摩擦式提升机提升钢丝绳寿命影响因素浅析（上）

时间：2024-05-05 11:13:05  点击数：

导读

      摩擦式提升机的提升钢丝绳在运行中承受各种应力以及冲击载荷的综合作用。分析了影响提升钢丝绳使用寿命的各种因素，结合矿井提升基础理论及国内典型矿山摩擦式提升机提升钢丝绳的使用情况，从多个方面提出了延长提升钢丝绳使用寿命的措施，对于新建或在用矿山有一定的参考或借鉴意义。
 
     摩擦式提升机因提升能力强、提升高度高、提升速度快、电动机功率消耗低、使用安全可靠等优势，在地下矿山开采中的应用越来越多。摩擦式提升机依靠提升钢丝绳与摩擦轮衬垫间的摩擦力带动提升容器在井筒中运行。钢丝绳在运行中承受拉伸应力、扭转应力、弯曲应力、接触应力，以及各种冲击载荷的综合作用，同时受到井筒中淋水、潮气的影响，使钢丝绳产生断丝、缩径、锈蚀等损伤。当损伤超过标准规定时，就需要报废或更换。提升钢丝绳的使用寿命受多种因素的影响，需要综合考虑矿井提升系统设计以及使用过程中的维护保养等方面的因素，以改善钢丝绳的作业条件和受力状况，达到延长使用寿命的目的。

1 影响提升钢丝绳使用寿命的因素
1.1 矿井提升高度
      结合国内外大量摩擦式提升机的使用情况来看，深井提升钢丝绳的使用寿命普遍比浅井的寿命要短，究其原因有：① 随着井深的增加，提升钢丝绳的扭转应力越大，扭转疲劳增加了钢丝绳的断丝概率；②随着井深的增加，提升钢丝绳终端负载变化率(应力幅)逐渐加大，促使钢丝绳的疲劳破坏加速。张小楼煤矿、冬瓜山铜矿主井的提升高度分别为 1 039.6、1 094.0 m，应力幅分别达到了 10.02%、11.08%，接近于文献[1]中提出的ji限值 11.5%，是导致这两座矿山的主井提升钢丝绳使用寿命较短的原因之一，只有6 个月左右。

1.2 D/d比
      D/d 比即摩擦轮与钢丝绳的直径比。《煤矿安全规程》第四百一十九条规定：落地式摩擦提升装置的摩擦轮及天轮，围抱角大于 180°的摩擦式提升装置的摩擦轮，其zui小直径与提升钢丝绳直径之比，井上安装时不小于 90，井下安装时不小于 80；摩擦式提升装置的导向轮的zui小直径与钢丝绳直径之比，不小于 80。《金属非金属矿山安全规程》6.3.5.1 条款也做了类似规定。同等情况下，D/d 比值越大，提升钢丝绳产生的弯曲应力越小，对提升钢丝绳越有利；但绳径比越大，提升机规格越大，设备造价越高，因此需要综合分析，合理确定。

1.3 摩擦轮和导向轮中 心高
      提升钢丝绳经过摩擦轮和导向轮(天轮)时，要不断地承受正向和反向弯曲应力的作用。尤其是井塔上安装有导向轮的摩擦式提升机，如果摩擦轮与导向轮间的中 心高相差较小而提升速度偏大时，提升钢丝绳的弯曲应力来不及释放，容易造成提升钢丝绳的疲劳断丝。冬瓜山铜矿摩擦轮和导向轮之间的中 心高差为 6 m，提升速度为 12 m/s，提升钢丝绳使用寿命仅有 6 个月左右。张小楼煤矿摩擦轮和导向轮之间的中 心高差为 5 m，当提升速度为 10 m/s 时，提升钢丝绳的使用寿命为半年；当提升速度为 12 m/s 时，钢丝绳寿命缩短为 3 个月。唐口煤矿提升高度为 1 050 m，提升速度为 12.36 m/s，与张小楼煤矿和冬瓜山铜矿采用相同的三角股钢丝绳，但因其采用落地式摩擦提升机，摩擦轮和天轮之间距离较大，提升钢丝绳承受的正向和反向弯曲应力得到了较充分的释放，提升钢丝绳使用寿命接近 2年。

1.4 提升钢丝绳选型
      提升钢丝绳的选型是否合理，对其使用寿命有着直接的影响。提升钢丝绳的选型主要包括以下内容。

      (1)钢丝绳表面状态 如是否涂增摩脂、镀锌等。

      (2)钢丝绳结构形式 如股数、绳股中钢丝间接触形式、外层钢丝直径，是否为密封绳或压实股绳等。对于提升钢丝绳磨损比较严重的矿井，若选用提升钢丝绳绳股外层钢丝直径较细时，则容易因磨损引发断丝，使钢丝绳过早受损；当选用点接触钢丝绳时，会由于绳股中钢丝间、股间较大的接触应力引起钢丝绳断丝。

      (3)钢丝绳捻向 深井提升时，若采用同向捻钢丝绳，会因钢丝绳在井筒中比较剧烈的旋转引起绳股中钢丝疲劳断丝。

      (4)钢丝绳强度等级 钢丝绳抗拉强度等级越高，其钢丝韧性就越差，抗弯曲疲劳的能力相应有所降低，会直接影响提升钢丝绳的使用寿命。

1.5 运行时的冲击载荷及弹性振动
      提升钢丝绳在运行过程中，要承受启动加速、制动减速、装卸载以及发生过卷、卡罐、托罐、操作失误等情况时产生的冲击载荷及弹性振动。提升机启动加速时，如果启动加速度从零突然上升到zui大，启动冲击值(启动加速度变化率)就会很大，在提升钢丝绳中造成很大的动张力。尤其是采用恒力矩制动的提升系统，在重载提升、空载运行、重载下放等不同的工况下，制动减速度的变化范围较大，提升系统相应会产生较大的冲击载荷，加剧提升钢丝绳的疲劳损伤。

1.6 钢丝绳的制造质量
      钢丝绳制造使用的原材料的质量等级，拉丝、表面处理、捻股、合股等制造设备以及制造工艺均会影响提升钢丝绳的质量。若提升钢丝绳制造质量较差，就会过早地产生断丝损伤，直接影响其使用寿命。

1.7 安装及使用维护方面的影响
      提升钢丝绳在安装或更换时，新绳与尖锐物体相碰或新旧钢丝绳打卡子固定过程中，会对新绳绳股外层钢丝产生一定程度的损伤，成为钢丝绳投入运行之后的薄弱环节。此外，摩擦轮上衬垫绳槽直径不同、各绳提升速度不同，或提升钢丝绳张力自动平衡悬挂装置失效等，都会造成某根提升钢丝绳受力偏大，可能会提前破坏。摩擦轮、导向轮绳槽的断面形状不合适或粘有附着物，也会使提升钢丝绳受到额外挤压，产生额外的接触应力，进而对提升钢丝绳造成损坏。