提升钢丝绳安全系数的验算

1、提升钢丝绳安全系数的验算the checking computations for hoist steel cable为了对提升钢丝绳安全系数进行验算，应该了解提升系统的有关参数，如容器自重Qz ,提升载荷Q，矿车自重Qc及钢丝绳的技术数据等。一、提升容器自重或载荷重力的测定 the mesuration of hoist container deadweight and load gravity 用拉(压)或荷重传感器对提升容器、载荷称重，其原理是容器重力或载荷重力作用于传感器，使传感器产生应变，传感器应变使电桥输出电压(或电流)信号发生变化，电压(或电流)信号变化的大小与重力的大小成正比。

2、根据所称重力大小来选择传感器的型号及量程，规格从几十牛到1000干牛均有。传感器的使用方法按厂家说明。 (一)用拉力传感器 对容器或负荷称重时，可把传感器一端用绳环与连接装置连接，传感器另一端通过导链挂到罐梁上，传感器通电凋零后拉导链。当钢丝绳不受力时，拉力传感器的输出读数即是所称重力。其输出可以用直流毫伏表测量，也可用光线示波器记录，但应对光高进行标定。 (二)用压力或荷重传感器 采用这种方法时，应把容器提到井口水平以上一定高度停车，然后将井口用工字钢栅铺平，设法将传感器放置在工字钢栅上，传感器通电调零后，慢慢下放容器压在传感器上，并保持平衡，当提升钢丝绳稍松驰不受力时，传感器的输出即表示所

3、称重力的数值。 二、提升钢丝绳安全系数的验算 the checking computations for hoist steel cable 提升钢丝绳在正常工作中，除受到静张力的作用外，其内部还受有弯曲应力、扭转应力、接触应力等力的作用，多种复合应力的作用将大大降低钢丝绳的寿命。另外，磨损、腐蚀也是降低钢丝绳寿命，影响安全运行的因素。 由于诸多因素的影响，钢丝绳的寿命不能精确计算。为了保证安全可靠，对钢丝绳的选择验算，均采用安全系数法。即按钢丝绳的最大静张力并考虑一定的安全系数选择或验算钢丝绳。 （一)钢丝绳最大静张力的计算 钢丝绳的最大静张力可根据矿上的有关技术资料或根据上述称重法测出的有

4、关数据进行计算。计算公式参见表11。 表l1 提升钢丝绳最大静张力的计算 单绳缠绕提升系统 多绳摩擦提升系统 等重尾绳 =0重尾绳 0 最大静张力Fjm（N） 附图 （表 11 附图） 注：Q容器有效载荷； Qz容器自重； p主绳每米重力； q尾绳每米重力； Hc钢丝绳悬垂高度； Hw尾绳环高度； n1主绳根数； h0容器卸载位置到天轮中心线距离(二)提升钢丝绳安全系数验算按安全系数法钢丝绳的实际安全系数为 （11）式中 Qd钢丝绳中所有钢丝的破断力总和(N)； Fjm钢丝绳所受最大静张力(N)； m钢丝绳实际的安全系数； ma煤矿安全规程规定的钢丝绳安全系数，查表l2。表l2 提升用钢丝绳的

5、安全系数 用途 钢丝绳安全系数的最低值ma 单绳缠绕式提升系统多绳摩擦式提升系统新悬挂时使用中新悬挂使用中专用于升降人员 9 7 C 升降人员和物料升降人员时混合提升时升降物料时7.5 6C 专用于升降物料6.5 5C 若按(11)式计算出的mQ1，时，其测定计算的方法步骤同上。 根据动力方程式可知，第一次载荷为Q1时 （25） 第二次载荷为Q2时 （26）上两式中：W1和W2为矿井阻力。两次测试vm相同；这时若认为两次测试时矿井阻力大致相等W1W2； m为不包括载荷及的提升系统变位质量，则 （27） 经整理得 （28） 提升系统总变位质量m为 (kg) (29) 式中 Q 一次提升量，N。

6、在实测时：Q2取Q；Q1可取( )Q。 将由（2-8）式计算得出的m值代入（2-5）或（2-6）式；即可得出矿井阻力W，即有 (210) 或 (211)钢丝绳与摩擦衬垫间摩擦系数的测定measurement of confriction coefficient between steel wire ropes &bearing strip测量钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数客运试验方法。如图1所示，在摩擦轮转动中，钢丝绳不滑动的条件可用尤拉公式来表示： (式1)式中 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数；钢丝绳在摩擦轮上的围抱角，(弧度)。当 时，产生钢丝绳沿摩擦轮表面滑动的现象。当 时，钢丝绳处于临界状态。

7、如果测得临界状态下的T1及T2值，便可求出摩擦系数。此时 式1可改写成下式： (式2) 1试验方法一适用于025时 如图2 所示，将容器3提到井口后，在井口适当位置的钢梁1上，拴一个绳扣2，另一端与容器连接，并略松弛0203米。绳扣的强度按容器3侧的最大静荷重，取10倍安全系数。 图1 摩擦力分布示意图 图2 试验摩擦系数方法一 1钢梁；2绳扣；3、4容器；5摩擦轮 向容器3 内加称量过的重物(料石或铁块，单重1015公斤左右)，待扣到某一重量后钢丝绳沿摩擦轮产生滑动，此时记下滑动前所装的重物重量Q。根据式1，即可算出摩擦系数Q。式中 T1=a+b+QZ+Q ，(kg)； T2=c+ +e，(

8、kg)。式中 a容器3到A点的主钢丝绳重量(kg)； QZ容器3和连接装置的重量和(kg)； b容器3下端到c点的尾绳重量(kg)； Q容器3装载的物料重量 kg)；c容器4到B点的主钢丝绳重量(kg)；容器4和连接装置的重量和(kg)； e容器4下端到c点的尾绳的重量(kg)。2试验方法二适用于025时 如图3所示，将容器3、4卸载后提到距终端位置2米左右 在井底适当位置横24根钢轨6并垫上24根枕木7，以使荷重均布到钢轨上，并减少冲击。徐徐下落容器4，使落在枕木上，并使提升钢丝绳有明显的松弛(见图3中8)。 图3 试验摩擦系数方法二 图4 试验摩擦系数方法三1钢梁；2绳扣；3、4罐笼； 1

9、钢梁；2绳扣；3、4容器；5滑轮；5摩擦轮；6钢轨；7枕木； 6测力计；7绳卡；8钢丝绳 8钢丝绳端 在井口适当位置的梁上挂一个绳扣，并松弛0203米绳扣的强度按容器3侧的最大静荷重，取10倍安全系数。 向容器3内加称量过的重物(料石或铁块)，待加到某一重量后，钢丝绳沿摩擦轮产生滑动，此时记下滑动前所装的重物重量Q。 根据式1算出摩擦系数。式中 T1=a+b+Qz+Q(kg)； T2=f(kg)。式中 f从B点到容器4上端的钢丝绳重加13连接装置重量(kg)。3 试验方法三如图4所示 将容器3提到井口后，在井口适当位置的钢梁1上拴一个绳扣2，并使其松弛0203米。在容器4 一侧B点上方，用滑轮

10、5(或用起重机)通过钢丝绳8用慢速绞车牵引弹簧测力计6(根据预先计算选定测力计的大小，一般在58吨范围)，测力计下端用绳卡7与多根提升钢丝绳同时联结在一起，用慢速绞车经弹簧酬力计拉动容器4 ，记下钢丝绳沿摩擦轮滑动前测力计的指示值Q。 根据式1算出摩擦系数。式中 T1=a+b+Qz(kg)； T2=c+ +eQ(kg)。 注：当用方法三时，T2式内Q值为弹簧测力计的指示值。钢丝绳在摩擦衬垫上防滑条件skidproof factor对多绳摩擦式提升机，为了安全、正确地完成各项提升任务，最重要的问题是要在提升钢丝绳和摩擦衬垫间得到足够的摩擦力，具体地说，是要分析研究在提升机各种可能的工作情况下如何

11、防止钢丝绳在摩擦衬垫上产生滑动的条件，即防滑条件，并且在设计和使用上严格遵守这些条件。 在分析防滑条件时，仍然依据尤拉公式，并且忽略提升容器在井筒中的各种阻力。防滑条件分静防滑条件和动防滑条件。 1静防滑条件 如图1所示，在主摩擦轮静止不动的情况下，根据尤拉公式，当摩擦轮重载侧钢丝绳的静张力等于轻载侧静张力的 倍时，钢丝绳保持平衡，由式1所示，因为： T1=T2 ， 所以 T1T2= T2 ( 1) (式3) 式3左边部分是钢丝绳张力差，这一张力差产生钢丝绳沿摩擦轮滑动的趋势，右边部分是钢丝绳与摩擦轮间产生的摩擦力，产生阻止滑动的趋势。为使钢丝绳在摩擦衬垫上不产生滑动，必须使摩擦力大于静张力差

12、，即： T2 ( 1)T1T2或者： 1 式4式中 静防滑安全系数。为保证提升工作的安全， “煤炭工业设计规范”规定 1. 75。 T1、T2摩擦轮两侧钢丝绳静张力。 2动防滑条件在提升机起动加速和制动减速过程中，作用在摩擦轮两侧钢丝绳的张力除静张力Tl和T2以外，还附加以惯性力，惯性力的大小和方向、在运动质量一定的情况下，与加、减速度的大小和运动方向有关。式4可改写成如下形式： 式5式中 d动防滑安全系数， “煤炭工业设计规范”规定，上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数不得小于125；摩擦轮重载T1侧运动部分变位质量的总和；2摩擦轮轻载T2侧运动部分变位质量的总和；a各阶段的加、减

13、速度。 式5中的+、-号，在上提重载的加速阶段及下放重载的减速阶段,分母“+”、分子采用“-”，在上提重载的减速阶段及下放重载的加速阶段，分母采用“-”， 分子采用“+”。 摩擦式提升机正常提升时，最大加、减速度一般不大于1米秒2。而在紧急制动时，下放重载的最小减速度，“规程”规定为1，5米秒2。由式5可知，在下放重载紧急制动状态下，防滑条件最差，最容易发生钢丝绳在摩擦衬垫上滑动。 “煤炭工业设计规范”只规定了上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数，而对下放重物时紧急制动时的防滑系数没有明确规定，为了保证安全，在任何情况 都不得小于1。 防滑安全系数是一个很重要的安全和经济指标，因为从

14、安全角度考虑，防滑系数愈大愈不会打滑，但防滑系数过高，意味着张力差减小，同样的提升机，提升能力减小，经济效果较差。 目前我国在多绳提升机的设计中，摩擦系数 采用。实际在矿井运转条件下，皮革衬垫摩擦系数有时小于0，2 ，特别是采用新的充油麻芯钢丝绳时，聚胺脂橡胶衬垫摩擦系数可达提升钢丝绳张力平衡状态的测定及调整 measurement & adjustment of steel wire ropess tensive balance state 一、多绳提升铜丝绳张力不平衡的分析 提升钢丝绳张力不平衡，是多绳提升机区别于单绳摩擦式提升机的主要特征。保持多绳提升各钢丝绳间张力一致，是保证提升安全、

15、延长钢丝绳使用寿命的一个重要问题。由于影响钢丝绳张力不平衡的因素较复杂，要求钢丝绳张力 完全一致是不可能的。规程规定各钢丝绳张力与平均张力之差不得超过10，实践证明，当张力差能调整到10以下，可以大大延长钢丝绳的使用寿命。影响钢丝绳张力不平衡的因素主要有以下几点： (1)提升钢丝绳悬挂长度不同，或在运转过程中 产生伸长差；(2)提升钢丝绳几何尺寸和机械性能(包括钢丝抗拉强度、弹性模数等)有差别，在运转中又加大了这一差别； (3)摩擦轮衬垫机械性能不相同； (4)摩擦轮绳槽半径，亦即钢丝绳缠绕半径不相同。 为了减少钢丝绳张力不平衡的因素，有些国家的安全规程规定，多绳提升机必须采用同一几何参数和机

16、械性能的钢丝绳，同时，由同一轧机轧出的同批钢丝在同一机器上编捻的。更换钢丝绳时应同时更换。摩擦衬垫要用相同的材料制成， 外形尺寸一致。对钢丝绳的悬挂长度，在悬挂时应特别注意要调整好。 多绳提升机缠绕半径的不同，对提升机的设计和运转关系很大，是影响钢丝绳张力平衡的主要因素。衬垫半径差对钢丝绳张力差的影响，随提升过程而变化。设衬垫为刚性，第n个绳槽半径较大为R+ R ，其余n1个为R，如图5(c)所示。分析距井底x处或距摩擦轮轴心Hc-x处，钢丝绳的瞬间应力：图5 绳槽直径不同钢丝绳受力状态图 第i绳(I=1，2，n-1)旋转角度为d 时，钢丝绳的位移为dx=R d ，由于第n根绳缠绕半径大，则其

17、位移量增大为 ，当旋转一周后，第n根绳向另一侧输送的钢丝绳多，张力增大，其余第n1根绳张力减小。设第n根绳与其余n1根绳在x处位移力x所产生的张力差为 T， 式6设各钢丝绳的平均张力为TP，并积分式6，整理得： 式中 Tnmax第n根绳最大张力(kg)；TP各钢丝绳平均张力(ks)，Ti第i根(I=1，2，n1)钢丝绳张力，(kg) ；n钢丝绳根数；EP钢丝绳平均弹性模数(kgcm2)；A钢丝绳钢丝断面积(cm2)；R摩擦轮绳槽平均半径(mm)；R摩擦轮绳槽半径差 (mm)；Hc钢丝绳悬挂长度(由装载点至摩擦轴心距离),(m) ；Hs提升高度(m)。由式7可知， 大时，对钢丝绳张力平衡很不利，

18、提升容器提升到井口卸载位置，x=Hs时，Tnmax之值为最大。 式7、8、9是假设绳槽衬垫为刚性，实际上衬垫为弹性，在相同直径差的条件下，钢丝绳张力端远比按公式8，9计算的张力差小。钢丝绳张力大的大绳槽，比压值大，衬垫弹性压缩量大，相应地缩小了绳槽缠绕半径，减小了张力差值。 目前多绳提升的设计和运转过程中应考虑以下因素： (1)尽可能加大Dd之比，不只是考虑减小钢丝绳的附加弯曲应力，同时考虑获得 RR之比值小，并减少了每提升循环的转数。 -(2)加大摩擦轮至井口卸载位置的高度，也就是加大Hc-Hs值，因此落地式提升机有利于各钢丝绳张力的平衡。 (3)摩擦衬垫材质相同、径向、切向弹性相同，且弹性

19、好，绳槽直径一致，车削光滑。 (4)车削衬垫绳槽的装置，要安装准确，保证车削绳槽的精度。(5)提升钢丝绳几何尺寸、机械性质、单重等都要相同，低弹性模数对张力平衡有利。 (6)提升容器连接装置的平衡系统要合适，最好装有张力连续测量系统，或定期对钢丝绳的张力进行测定及调整。 二、钢丝绳张力和摩擦轮衬垫直径的测定 l直接法测量绳槽直径差 在摩擦轮两侧板事先选好的位置拉一直径为05毫米以下的钢丝如图6(a)所示，由钢丝侧旁垂直轴线向钢丝绳上放一个钢板尺，量出由各钢丝绳表面到钢丝的距离h，最大和最小h距离之差即为绳槽衬垫最小和最大半径之差： (式10)图6 直接测量摩擦轮绳槽直径示意图a一钢丝法；1一钢

20、丝；2一钢板尺；3一钢丝绳；4摩擦轮侧板b梓板尺法1 样板尺；2一深度游标尺；3绳槽；4摩擦轮侧板用上述方法测量不提掌握，应为正对钢丝绳出各钢丝绳断面直径不一定全是测量直径(钢丝绳最大直径处)， 钢板尺精度也低， 所以测量误差较大。图6 为利用样板尺1测量法。作一样板尺卡在摩擦轮下部无钢丝绳处的两侧板上，用深度游标卡尺2测量绳槽3深度，其深度差即为绳槽半径差。直接测量法利用的摩擦轮两侧板，有的提升机没有经过精加工，偏差较大，因为基准面偏差大，所以测量结果误差也较大、，测量结果只能作为其他测量方法的参考，不能作为调整钢丝绳张力和车削绳槽的主要依据。 2振波法测量钢丝绳张力 在较深井用振波法测量钢

21、丝绳张力是比较简单易行的方法，其原理为利用冲击力垂直打击钢丝绳就产生两个波，沿钢丝绳在其两固定点来回传播，如F力打击点A如图7所示在摩擦轮与钢丝绳切点附近，则只产生一个波，由薄的传播周期，可以计算出钢丝绳所受的张力。图7 振波法示意图 式中 C振动传播速度 ；g重力加速度 ； T钢丝绳张力(kg)， p 钢丝绳单重(kgm)。设提升容器在井底车场位置为x=0，在x处钢丝绳所受的张力： T=Q+px 式12式中 Q每根钢丝绳所受的终端载荷。 将式12代入11式得： 式13 当A点受力产生振波，在提升容器与摩擦轮之间传播，设t为振波传播周期，沿钢丝绳振波的位移dx=cdt。 式14积分式14整理得

22、 式15式中 Hc钢丝绳悬挂长度 。由式式15可导出 式16 周期t可用秒表测量，因为振波反射回到最初受冲击点时，产生第二个冲击，用手握住钢丝绳很容易就感觉到。为提高测定的准确度，可测量几个波的周期，取其平均值。测出周期后，可由式16求出每根钢丝绳终端所受的实际荷重。 用振波法测定时，提升容器在井底位置，因此测得的钢丝绳张力差，主要是由于钢丝绳悬挂长度不一致而产生的。由式7可知，提升容器在井底位置时，绳槽直径差对钢丝绳张力无影响，由于绳槽直径差而产生的钢丝绳最大张力差是在井口卸载位置，所以振波法不适用于测量因绳槽直径差两产生的张力差。利用振波法测出的张力差，可以利用提升容器连接装置上液压缸进行

23、调整。也可以根据振波周期，对钢丝绳进行调整，一般当各钢丝绳振波周期相差10时，应进行调整。如果液压缸调整范围不够或无液压调绳装置时，可以用减少张力小的钢丝绳长度方法来实现，被校正钢丝缚的长度可按下式计算： 式17式中 被调整钢丝绳的调整长度(m)；Qp每根钢丝绳的终端平均荷重(平均张力) ke)，Q被调整钢丝绳的终端荷重(kg)。 3标记法测量直径差(累计误整法或行程返回法) 设轮中心钱与相应钢丝绳中心线间的平均距离称为绳槽的有效半径， 相应的直径称为有效直径。 图8 标记法测量和调整绳槽直径 如图8a所示，当提升容器1到达A侧所示位置时，进入绳槽的各钢丝绳中最大有效直径的那一条绳的张力最大。

24、此时由于提升容器在最高位置，因绳长较短，尽管绳和绳之间的张力差很大，但弹性伸长的差值却是很小的。在B侧也有同样的弹性伸长差值，不过B侧由于钢丝绳很长，各绳间张力差是不大的。因此在B侧，实际上所有钢丝绳的张力几乎是相同的，而与A侧钢丝绳间产生的张力差的大小无关。 当提升容器1下放时，有效直径最大的绳槽，在前一半提升距离内送往A边的绳量比其他绳槽大。因此当两个提升容器都在井筒中间时如图8b所示，在有效直径最大的绳槽中运行的钢丝绳，弹性伸长最小，张力也减小，而在B侧，这根绳的弹性伸长和张力最大。 当提升容器1从井筒中部向井底下放时， 如图 8c所示，B侧受最大张力的钢丝绳直径逐步变细 ，所以尽管它运

25、行在 有效直径最大的绳槽中，被送往A侧的钢丝绳量也开始比其它绳槽为小。因此，所有钢丝绳的弹性伸长和张力在提升容器1到达井底时，又重新变成实际相等。如果提升容器在井筒中间时，给A侧靠近摩擦轮的各钢丝绳上做上标记，例如，在同一高度上将所有钢丝绳都粘上条胶带，那么，当提升容器1下放到井底时，由于弹性伸长，这些标记就会出现一定偏移。当容器由井筒中间下放时，具有最大有效直径的绳槽向下放侧运送的钢丝绳量最小，所以，在提升容器到达井底时，这根绳上标记间高于其它绳的标记，见图8 。 如果提升容器1再提升升到井筒中部，有效直径最大的绳槽向B侧送出的绳量此其它绳都大。结果这根绳的标记比起其它几根绳的标记向上移动最

26、多。钢丝绳上标记最上的， 其绳槽直径最大最下的其直径小。标记差 H与绳槽直径差成比例关系， 与提升高度Hs、提升容器卸载位置和摩擦轮中心线间钢丝绳长度H0有关。当 H超过一定值时,需要车削绳槽进行调整。 表1给出的 max值可做为车削绳槽的参考，超过 max值应进行车削，车削完后再进行标志法测量，使标记位移量 H接近于 零，见图 8e、f、g 。 车削绳槽时，开始应少进刀并进行试验，找出车削量与标记位移的关系。表1 四种钢丝绳悬垂高度和最短悬挂长度 计算值Hc(m)H0(m)Hmax(mm)备注200 400800120010 15151517 336189最短悬挂长度 H0,不包括提升容器上的连续转置长度 根据上述情况，标记法测量顺序可归纳为： (1)首先用振波法测量因钢丝绳长度不向而造成的张