大煤公司南井副井提升鋼絲繩的選擇計算

陳廷理

（同煤集團大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037026）

大煤公司南井副井提升鋼絲繩的選擇計算

陳廷理

（同煤集團大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037026）

在提升設(shè)備的選型設(shè)計中鋼絲繩的選擇計算便成為其關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在此以大斗溝煤業(yè)公司南井副井JKYB2.5×2.3J絞車提升鋼絲繩的選型計算為例對斜井提升鋼絲繩的選擇計算做出論述。

提升鋼絲繩；提升機；安全系數(shù)

1 選則鋼絲繩型號

礦用提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu)一般都是絲→股→繩結(jié)構(gòu)，即選先由鋼絲捻成繩股，再由繩股捻成繩，鋼絲繩由繩芯和繩股組成。繩芯有鋼芯和纖維芯之分；繩股由股芯、內(nèi)層鋼絲、外層鋼絲組成。制造提升鋼絲繩的鋼絲是有優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)圓鋼冷拔而成，一般直徑為0.4 mm～4 mm，鋼絲的抗拉強度為1400 N/mm2～2 000 N/mm2，我國多用1550 N/mm2和1700 N/mm2兩種，為了增加抗腐蝕能力，鋼絲表面可以鍍鋅，稱為鍍鋅鋼絲，未度鋅的稱為光面鋼絲繩。此外還可以用鋼絲韌性來標(biāo)志，分為特號、Ⅰ號、Ⅱ號三種，提升礦物用的鋼絲繩可以用特號和Ⅰ號鋼絲來制造，提升人員用的鋼絲繩子允許用特號鋼絲繩來制造。

由此，提升鋼絲繩的種類很多，結(jié)構(gòu)不同性能也不相同，根據(jù)不同特點有不同的分類方法，實際上都是從不同角度上來說明鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點，了解這些特點，對于認(rèn)識不同鋼絲的性能，正確選擇和合理使用鋼絲繩都是有益的。

我國提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和性能特點如上所述，在提升鋼絲繩的選擇計算中，因結(jié)合實際情況充分考慮，選擇合理的提升鋼絲繩結(jié)構(gòu)和型號。

根據(jù)大煤公司南井區(qū)提升副井的實際情況，鋼絲繩在使用過程中銹蝕與磨損為主要影響其壽命的因素。故應(yīng)選擇抗腐蝕和磨損比較強的鋼絲繩型號。滿足此要求的主要有以下三種結(jié)構(gòu)的鋼絲繩：6×7，6×19S,6×9W。根據(jù)公司具備的實際條件選用6×7的鋼絲繩。故在此選擇6×7＋FC型號的鋼絲繩，公稱抗拉強度為1700MPa。

2 初選鋼絲繩規(guī)格

2.1 初步確定鋼絲繩直徑

1）根據(jù)滿足鋼絲繩彎曲應(yīng)力計算

絞車在地面安裝使用時

式中：D為絞車卷筒直徑，2500mm；d為提升鋼絲繩直徑，mm。

代入數(shù)值計算得d≤D/80=31.2mm。

2）根據(jù)滿足實際運輸負載計算

斜井提升鋼絲繩直徑的計算公式為：

式中：Q0為繩端荷重，kg；Q=Qz+Q；Qz為礦車的質(zhì)量（包括與鋼絲繩的連接裝置），kg；Q為一次提升的載荷，6196 kg；α為斜井軌道的傾角，°；f為提升礦車時的摩擦阻力系數(shù)，其值與軌道維護情況及軸承的形式有關(guān)，滾動軸承，一般取f=0.01～0.015；f'為鋼絲繩的摩擦阻力系數(shù)，全部有地滾且工作正常時，取f'=0.10～0.20；Kh為破斷拉力換算系數(shù)，1.134；K'為最小破斷拉力系數(shù)，0.332；K為重量系數(shù)，0.344；ma為鋼絲繩的安全系數(shù)，9；Lc為斜井提升總提升斜長，Lc=Lt+L0，m；Lt為井筒傾斜長度，820 m；L0為井口距天輪的斜長，60m，Lc=Lt+L0+9=8.8×102m。代入數(shù)值，計算得23.78。

所選鋼絲繩直徑應(yīng)該滿足23.78 mm≤d≤31.2 mm。

2.2 初選鋼絲繩的規(guī)格

對于斜井提升，由于鋼絲繩磨損較嚴(yán)重，在絞車允許的情況下盡可能將鋼絲繩直徑選的偏大一些，以提高使用壽命。因此在容量允許的情況下，實際選擇的鋼絲繩直徑要比與計算值相適應(yīng)的直徑大。實踐證明，適當(dāng)?shù)脑龃箐摻z繩直徑可以延長使用壽命，因此并不降低鋼絲繩的經(jīng)濟效益。

在以23.78mm≤d≤31.2mm為前提的情況下根據(jù)鋼絲繩力學(xué)性能表選擇鋼絲繩直徑。

3 驗算所選鋼絲繩的安全系數(shù)

安全系數(shù)是指鋼絲繩鋼絲拉斷里的總和與鋼絲繩的計算靜拉力之比。但應(yīng)當(dāng)注意，安全系數(shù)并不代表鋼絲繩真正具有的強度儲備，只不過表示經(jīng)過實踐證明在此條件下鋼絲繩可以安全運行。我國《煤礦安全規(guī)程》對提升鋼絲繩的安全系數(shù)均有規(guī)定。

鋼絲繩安全校核驗算公式為：

式中：Qq為鋼絲繩的破斷力，498.00 kN；n為人車數(shù)，2；m為每輛礦車一次提升的載荷，kg；mz為每輛礦車的質(zhì)量（包括與鋼絲繩的連接裝置），1598 kg；mp為鋼絲繩每米質(zhì)量，2.834 kg/m；ma為單繩纏繞式提升裝置專為升降人員的安全系數(shù)，9。代入數(shù)值計算11.23＞9所以鋼絲繩的安全系數(shù)滿足要求。

4 計算鋼絲繩的纏繞圈數(shù)及長度

4.1 確定纏繞圈數(shù)

當(dāng)以2層纏繞計算時，驗算滾筒是否滿足。

多層纏繞時，滾筒應(yīng)滿足

式中：B為滾筒寬度，mm；ε鋼絲繩圈的間隙，一般取ε=2～3 mm；n為錯繩圈數(shù)，取2～4圈；k為纏繞層數(shù)，2；Dp為多層纏繞時的平均直徑，mm。

代入計算得B=1790 mm。滿足要求，所以應(yīng)作兩層纏繞。

4.2 驗算纏繞長度

第一層的纏繞長度，根據(jù)單圈纏繞公式計算

第二層的纏繞長度，也根據(jù)單圈纏繞公式計算

式中：D'為第二圈纏繞時的纏繞直徑，mm。

兩層纏繞總長為

當(dāng)絞車運行到斜井最遠運輸距離時滾筒上的鋼絲繩余量為

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第四百二十一條第三款規(guī)定滾筒上應(yīng)經(jīng)常纏留3圈繩，用于減輕固定處的張力，還得留有做定期檢驗用的補充繩。

所以滾筒上經(jīng)常纏留的鋼絲繩圈數(shù)滿足上述規(guī)定要求。

5 鋼絲繩的強度校驗

1）最大靜張力

實際負荷產(chǎn)生的最大靜張力，代入數(shù)值計算得：

絞車允許的最大靜張力為F=90kN。

所以絞車允許的最大靜張力能夠滿足實際載荷產(chǎn)生的最大靜張力。

2）最大靜張力差

實際負荷產(chǎn)生的最大靜張力差，代入數(shù)值計算得：

絞車允許的最大靜張力差為F'=90kN.

所以絞車允許的最大靜張力差能夠滿足實際載荷產(chǎn)生的最大靜張力。

6 結(jié)論

提升鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的一個重要組成部分，提升鋼絲繩選擇是否合理關(guān)系到提升設(shè)備安全性和經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)引起足夠的重視。故提升鋼絲繩的選擇計算必須合理無誤，必須保證其安全可靠。大煤公司南井副井絞車提升鋼絲繩通過計算，校核以及驗算，決定選用6×7+FC型號，直徑d=28 mm的提升鋼絲繩。此提升鋼絲繩滿足安全系數(shù)要求，滿足最大靜張力，最大靜張力差要求，同時滿足滾筒容量以及纏繞所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的要求。

Selection and Calculation of Hoist Steel Wire Rope in South Mine Auxiliary Shaft

CHEN Ting-li
(Dadougou Coal Co.,Datong Coal Group,Datong Shanxi 037026)

The calculation of steel wire rope is critical in the selection and design of hoist equipments. The paper takes the JKYB2.5×2.3J as an example to introduce the calculation.The paper presents:the basic introduction to hoist steel wire rope,models,specifications,checking calculation of safety coefficient, wind number of wire and length,wire strength checking,and power checking of electric machine.

hoist steel wire rope;hoist;safety coefficient

TD532

A

1672-5050（2011）06-0074-03

2011-02-02

陳廷理（1962—），男，山西朔州人，工程碩士，工程師，高級經(jīng)濟師，從事機電管理工作。

徐樹文