礦井提升機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)提升鋼絲繩接觸參數(shù)的影響和一種新型的鋼絲接觸疲勞試驗(yàn)裝置

1、 礦井提升機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)提升鋼絲繩接觸參數(shù)的影響和一種新型的鋼絲接觸疲勞試驗(yàn)裝置文摘：礦井提升機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)提升鋼絲繩接觸參數(shù)的影響已經(jīng)被研究，一種新的接觸疲勞試驗(yàn)裝置也已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)。在提升過程中，用于檢測(cè)各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)鋼絲繩張力和張力振幅的仿真模型已經(jīng)被提出。在升降時(shí)，接觸參數(shù)的范圍由不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)決定。結(jié)果表明，在提升時(shí)不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)引起震動(dòng)系統(tǒng)的不同模態(tài)形狀，這也就導(dǎo)致了鋼繩接觸參數(shù)的不同范圍。關(guān)鍵字：礦井提升機(jī)，運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，提升鋼絲繩，接觸參數(shù)，接觸疲勞儀。術(shù)語(yǔ)：a1 起重加速度 a2 起重減速度 DP 由于芯線的鏈的變形而引起的相對(duì)位移振幅 DP1,DP2 由于鋼絲繩的內(nèi)

2、外層的變形而引起的相對(duì)位移振幅 E 楊氏模量 F 在滑輪切點(diǎn)的鋼絲繩張力 F0max，F(xiàn)0min，F(xiàn)min 最大峰值張力，最低谷張力，每次提升階段繩的最小峰值張力Fmax，F(xiàn)min 在每次提升階段的最大或最小張力振幅Li(t) 在第i次提升階段垂直繩的長(zhǎng)度m 升起終端質(zhì)量M 繩的轉(zhuǎn)矩M0t, P0t 軸上的轉(zhuǎn)矩或張力Pm 內(nèi)外線層的接觸載荷Pn1，Pn2 在內(nèi)外鋼絲層的相鄰鋼線t 時(shí)間Vm 起重最大加速度一，引言 電纜，由于其抗彎和抗扭剛度，并且能抵抗相對(duì)較大的軸向負(fù)荷，已經(jīng)被廣泛用于拖拽操作，支持結(jié)構(gòu)，并攜帶有效載荷。在后面的這個(gè)應(yīng)用程序，鏈接礦井提升機(jī)和運(yùn)輸?shù)碾娎|起到了至關(guān)重要的作用在礦上

3、提升系統(tǒng)中，因?yàn)橐驗(yàn)樗麄兊钠趶?qiáng)度和疲勞壽命對(duì)煤礦生產(chǎn)和礦工的安全有著重要的影響。在礦井提升時(shí)，繩子總是受到脈動(dòng)負(fù)載的負(fù)載變化以及運(yùn)輸加速度和減速度，這都?xì)w因于時(shí)變繩重量和加速度和減速度的慣性負(fù)載。波動(dòng)載荷導(dǎo)致了單個(gè)電纜的微觀運(yùn)動(dòng)來(lái)抵抗他們的鄰近電纜繩，即電線之間的接觸磨損。接觸磨損和循環(huán)載荷的相互作用導(dǎo)致了裂紋萌生、擴(kuò)展及最終斷裂，即磨損疲勞，這相對(duì)于沒有磨損的常規(guī)疲勞減少了鋼絲繩的壽命并且加速了繩的實(shí)效。鋼絲繩疲勞行為是受幾個(gè)變量影響的，例如應(yīng)用正常接觸載荷，相對(duì)位移幅值，應(yīng)用循環(huán)載荷和接觸幾何載荷。因此繩子（接觸載荷和接觸導(dǎo)線之間正常的相對(duì)位移振幅）的接觸參數(shù)應(yīng)該在礦井提升時(shí)確定。然后接

4、觸測(cè)試或理論分析可以進(jìn)行處理來(lái)探索鋼絲繩的疲勞損壞過程。礦井提升機(jī)的不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)（最大速度，加速度和減速度）導(dǎo)致了繩子長(zhǎng)度和慣性負(fù)載的差異，這也引起了繩子的不同波動(dòng)負(fù)載。因此不同范圍的接觸參數(shù)的接觸導(dǎo)線之間的接觸疲勞的發(fā)生，導(dǎo)致了不同發(fā)生實(shí)效機(jī)制的繩子。因此，在起重時(shí)確定繩子的接觸參數(shù)和調(diào)查提升機(jī)不用運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)繩子接觸參數(shù)的作用是重要的。 近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)繩的接觸疲勞的測(cè)定進(jìn)行研究。Argatov解決了非線性模型interwire接觸問題，他使用匹配漸進(jìn)擴(kuò)張的方法，得到了一個(gè)螺旋鋼絲繩的結(jié)構(gòu)方程。Giglio和Manes發(fā)表了幾份分析公式來(lái)估算電線的一根繩的內(nèi)部和外部的壓力狀態(tài)。Sieger

5、t確定了在一個(gè)多連層中正常的接觸載荷和相對(duì)位移振幅。之后發(fā)明了一個(gè)接觸疲勞裝置來(lái)檢測(cè)螺旋連中進(jìn)行自由彎曲變形的疲勞條件。Jiang等人使用限元模型調(diào)查了單個(gè)1×7線股的靜不定接觸問題。Kumar和Botsis利用在張力和扭力作用下多個(gè)鋼絲繩股線性變形來(lái)獲得最大接觸應(yīng)力的解析表達(dá)式。然后對(duì)影響接觸應(yīng)力的幾個(gè)重要電纜參數(shù)和材料性能進(jìn)行了討論。Nawrocki and Labrosse提出了了一個(gè)簡(jiǎn)單的直鋼絲繩股的有限模型，并發(fā)現(xiàn)電纜分別在可樞轉(zhuǎn)和可滑動(dòng)控制的軸向和彎曲載荷的情況下的響應(yīng)。Argatov等人研究了在一滑輪中股繩進(jìn)行循環(huán)彎曲的磨損過程并且發(fā)現(xiàn)鋼絲繩之間的滑動(dòng)行程和接觸力對(duì)滑輪

6、的直徑的比率的依賴性。然而，很少有對(duì)升降中滑輪繩切點(diǎn)的微動(dòng)參數(shù)范圍和礦井提升機(jī)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)微動(dòng)繩子的參數(shù)范圍的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究。因此，本研究的目的是探討在升降時(shí)，礦井提升機(jī)的不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)（最大速度，加速和減速）對(duì)鋼絲繩接觸參數(shù)的影響。本文的其余部分安排如下，第二部分介紹了礦井提升機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的測(cè)定與一個(gè)基于在天輪切點(diǎn)的鋼絲繩張力微分方程的Simulink仿真模型。之后，本文討論了鋼絲繩在一個(gè)給定條件下的張力模擬，也討論了在提升循環(huán)中不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)提升機(jī)上鋼絲繩峰值張力和張力振幅的作用。在第三部分中，鋼絲繩的張力和接觸參數(shù)之間的關(guān)系被給出，這種關(guān)系是基于提升鋼絲繩在張力，扭轉(zhuǎn)力和材料力學(xué)下的靜

7、態(tài)方程。然后對(duì)礦井提升機(jī)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)接觸參數(shù)的繩子在提升過程中影響的探討。此外，一個(gè)新的接觸疲勞試驗(yàn)裝置在第四部分介紹，這種裝置用于調(diào)查鋼絲繩的接觸疲勞行為。二，礦井提升機(jī)不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)鋼絲繩張力的影響 鋼絲繩繞在鑄鋼輪如圖1A所示，PVC或CPUR襯墊（6270邵氏D硬度的硬質(zhì)塑料）之間用繩子和滑輪阻止他們的直接接觸，從而消除了鋼絲繩的外部磨損。繩子被分為三個(gè)部分，即這線段，過渡段，曲線段。接觸損傷發(fā)生在每一段。繩子的實(shí)效更有可能發(fā)生在天輪切點(diǎn)（過渡段），因?yàn)檫@個(gè)位置的電纜經(jīng)歷了完全的扭曲和高的張力范圍。因此，接觸損傷的過渡段特別集中在這里。在目前的研究中，假定接觸磨損或接觸疲勞是由鋼絲繩的

8、變形引起的。稍后討論在升降過程中垂直繩始終承受軸向拉伸載荷。由于內(nèi)部導(dǎo)線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的橫向波很小，因?yàn)樵诶燧d荷下副角和扭轉(zhuǎn)半徑僅僅輕微的改變。因此，我們假設(shè)繩子的橫向運(yùn)動(dòng)被忽視。向上移動(dòng)的終端負(fù)載（圖1a），煤礦提升的速度曲線（圖1b）。升降周期包括三個(gè)階段，即加速，勻速，減速，見圖1b。在提升周期中，垂直繩的長(zhǎng)度隨時(shí)間的不斷變化導(dǎo)致等效質(zhì)量的提升系統(tǒng)和垂直繩剛度的不斷變化。因此，在提升中提升系統(tǒng)的振動(dòng)在不同頻率和振幅誘導(dǎo)了繩張力的脈動(dòng)。三，不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)繩子接觸參數(shù)取值范圍的影響 鋼絲繩呈螺旋狀扭曲的鋼絞線及鋼絲鋼絞線螺旋扭曲。繩子純拉伸T，誘導(dǎo)鋼絞線和鋼絲的內(nèi)力。一股內(nèi)力（鋼絲）可以被

9、分解成縱向分量，PZ，平行于繩子的軸（鏈）和徑向分量，PY，垂直于軸線的繩。徑向分量PY，導(dǎo)致了股線和鋼絲繩的扭矩。通過增加張力PZ和轉(zhuǎn)矩LZI，沿該軸的每一個(gè)螺旋形元件的繩索的靜態(tài)方程在拉伸的扭轉(zhuǎn)下分別根據(jù)【30】和【31】給出。T是繩的拉力（T=F），M是施加在繩子末端的扭矩（M=CT/A假設(shè)升起終端負(fù)載約束限制旋轉(zhuǎn)），和分別表示相對(duì)伸長(zhǎng)率和相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，A,B和C分別表示繩索的縱向剛度，扭轉(zhuǎn)剛度和縱向扭轉(zhuǎn)剛度。張力p0t和沿其軸線的轉(zhuǎn)矩m0t是由以下表達(dá)式計(jì)算【8】，【30】和【31】。i和R的股線層的第i個(gè)角度的繩索和鏈外半徑分別為a0，b0和c0的分別代表的縱向剛度，扭轉(zhuǎn)剛度和縱向扭轉(zhuǎn)

10、剛度的絞合線。式（10）給出了鋼絲繩和鋼絞線的縱向剛度，扭轉(zhuǎn)剛度和橫向扭轉(zhuǎn)剛度的簡(jiǎn)化解決方案【30】，【31】，【32】。Mi為繩的數(shù)量，mi與i分別為在第i線組鏈和曾角度線的數(shù)量，F(xiàn)i和fi分別是繩中所有電線的橫截面和鋼絲繩橫截面的數(shù)量。Ri是線層半徑，ri是軸半徑，Es是鋼絲的楊氏模量。鋼絲繩的張力PTI在第i個(gè)線層可以表示為【8】和【31】。四，一種新的鋼絲接觸疲勞試驗(yàn)臺(tái) 圖14示出鋼絲的一個(gè)新的接觸疲勞試驗(yàn)臺(tái)，其能夠施加一個(gè)恒定的接觸載荷。動(dòng)態(tài)記錄接觸導(dǎo)線和位移幅度的拉伸絲之間的切向力，并且監(jiān)測(cè)拉伸絲的聲發(fā)射信號(hào)。接觸疲勞試驗(yàn)臺(tái)采用循環(huán)拉伸絲和接觸夾具，容量為20千牛單軸測(cè)試系統(tǒng)，產(chǎn)生

11、接觸負(fù)荷和切向力。拉伸絲的端部(9)分別被固定在上夾具（1）和下夾具（8）。上夾具和下夾具分別被安裝在張力換能器（10）和液壓升降臺(tái)（7）。坐落于上夾具的底部的聲發(fā)射換能器（2）監(jiān)測(cè)拉伸絲（9）的聲發(fā)射信號(hào)。拉伸絲由一對(duì)左右裝載電線（27.26）嵌入在滑動(dòng)契塊（29），支撐塊（31）垂直穿過拉伸絲。拉的重量集（12）的滑動(dòng)楔塊（29），可滑動(dòng)的導(dǎo)向塊（28）與楔形溝槽，通過牽引繩（20）纏繞繞銷（21）和“L“形支架（17）施加接觸載荷。導(dǎo)線之間的接觸載荷，得到對(duì)稱的支撐支架（33）通過銷連接的支撐塊（31），（24）和“”形安裝支架（23）。支撐塊傳輸拉伸絲和右裝載絲（26）之間的切向力以拉

12、壓換能器（14）通過連接軸（15）轉(zhuǎn)換，在接觸區(qū)域沒測(cè)量。的接觸力的測(cè)力傳感器和切向力的測(cè)力傳感器連接到凹水平支撐（16），它可以在楔形槽固定在立柱（5）的固定裝置（4）滑動(dòng)。在接觸區(qū)的微動(dòng)振幅是由通過液壓電梯（7）測(cè)量的拉伸絲（9）的位移幅值縮減。微動(dòng)夾具的不同高度的楔形槽固定裝置（3，4）的位置可以調(diào)整，來(lái)產(chǎn)生不同的微動(dòng)振幅。圖14五，結(jié)論 在目前的研究中，繩在繩輪的切點(diǎn)的繩索的故障發(fā)生的可能性更大。基于繩子的張力在起重滑輪切點(diǎn)處的不用微分方程，繩子的張力仿真模型使用Simulink軟件構(gòu)件。在起吊過程中繩張力波動(dòng)隨時(shí)間呈現(xiàn)出三個(gè)階段。選擇在提升的起始和結(jié)束的峰值張力和張力振幅探索繩張力的

13、演變。在提升過程中，不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)誘導(dǎo)不同模態(tài)的振動(dòng)系統(tǒng)，這是歸因于變質(zhì)量的系統(tǒng)中，垂直繩加速，減速的慣性載荷的剛度和柔性的影響。 在繩索拉伸和鋼絞線扭轉(zhuǎn)和鋼絲繩張力和理論模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定繩子導(dǎo)線之間的接觸載荷和相對(duì)位移的范圍，申請(qǐng)材料力學(xué)。作為增加的最大速度，接觸載荷的整體范圍內(nèi)呈現(xiàn)小的差異相比，以增加整體的相對(duì)位移范圍。由于最大速度從3.5米每秒增加到7.5米每秒，整體范圍的接觸載荷的增加范圍88.9-90.758-59.2 N，N和250-255.1Ñ而從1.3-39.9微米，50.1-71.2微米和102.3-103.5微米，相對(duì)位移變化的整個(gè)范圍9.1-130.5微米

14、。加速度和減速度的增加，增加接觸負(fù)荷和相對(duì)位移的整體范圍。由于加速和減速的同時(shí)從0.2 M/S2增加到0.75 M/S2。觸點(diǎn)負(fù)載的整體范圍從67.5-77.8290.8-335.2103.5-119.2 N，至60.6-85.2 N，92.9-130.6，261.2-367.2和整體范圍的相對(duì)位移增加1.4-51.1微米到5.9-144.1m。 為了研究鋼絲繩中的鋼絲接觸疲勞行為，引入一個(gè)人新的接觸疲勞試驗(yàn)裝置。本裝置是能夠施加一個(gè)恒定的正常的接觸載荷，記錄鋼絲的拉伸絲的位移幅值之間的切向力和監(jiān)測(cè)的拉伸絲的聲發(fā)射信號(hào)。對(duì)各種接觸參數(shù)的信號(hào)采集方法進(jìn)行了討論。參考文獻(xiàn)【1】D.K.Zhang 對(duì)接觸磨損和起重首勝鋼絲疲勞損傷行為的研究 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)科技出版社，徐州（2005）中國(guó)【2】H.Lee.S.Mall 防滑控制模式下的各種接觸疲勞變量的影響和相互作 用的調(diào)查 Tribol Int, 39 (