礦井提升鋼絲繩沖擊式破斷計(jì)算及預(yù)防

礦井提升鋼絲繩沖擊式破斷計(jì)算及預(yù)防摘要：鋼絲繩作為礦井運(yùn)輸提升的重要工具，其使用安全性能至關(guān)重要。鋼絲繩在作業(yè)過(guò)程中破斷的原因有很多，主要有銹蝕、磨損、疲勞、過(guò)載以及沖擊等幾種形式，因此必須選擇合適的鋼絲繩，才能保證安全生產(chǎn)。本文主要提出了鋼絲繩沖擊式破斷力的計(jì)算模型，以便使用者能夠估算鋼絲繩的破斷力，從而選用最合適的鋼絲繩。并在此基礎(chǔ)上提出了鋼絲繩沖擊式破斷的預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：礦井；鋼絲繩；破斷力；沖擊；計(jì)算；預(yù)防；鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的部件之一，主要用于運(yùn)輸?shù)V石、石碴、工作人員或者下放材料，是連接井下作業(yè)和地面作業(yè)的樞紐。鋼絲繩的安全與否嚴(yán)重關(guān)系到人身安全的問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)偶爾突發(fā)一些鋼絲繩斷裂的事故，給礦山造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。沖擊斷裂是鋼絲繩斷裂的一種，主要由以下原因引起。一是當(dāng)繩子松弛的時(shí)候突然受到下放物體自重引起的沖擊力；二是鋼絲繩在提升物體的時(shí)候發(fā)生了卷曲的現(xiàn)象，從而使鋼絲繩受到了沖擊力；三是提升容器在運(yùn)行中脫軌或卡阻致使鋼絲繩受力發(fā)生變化而產(chǎn)生沖擊力；四是提升的容器內(nèi)的材料擺放不平衡或者在提升的過(guò)程中某些材料掉落等等使鋼絲繩受到?jīng)_擊力。本文詳細(xì)研究了鋼絲繩沖擊式破斷力計(jì)算的模型，希望能為鋼絲繩的安全使用提高保障。一、簡(jiǎn)易的計(jì)算方法簡(jiǎn)易的估算方法中需要將鋼絲繩的直徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其變?yōu)?/2n的形式，然后根據(jù)下列模型估算鋼絲繩的破斷力：F0=D02/2 公式1其中F0表示破斷力，單位為KN；D0表示鋼絲繩的公稱直徑；單位為mm。筆者將不同的公稱直徑對(duì)應(yīng)的破斷力列在了表1中。表中所列出的是理論值，在實(shí)際中要考慮到鋼絲繩的銹蝕、斷絲等因素。從表中可以看出，鋼絲繩的公稱直徑越大，其破斷力值就越大，當(dāng)然表中所列數(shù)值僅供經(jīng)驗(yàn)估算值。表1鋼絲繩公稱直徑與破斷力的關(guān)系鋼絲繩公稱直徑（單位：毫米）破斷力大?。▎挝唬呵＃?020.52224.82429.52634.62840.13046.1二、國(guó)標(biāo)的要求國(guó)標(biāo)規(guī)定最小的鋼絲繩破斷力的計(jì)算方法如下：F=KD2R/1000 公式2其中F代表鋼絲繩的破斷力，單位為千牛；K是一個(gè)常數(shù)，可以在相關(guān)的表格中找到，代表破斷拉力系數(shù)；R代表鋼絲繩的公稱抗拉強(qiáng)度，單位為兆帕；D是鋼絲繩的工程公稱直徑，單位為毫米。由公式2可知，鋼絲繩的破斷力隨著鋼絲繩的公稱強(qiáng)度和公稱直徑的增大而增大，具體的如圖1所示。乙％02L222324253627282930鋼絲繩公稱直徑mm圖1不同工程強(qiáng)度和不同公稱直徑鋼絲繩與破斷力的關(guān)系圖三、鋼絲繩破斷實(shí)驗(yàn)以及結(jié)果分析為了得到可靠的鋼絲繩破斷力計(jì)算模型，筆者進(jìn)行了大量的鋼絲繩破斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格遵守GB8918-2006的標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)過(guò)程中選取了具有代表性的公稱直徑分別為20、22、24、26、28毫米的鋼絲繩，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下圖所示：

圖2試驗(yàn)結(jié)果分布圖表2破斷力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差鋼絲繩的公稱直徑（毫米）試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)量破斷力的平均值（千牛）破斷力值標(biāo)準(zhǔn)差204275.9/2211324.927.62413429.832.4266482.9837.9287542.5963.692U22 2+ 2*2U22 2+ 2*2S公禰肯役~un四、礦井提升鋼絲繩沖擊式破斷力計(jì)算模型根據(jù)試驗(yàn)得到的大量數(shù)據(jù)，筆者提出了兩種計(jì)算模型，即最悲觀的估算方法和最可能的估算方法。最悲觀的估算方法是指根據(jù)鋼絲繩破斷的最小值來(lái)計(jì)算，是一種非常安全可靠的方法。將表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的曲線擬合得到的兩個(gè)公式：F1=0.04524D2.705+104.8 公式3F2=56.61e0.0759D 公式4公式3是由幕函數(shù)擬合得到，公式4是由指數(shù)函數(shù)擬合得到。最可能的估算方法是根據(jù)鋼絲繩破斷力的平均值進(jìn)行計(jì)算的，有較強(qiáng)的實(shí)際意義。使用幕函數(shù)和指數(shù)函數(shù)擬合分別得到了以下的結(jié)果：F1=0.09054D2.557+99.9 公式5F2=63.751e0.077D 公式6在實(shí)際運(yùn)用中，鋼絲繩的沖擊破斷亦可用動(dòng)量公式P=M?V進(jìn)行測(cè)算，此時(shí)P值用出廠鋼絲繩銘牌標(biāo)注的最小破斷拉力帶入，從而確定提升質(zhì)量與速度的關(guān)系，對(duì)保證安全生產(chǎn)有很好的參考價(jià)值。五、實(shí)例分析建立了上面的估算方法之后，筆者對(duì)三種不同型號(hào)的鋼絲繩進(jìn)行了破斷力的估算，結(jié)合破斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比計(jì)算數(shù)據(jù)如表3.表3數(shù)據(jù)分析鋼絲繩編號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（千牛）悲觀估算方法（千牛）最可能估算方法（千牛）幕函數(shù)指數(shù)函數(shù)幕函數(shù)指數(shù)函數(shù)1948837.9868.7963.71020.52162186.4187.9207.8218.53402349.6405.7405.9404.9從表3可以看出，3號(hào)鋼絲繩的擬合誤差最小，僅1%。但是1號(hào)和2號(hào)鋼絲繩的模擬誤差較大，這存在著一定的客觀原因。首先此模型適合公稱直徑在20-28mm的鋼絲繩，對(duì)于這個(gè)范圍之外的鋼絲繩估算誤差就可能會(huì)偏大。除此之外，鋼絲繩本身的質(zhì)量以及試驗(yàn)樣品制作等方面的因素也會(huì)引起估算的誤差。總而言之，本文中所提出的鋼絲繩破斷力的估算模型是有一定的實(shí)用價(jià)值的，對(duì)選用礦井提升鋼絲繩有著很大的指導(dǎo)意義。六、鋼絲繩破斷的預(yù)防措施銹蝕的防御措施首先，由于提升鋼絲繩常年處在酸堿度較高的井中，因而很容易被侵蝕。因而在選用鋼絲繩的時(shí)候，一定要注意其表面是否有鍍鋅層。其次，必須對(duì)鋼絲繩進(jìn)行定期的潤(rùn)滑保養(yǎng)。潤(rùn)滑保養(yǎng)不僅僅可以補(bǔ)充繩上流失的潤(rùn)滑油，還可以在一定程度上保護(hù)繩子外部的鋼絲免受侵蝕。在使用潤(rùn)滑油的時(shí)候，一定要檢驗(yàn)其是否符合相關(guān)的規(guī)定，不能對(duì)鋼絲繩有腐蝕作用。在補(bǔ)充潤(rùn)滑油的時(shí)候，必須先將鋼絲繩表面的銹跡清洗干凈。只有這樣，潤(rùn)滑油才能流到繩芯，對(duì)繩芯起到保護(hù)作用。潤(rùn)滑油要有一定的透明度，以便對(duì)鋼絲繩的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。磨損的預(yù)防措施一是要盡量使鋼絲繩避免遭到撞擊，以及繩索的打纏情況的出現(xiàn)；二是選用繩的捻向與鋼絲繩在滾筒上的纏繞方向一致的鋼絲繩，這樣可以減小鋼絲繩內(nèi)部的摩擦。三是在斜井提升的環(huán)境下，應(yīng)該選用面接觸鋼絲繩或者外層鋼絲較粗的鋼絲繩。四是定期檢查鋼絲繩的斷絲情況，一旦出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，必須及時(shí)采取修復(fù)的措施。五是為了皮面鋼絲繩與繩之間的磨損，應(yīng)該定期地對(duì)鋼絲繩進(jìn)行股與股之間的調(diào)整。疲勞的預(yù)防措施一是要盡量降低鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，因此繩輪直徑和鋼絲繩公稱直徑的比值應(yīng)該要滿足一定的使用要求。二是提升機(jī)在啟動(dòng)的過(guò)程中不應(yīng)太快，否則繩中的拉伸應(yīng)力變化就會(huì)很大，從而引起疲勞強(qiáng)度的增大。過(guò)載的預(yù)防措施箕斗應(yīng)該要限量，可以采取定量斗箱式和定量輸送機(jī)式裝載方法，嚴(yán)禁超重的現(xiàn)象出現(xiàn)。沖擊的防御措施當(dāng)鋼絲繩受到?jīng)_擊力的時(shí)候，對(duì)其使用壽命的影響非常大。因此，為了減小鋼絲繩所受的沖擊力，就必須控制住提升機(jī)制動(dòng)時(shí)候的速度，一般要低于5m/s2。提升機(jī)的拖動(dòng)裝置的頻率要很低。在提升的過(guò)程中，要保證箕斗中的裝料不會(huì)晃動(dòng)或者掉料，可以通過(guò)安裝溜煤板等裝置來(lái)調(diào)節(jié)箕斗的中心位置，減少箕斗給鋼絲繩帶來(lái)的沖擊和震動(dòng)。七、結(jié)束語(yǔ)鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的部件之一，是連接井下作業(yè)和地面作業(yè)的樞紐，是保障安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。礦井提升鋼絲繩的斷裂事故在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，因此必須對(duì)鋼絲繩的安全使用性能引起高度的重視。本文提出了鋼絲繩沖擊式破斷力的計(jì)算模型，在選用鋼絲繩的時(shí)候能提供一定的指導(dǎo)作用。在鋼絲繩的使用過(guò)程中，一定要做好鋼絲繩的保養(yǎng)與預(yù)防措施，從而保證鋼絲繩在礦井中安全地提升物體。參考文獻(xiàn)中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB8918-2006重要用途鋼絲繩[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.景天虎.固定載荷模式下鋼絲繩疲勞壽命的預(yù)測(cè)模型初探[J].礦山機(jī)械，2007,35(11):76-78.胡大明，陳開(kāi)譜，孫勇.水泵效率曲線擬合的Matlab-GUI設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2008(9):93