超深井提升機(jī)鋼絲繩彎曲張力及疲勞壽命研究.pdf

1、隨著表層資源的日漸枯竭以及對資源需求程度的不斷增加，重載、超深、超高速多繩纏繞式提升將成為未來礦井提升的主要方式。作為連接卷筒、天輪和罐籠的重要部件，多繩纏繞式礦井提升機(jī)鋼絲繩所承受的載荷十分復(fù)雜，更加容易發(fā)生事故，因此，對提升鋼絲繩力學(xué)性能提出了更高的要求。人們對提升鋼絲繩力學(xué)性能的認(rèn)識主要來自于工程現(xiàn)場的應(yīng)用總結(jié)與實(shí)驗(yàn)研究，在工程實(shí)際應(yīng)用中，對其設(shè)計(jì)及選型有一定的指導(dǎo)意義。提升鋼絲繩在繞過天輪、卷筒彎曲時(shí)，鋼絲繩內(nèi)張力與應(yīng)力會(huì)發(fā)生很

2、大的變化，這些因素會(huì)對鋼絲繩的安全性和使用壽命造成很大的影響。在國家973項(xiàng)目的支持下，本文主要分析了鋼絲繩在天輪處彎曲時(shí)，彎曲包角對鋼絲繩內(nèi)張力分布的影響；鋼絲繩在卷筒上纏繞彎曲時(shí)， D/d與繩端張力對鋼絲繩使用壽命的影響；6×7IWRC多股鋼絲繩在卷筒上彎曲時(shí)，股內(nèi)鋼絲張力分布，并針對分析結(jié)果提出了改善鋼絲繩力學(xué)性能的方法。
　　提升機(jī)在工作過程中，鋼絲繩內(nèi)張力分布對鋼絲繩的使用壽命有很大的影響。本文先由簡單的1+6型鋼絲繩繩

3、股入手，研究繩股在天輪上彎曲時(shí)，內(nèi)部各絲的張力分布。通過對比鋼絲繩在不同包角下彎曲時(shí)，鋼絲繩內(nèi)各絲張力分布差異，得到了彎曲包角與張力分布的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)繩股與天輪的接觸弧長等于繩股捻距整數(shù)倍時(shí)，股內(nèi)鋼絲彎曲張力波動(dòng)較小；而當(dāng)接觸弧長等于捻距整數(shù)倍加上捻距一半時(shí)，股內(nèi)鋼絲彎曲張力波動(dòng)較大。
　　其次，分析了鋼絲繩疲勞壽命與 D/d（卷筒直徑與鋼絲繩直徑比）、繩端張力的關(guān)系。基于有限元分析軟件ABAQUS與疲勞分析軟件FE-saf

4、e，分析了繩端張力、D/d兩參數(shù)對卷筒上纏繞鋼絲繩使用壽命的影響。應(yīng)用 CATIA軟件構(gòu)建的鋼絲繩繞卷筒彎曲模型，將其導(dǎo)入有限元軟件 ABAQUS中，通過改變鋼絲繩纏繞卷筒的直徑大小，得到鋼絲繩在不同D/d和繩端張力下彎曲時(shí)最大應(yīng)力分布情況，并將得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞分析軟件 FE-safe中，得到了 D/d與繩端張力對鋼絲繩使用壽命的影響。研究結(jié)果表明，鋼絲繩使用壽命隨D/d增大而增大，隨繩端張力的增大而減??；繩端張力與D/d對鋼絲繩使用

5、壽命的影響存在一個(gè)臨界值。當(dāng)D/d大于該值時(shí)，鋼絲繩使用壽命主要取決于繩端張力，當(dāng)D/d小于該值時(shí)，鋼絲繩使用壽命主要取決于 D/d。研究結(jié)果為提升機(jī)設(shè)計(jì)過程中，鋼絲繩選型提供重要的參考價(jià)值。
　　最后，研究了6×7IWRC多股鋼絲繩在卷筒上彎曲時(shí)股內(nèi)各絲張力分布。通過構(gòu)建6×7IWRC多股鋼絲繩在卷筒上彎曲纏繞的有限元模型，研究繩股、股內(nèi)鋼絲位置的不同對鋼絲繩內(nèi)鋼絲張力分布的影響。研究結(jié)果表明，處于不同位置的鋼絲承受的張力各不相