超深井提升机钢丝绳弯曲张力及疲劳寿命研究

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随着表层资源的日渐枯竭以及对资源需求程度的不断增加,重载、超深、超高速多绳缠绕式提升将成为未来矿井提升的主要方式。作为连接卷筒、天轮和罐笼的重要部件,多绳缠绕式矿井提升机钢丝绳所承受的载荷十分复杂,更加容易发生事故,因此,对提升钢丝绳力学性能提出了更高的要求。人们对提升钢丝绳力学性能的认识主要来自于工程现场的应用总结与实验研究,在工程实际应用中,对其设计及选型有一定的指导意义。提升钢丝绳在绕过天轮、卷筒弯曲时,钢丝绳内张力与应力会发生很大的变化,这些因素会对钢丝绳的安全性和使用寿命造成很大的影响。在国家973项目的支持下,本文主要分析了钢丝绳在天轮处弯曲时,弯曲包角对钢丝绳内张力分布的影响;钢丝绳在卷筒上缠绕弯曲时, D/d与绳端张力对钢丝绳使用寿命的影响;6×7IWRC多股钢丝绳在卷筒上弯曲时,股内钢丝张力分布,并针对分析结果提出了改善钢丝绳力学性能的方法。  提升机在工作过程中,钢丝绳内张力分布对钢丝绳的使用寿命有很大的影响。本文先由简单的1+6型钢丝绳绳股入手,研究绳股在天轮上弯曲时,内部各丝的张力分布。通过对比钢丝绳在不同包角下弯曲时,钢丝绳内各丝张力分布差异,得到了弯曲包角与张力分布的关系。结果表明,当绳股与天轮的接触弧长等于绳股捻距整数倍时,股内钢丝弯曲张力波动较小;而当接触弧长等于捻距整数倍加上捻距一半时,股内钢丝弯曲张力波动较大。  其次,分析了钢丝绳疲劳寿命与 D/d(卷筒直径与钢丝绳直径比)、绳端张力的关系。基于有限元分析软件ABAQUS与疲劳分析软件FE-safe,分析了绳端张力、D/d两参数对卷筒上缠绕钢丝绳使用寿命的影响。应用 CATIA软件构建的钢丝绳绕卷筒弯曲模型,将其导入有限元软件 ABAQUS中,通过改变钢丝绳缠绕卷筒的直径大小,得到钢丝绳在不同D/d和绳端张力下弯曲时最大应力分布情况,并将得到的数据导入疲劳分析软件 FE-safe中,得到了 D/d与绳端张力对钢丝绳使用寿命的影响。研究结果表明,钢丝绳使用寿命随D/d增大而增大,随绳端张力的增大而减小;绳端张力与D/d对钢丝绳使用寿命的影响存在一个临界值。当D/d大于该值时,钢丝绳使用寿命主要取决于绳端张力,当D/d小于该值时,钢丝绳使用寿命主要取决于 D/d。研究结果为提升机设计过程中,钢丝绳选型提供重要的参考价值。  最后,研究了6×7IWRC多股钢丝绳在卷筒上弯曲时股内各丝张力分布。通过构建6×7IWRC多股钢丝绳在卷筒上弯曲缠绕的有限元模型,研究绳股、股内钢丝位置的不同对钢丝绳内钢丝张力分布的影响。研究结果表明,处于不同位置的钢丝承受的张力各不相同。研究解释了股内钢丝在弯曲时张力分布的差异,为改善钢丝绳工作性能提供了理论依据。  以上研究成果,对超深井提升机设计及超深井提升钢丝绳的选择具有重要的参考价值和指导意义。
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