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時(shí)間：2024-05-05 11:13:05 點(diǎn)擊數(shù)：
導(dǎo)讀
摩擦式提升機(jī)的提升鋼絲繩在運(yùn)行中承受各種應(yīng)力以及沖擊載荷的綜合作用。分析了影響提升鋼絲繩使用壽命的各種因素，結(jié)合礦井提升基礎(chǔ)理論及國(guó)內(nèi)典型礦山摩擦式提升機(jī)提升鋼絲繩的使用情況，從多個(gè)方面提出了延長(zhǎng)提升鋼絲繩使用壽命的措施，對(duì)于新建或在用礦山有一定的參考或借鑒意義。
摩擦式提升機(jī)因提升能力強(qiáng)、提升高度高、提升速度快、電動(dòng)機(jī)功率消耗低、使用安全可靠等優(yōu)勢(shì)，在地下礦山開(kāi)采中的應(yīng)用越來(lái)越多。摩擦式提升機(jī)依靠提升鋼絲繩與摩擦輪襯墊間的摩擦力帶動(dòng)提升容器在井筒中運(yùn)行。鋼絲繩在運(yùn)行中承受拉伸應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力，以及各種沖擊載荷的綜合作用，同時(shí)受到井筒中淋水、潮氣的影響，使鋼絲繩產(chǎn)生斷絲、縮徑、銹蝕等損傷。當(dāng)損傷超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，就需要報(bào)廢或更換。提升鋼絲繩的使用壽命受多種因素的影響，需要綜合考慮礦井提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及使用過(guò)程中的維護(hù)保養(yǎng)等方面的因素，以改善鋼絲繩的作業(yè)條件和受力狀況，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。
1 影響提升鋼絲繩使用壽命的因素
1.1 礦井提升高度
結(jié)合國(guó)內(nèi)外大量摩擦式提升機(jī)的使用情況來(lái)看，深井提升鋼絲繩的使用壽命普遍比淺井的壽命要短，究其原因有：① 隨著井深的增加，提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力越大，扭轉(zhuǎn)疲勞增加了鋼絲繩的斷絲概率；②隨著井深的增加，提升鋼絲繩終端負(fù)載變化率(應(yīng)力幅)逐漸加大，促使鋼絲繩的疲勞破壞加速。張小樓煤礦、冬瓜山銅礦主井的提升高度分別為 1 039.6、1 094.0 m，應(yīng)力幅分別達(dá)到了 10.02%、11.08%，接近于文獻(xiàn)[1]中提出的ji限值 11.5%，是導(dǎo)致這兩座礦山的主井提升鋼絲繩使用壽命較短的原因之一，只有6 個(gè)月左右。
1.2 D/d比
D/d 比即摩擦輪與鋼絲繩的直徑比。《煤礦安全規(guī)程》第四百一十九條規(guī)定：落地式摩擦提升裝置的摩擦輪及天輪，圍抱角大于 180°的摩擦式提升裝置的摩擦輪，其zui小直徑與提升鋼絲繩直徑之比，井上安裝時(shí)不小于 90，井下安裝時(shí)不小于 80；摩擦式提升裝置的導(dǎo)向輪的zui小直徑與鋼絲繩直徑之比，不小于 80。《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.5.1 條款也做了類(lèi)似規(guī)定。同等情況下，D/d 比值越大，提升鋼絲繩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力越小，對(duì)提升鋼絲繩越有利；但繩徑比越大，提升機(jī)規(guī)格越大，設(shè)備造價(jià)越高，因此需要綜合分析，合理確定。
1.3 摩擦輪和導(dǎo)向輪中 心高
提升鋼絲繩經(jīng)過(guò)摩擦輪和導(dǎo)向輪(天輪)時(shí)，要不斷地承受正向和反向彎曲應(yīng)力的作用。尤其是井塔上安裝有導(dǎo)向輪的摩擦式提升機(jī)，如果摩擦輪與導(dǎo)向輪間的中 心高相差較小而提升速度偏大時(shí)，提升鋼絲繩的彎曲應(yīng)力來(lái)不及釋放，容易造成提升鋼絲繩的疲勞斷絲。冬瓜山銅礦摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的中 心高差為 6 m，提升速度為 12 m/s，提升鋼絲繩使用壽命僅有 6 個(gè)月左右。張小樓煤礦摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的中 心高差為 5 m，當(dāng)提升速度為 10 m/s 時(shí)，提升鋼絲繩的使用壽命為半年；當(dāng)提升速度為 12 m/s 時(shí)，鋼絲繩壽命縮短為 3 個(gè)月。唐口煤礦提升高度為 1 050 m，提升速度為 12.36 m/s，與張小樓煤礦和冬瓜山銅礦采用相同的三角股鋼絲繩，但因其采用落地式摩擦提升機(jī)，摩擦輪和天輪之間距離較大，提升鋼絲繩承受的正向和反向彎曲應(yīng)力得到了較充分的釋放，提升鋼絲繩使用壽命接近 2年。
1.4 提升鋼絲繩選型
提升鋼絲繩的選型是否合理，對(duì)其使用壽命有著直接的影響。提升鋼絲繩的選型主要包括以下內(nèi)容。
(1)鋼絲繩表面狀態(tài) 如是否涂增摩脂、鍍鋅等。
(2)鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式 如股數(shù)、繩股中鋼絲間接觸形式、外層鋼絲直徑，是否為密封繩或壓實(shí)股繩等。對(duì)于提升鋼絲繩磨損比較嚴(yán)重的礦井，若選用提升鋼絲繩繩股外層鋼絲直徑較細(xì)時(shí)，則容易因磨損引發(fā)斷絲，使鋼絲繩過(guò)早受損；當(dāng)選用點(diǎn)接觸鋼絲繩時(shí)，會(huì)由于繩股中鋼絲間、股間較大的接觸應(yīng)力引起鋼絲繩斷絲。
(3)鋼絲繩捻向 深井提升時(shí)，若采用同向捻鋼絲繩，會(huì)因鋼絲繩在井筒中比較劇烈的旋轉(zhuǎn)引起繩股中鋼絲疲勞斷絲。
(4)鋼絲繩強(qiáng)度等級(jí) 鋼絲繩抗拉強(qiáng)度等級(jí)越高，其鋼絲韌性就越差，抗彎曲疲勞的能力相應(yīng)有所降低，會(huì)直接影響提升鋼絲繩的使用壽命。
1.5 運(yùn)行時(shí)的沖擊載荷及彈性振動(dòng)
提升鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中，要承受啟動(dòng)加速、制動(dòng)減速、裝卸載以及發(fā)生過(guò)卷、卡罐、托罐、操作失誤等情況時(shí)產(chǎn)生的沖擊載荷及彈性振動(dòng)。提升機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)，如果啟動(dòng)加速度從零突然上升到zui大，啟動(dòng)沖擊值(啟動(dòng)加速度變化率)就會(huì)很大，在提升鋼絲繩中造成很大的動(dòng)張力。尤其是采用恒力矩制動(dòng)的提升系統(tǒng)，在重載提升、空載運(yùn)行、重載下放等不同的工況下，制動(dòng)減速度的變化范圍較大，提升系統(tǒng)相應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊載荷，加劇提升鋼絲繩的疲勞損傷。
1.6 鋼絲繩的制造質(zhì)量
鋼絲繩制造使用的原材料的質(zhì)量等級(jí)，拉絲、表面處理、捻股、合股等制造設(shè)備以及制造工藝均會(huì)影響提升鋼絲繩的質(zhì)量。若提升鋼絲繩制造質(zhì)量較差，就會(huì)過(guò)早地產(chǎn)生斷絲損傷，直接影響其使用壽命。
1.7 安裝及使用維護(hù)方面的影響
提升鋼絲繩在安裝或更換時(shí)，新繩與尖銳物體相碰或新舊鋼絲繩打卡子固定過(guò)程中，會(huì)對(duì)新繩繩股外層鋼絲產(chǎn)生一定程度的損傷，成為鋼絲繩投入運(yùn)行之后的薄弱環(huán)節(jié)。此外，摩擦輪上襯墊繩槽直徑不同、各繩提升速度不同，或提升鋼絲繩張力自動(dòng)平衡懸掛裝置失效等，都會(huì)造成某根提升鋼絲繩受力偏大，可能會(huì)提前破壞。摩擦輪、導(dǎo)向輪繩槽的斷面形狀不合適或粘有附著物，也會(huì)使提升鋼絲繩受到額外擠壓，產(chǎn)生額外的接觸應(yīng)力，進(jìn)而對(duì)提升鋼絲繩造成損壞。
