0(cm2)，根据《煤矿安全规程》的规定：S0和p′之间的关系:p′=1000S0N/m，0——平均比重,近似取0=0.09N/cm3，0=，——钢的比重，=0078N/cm3。(2-3)aczBmHpgQgQS0计算出钢丝绳每米重力p′后，可以从钢丝绳规格表中选每米重力稍大于p′的钢丝绳，并查出其全部钢丝的拉断力之和Qd验算是否满足安全系数要求(由于p变大，0不一定是0.09N/cm3)。mNHmgQgQpcaBz0100(2-4)将S0=p′/1000代入(2-3)式，得：验算公式：aczdamHpgQQnQm11Qd——钢丝破断拉力总和，N；查钢丝绳规格表。如安全系数不满足，则要重选稍大的钢丝绳或高一级强度的钢丝绳。(2-5)h0——容器卸载位置到天轮中心线位置,mh1——卸载高度,mHj——井架高度,m；H——提升高度,mH0——尾绳最大悬垂长度，H0=Hh+Hz+Hs+Hxm,Hh——尾绳环高度,m,Hh=Hg+1.5S；Hg——尾绳环高度S——两容器的中心距二、多绳摩擦提升钢丝绳计算HsHcHxHzHhH0Hjh0HAS多绳摩擦提升主绳为n1根，钢丝绳每米重力为p(N/m)，每根绳承受终端载荷(Q+Qz)/n1为了满足防滑要求，多绳摩擦提升有n2根尾绳，尾绳的每米重力为qN/m。根据主绳与尾绳每米重力的不同，分等重尾绳n1p=n2q，重尾绳n1pn2q，轻尾绳n1pn2q，一般情况下采用等重尾绳，重尾绳也有应用，轻尾绳几乎没有使用的。验算公式：等重尾绳计算公式：mNHmgQQnpcaBz11.011czdaHpgQQnQm11重尾绳(=n2q-n1p)NHnpnphgQQnQz01101max1验算公式：czdaHpHgQgQnQm011三、斜井提升钢丝绳的计算特点三、斜井提升钢丝绳的计算：L图2-7所示为斜井提升钢丝绳计算示意图对于斜井提升钢丝绳的计算，只要考虑到井筒的倾角以及容器和钢丝绳沿斜井运行的阻力，其他与单绳立井提升钢丝绳计算相同。最大静载荷，NgQQQzcossin1maxmNLmgQQpaBzcossin11.0cossin21计算公式1——容器运行阻力系数，可取1=0.01～0.015验算公式：2——钢丝绳运行阻力系数。钢丝绳全部支承在地滚上，取2=0.15～0.20；钢丝绳局部支承在地滚上，取2=0.25～0.40；钢丝绳全部支承在底板或枕木上拖动时，取2=0.4～0.6；cossincossin21LpgQQQmzda第三节提升钢丝绳的维护和试验一、《煤矿安全规程》对提升钢丝绳运转维护的要求：(1)必须符合规定的绳轮直径和绳径比；(2)绳槽直径要符合要求；(3)缠绕式提升机用钢丝绳必须定期涂油润滑，润滑油要符合钢丝绳制造厂提出的要求：摩擦提升用钢丝绳只能涂专用的钢丝绳油(戈培油)；(4)严禁用布条之类的东西捆在钢丝绳上作提升深度指示标记，以防该处的钢丝绳得不到良好的润滑而发生腐蚀断丝；(5)钢丝绳的运送、存放和悬挂都应严格按要求去做；(6)对提升钢丝绳必须每天以O.3m/s的速度进行认真检查，并记录断丝情况，有关断丝和钢丝绳断面缩小的极限要求可见《煤矿安全规程》有关规定；(7)钢丝绳遭受卡罐或突然停车等猛烈拉伸时，必须立即停车检查，遭受冲击拉伸的一段如果长度增加0.5％以上或有明显损伤，要更换新绳；(8)多层缠绕时，由下层转到上层的一段绳由于磨损严重，必须加强检查，并且每季度要错绳四分之一圈。二、钢丝绳的定期试验《煤矿安全规程》还规定钢丝绳必须定期切下一段进行试验，以验证使用中的钢丝绳性能是否符合要求。(1)新绳在使用之前均须进行实验；(2)除摩擦式提升用钢丝绳和尾绳以及倾角30度以下的斜井专门用来升降物料的钢丝绳外，提升钢丝绳在使用过程中必须定期切下一段做试验。升降人员或升降人员和物料的钢丝绳自悬挂之日起每6个月试验一次；专为升降物料的钢丝绳自悬挂之日起一年后进行第一次试验，以后每6个月试验一次。