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摩擦式提升機(jī)防過(guò)卷保護(hù)鋼絲繩應(yīng)力分析（1）(圖文)

時(shí)間：2024-09-09 08:02:40 點(diǎn)擊數(shù)：

導(dǎo)讀

針對(duì)多繩摩擦式提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)卷、過(guò)放工況，造成鋼絲繩應(yīng)力瞬間集中引起斷裂等問(wèn)題，應(yīng)用了一種應(yīng)對(duì)特殊工況的防過(guò)卷保護(hù)裝置，并以 6×36WS+IWRC 鋼絲繩為研究對(duì)象，采用有限元分析法建立了鋼絲繩仿真模型并進(jìn)行數(shù)值模擬。仿真結(jié)果表明：鋼絲繩股內(nèi)的應(yīng)力分布不均勻；鋼絲繩截面呈現(xiàn)出層狀分布；繩股內(nèi)側(cè)為壓，外側(cè)為拉；對(duì)于同向捻鋼絲繩，股內(nèi)變形大于右交互捻鋼絲繩；應(yīng)力集中的部位發(fā)生在鋼絲繩的彎曲位置點(diǎn)；鋼絲繩的外層絲等效應(yīng)力呈現(xiàn)出等幅波動(dòng)。
隨著礦山開采量和開采強(qiáng)度的不斷增大，井下機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于保證產(chǎn)量和企業(yè)的效益至關(guān)重要。多繩摩擦式提升系統(tǒng)是井下常用的機(jī)電液一體化裝備，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、多根鋼絲繩及天輪等部分組成，是礦山領(lǐng)域的關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備。鋼絲繩是整個(gè)提升系統(tǒng)的承載構(gòu)件，用于提升和下放罐籠并且承受載荷作用。在運(yùn)行過(guò)程中，摩擦式提升機(jī)容易出現(xiàn)過(guò)卷故障，此時(shí)鋼絲繩的受力比較復(fù)雜，容易造成鋼絲繩內(nèi)部斷絲或突然斷裂，引起煤礦提升事故。

為了保證提升系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者研究了提升機(jī)防過(guò)卷保護(hù)裝置。賈福音等人通過(guò)對(duì)摩擦式提升機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種保護(hù)裝置對(duì)提升過(guò)程的制動(dòng)進(jìn)行緩沖，減少了鋼絲繩受到的沖擊力；但是，摩擦式提升機(jī)的過(guò)卷裝置受外部的影響較大，沒(méi)有分析鋼絲繩的內(nèi)部應(yīng)力變化特性，無(wú)法得出鋼絲繩在受到作用力時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律。本研究基于礦井摩擦式提升機(jī)結(jié)構(gòu)組成，應(yīng)用了一種應(yīng)對(duì)特殊工況的防過(guò)卷保護(hù)裝置，利用有限元分析軟件 Pro/Engineer 建立了鋼絲繩仿真模型，仿真鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力，并得到了應(yīng)力分布規(guī)律。

1 摩擦式提升機(jī)和過(guò)卷保護(hù)裝置
1.1 多繩摩擦式提升機(jī)
礦井多繩摩擦式提升機(jī)是我國(guó)礦井領(lǐng)域zui常用的提升裝備，主要用于提升人員、設(shè)備和物料。該提升系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、多根鋼絲繩、上下天輪及罐籠等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中，驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)和聯(lián)軸器等部分組成，可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)對(duì)罐籠的提升和下放；上下天輪用于對(duì)鋼絲繩進(jìn)行改向。提升鋼絲繩在天輪位置會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，鋼絲繩的應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)突變。

圖1 多繩摩擦式提升系統(tǒng)

1.驅(qū)動(dòng)裝置；2.鋼絲繩；3.天輪；4.罐籠；5.下方容器；6.尾繩。

1.2 防過(guò)卷保護(hù)裝置
當(dāng)?shù)V井提升機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)傳感器失效、制動(dòng)系統(tǒng)失靈以及突然斷電時(shí)，非常容易引起過(guò)卷。過(guò)卷發(fā)生后，鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力瞬間增大，導(dǎo)致提升機(jī)罐籠出現(xiàn)嚴(yán)重振動(dòng)，有可能引起墜罐事故。為此，提升機(jī)防過(guò)卷裝置應(yīng)運(yùn)而生。防過(guò)卷保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 防過(guò)卷保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意

1.上支架；2.耐磨鋼帶；3.基礎(chǔ)；4.緩沖液壓缸組；5.水平支撐橫梁；6.立柱；7.鋼帶；8.罐籠；9.壓輥耳座；10.壓輥；11.托罐梁；12.托罐爪；13.彈簧；14.壓輥組。

整個(gè)防過(guò)卷裝置由井架、支撐立柱、壓輥組以及鋼帶等部分組成。該裝置由 5 個(gè)緩沖液壓缸支撐，且沿垂直方向等距布置。每一個(gè)緩沖液壓缸活塞桿上都裝有鋼帶，且鋼帶在各緩沖液壓缸由活塞桿進(jìn)行固定。防過(guò)卷保護(hù)裝置通過(guò)鋼帶吸收應(yīng)變能，從而在過(guò)卷時(shí)對(duì)罐籠進(jìn)行緩沖，并且利用緩沖壓輥降低制動(dòng)沖擊力。該裝置能對(duì)鋼絲繩進(jìn)行可靠制動(dòng)，并且有效防止鋼絲繩出現(xiàn)過(guò)卷；但在實(shí)際進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，鋼絲繩的應(yīng)力也會(huì)受防過(guò)卷裝置的影響。