提升钢丝绳失效原因及改进措施的研究汇编.doc

论文 名称 提升钢丝绳失效原因及改进措施的研究 论 文 摘 要 研究了提升钢丝绳的生产加工工艺和现场使用情况，分析了提升钢丝绳发生早期失效的原因，提出了提升钢丝绳加工工艺的改进措施，同时研制了一种新型的连接器装置，该装置可以有效平衡提升钢丝绳在使用过程中产生的扭转力，能够有效延长提升钢丝绳的使用寿命，提高了矿井提升工作的安全性。 第一 作者 姓名 卢如意 电子邮箱 职称 高级工程师 职务 部长 最高 学历 研究生 移动 电话单位 电话 工作 单位 上海大屯能源机电管理部 合作者 论文获奖或发表交流等情况 评审 情况 备 注 公司优秀科技论文评选登记表 提升钢丝绳失效原因及改进措施的研究 卢如意 (中煤大屯公司机电管理部 221611) 摘要：研究了提升钢丝绳的生产加工工艺和现场使用情况，分析了提升钢丝绳发生早期失效的原因，提出了提升钢丝绳加工工艺的改进措施，同时研制了一种新型的连接器装置，该装置可以有效平衡提升钢丝绳在使用过程中产生的扭转力，能够有效延长提升钢丝绳的使用寿命，提高了矿井提升工作的安全性。 关键词：提升钢丝绳；失效分析；改进措施 中图分类号： TH237 文献标识码：A 0 引言 提升钢丝绳是矿井提升工作中的主要受力件，对矿井提升安全至关重要。由于特殊的工况环境，提升钢丝绳往往在其设计使用年限内发生失效现象，需要停产更换新的钢丝绳，为矿企带来巨大经济损失的同时，还影响到矿井的安全生产，威胁到人员和财产安全。以大屯煤电孔庄矿为例，孔庄矿混合井1000M井筒提升机钢丝绳使用寿命一般只有一年多，有的矿千米深井钢丝绳使用寿命甚至不足半年，更换一次钢丝绳的成本为200万元左右，以年产200万吨原煤计算，其每天需要提升接近六千多吨原煤，假如更换钢丝绳花费7个工作日进行停产安装则少生产4万多吨原煤，。本文在研究提升钢丝绳失效形式的基础上，分析总结了提升钢丝绳的早期失效原因，并提出了相应的改进措施。 1 提升钢丝绳早期失效原因分析 鉴于多层股钢丝绳具有挠性好、强度大、耐疲劳性能好等特点，所以目前矿井提升钢丝绳一般采用多层股钢丝绳。但是，由于在制造过程中受到捻制装备、操作技术、制造工艺和钢丝绳结构本身特点的影响，同时在使用过程中受到工况环境、提升方式等因素的影响，多层股钢丝绳在实际使用过程中容易出现早期失效问题。 1.1 提升钢丝绳自身原因 (1) 层与层分离导致外层绳股发生松动 提升钢丝绳在捻制过程中，内层和外层绳股的捻向相反，现有的捻制设备和捻制工艺容易使多层钢丝绳在捻制过程中产生过量的预变形，其中外层绳股所形成的螺旋线长度和曲率半径超过钢丝绳绳股的固有值[1]。当这种多层股提升钢丝绳在使用过程中受到拉力作用时，内、外层绳股的绳径在拉应力作用下都会有所减小，此时外层绳股的螺旋线长度也会相应地减小，而本身在生产加工过程中外层绳股的螺旋线长度已经超过了固有值，所以在受力变形后外层绳股的余量就更为明显，外层绳股的变形量无法得到释放和伸展，故造成提升钢丝绳内层和外层绳股的分离，从而产生一定的松动现象。图1模拟了处于旋转状态下的钢丝绳，在拉力和扭转力的共同作用下钢丝绳发生了明显的分层和松动现象。 图1 拉力和扭转力作用下的钢丝绳状态图 (2) 层与层受力不均导致内层绳股早期断裂 由于内层和外层绳股的捻向相反，内层绳股和外层绳股之间是一种点接触或者线接触形式，在重载作用时相邻的绳股之间会产生很大的挤压力和摩擦力，而试验证明内层绳股所受到的挤压力和摩擦力最大[2]。同时，由于在捻制过程中预变形量和伸缩率不同，使得内、外层绳股受力不均匀，内层绳股由于断面伸出而受力更大。当提升钢丝绳在交变应力和冲击载荷的作用下，内层绳股的钢丝表面容易形成微小的裂纹，然后慢慢演变为宏观裂纹，最终导致受损钢丝断裂失效。在对报废的提升钢丝绳进行失效分析时，可以清楚地发现内层绳股钢丝发生断丝和磨损失效的现象远远大于外层绳股。图2为从报废钢丝绳中剥离出的内层绳股实物图，从图2可以清晰地看到在内层绳股的钢丝上布满了各异的压痕和裂纹。 图2 钢丝绳内层绳股实物图 1.2 提升钢丝绳使用中的原因 目前，矿井使用的提升钢丝绳与箕斗、罐笼的连接器均为楔块锁紧刚性连接，这种连接方式能够保证连接头的牢固可靠，不会出现松动和脱落现象。但是，在提升机带动提升容器往复运行时，提升钢丝绳除了承受巨大的拉应力和冲击载荷外，还不可避免地要产生旋转捻力矩。一方面，通常多层股钢丝绳外层绳股的扭矩大于内层绳股的扭矩，所以钢丝绳在