乔昌宇

(中冶北方工程技术有限公司采矿室,辽宁鞍山 114001)

浅谈钢丝绳在矿山工程设计中的应用

乔昌宇

(中冶北方工程技术有限公司采矿室,辽宁鞍山 114001)

文章举例分析钢丝绳在工程设计中的选型设计并介绍了如何延长钢丝绳的使用寿命。提升钢丝绳是连接提升容器和提升机,传递动力的重要部件,承受着垂直张力及系统的冲击载荷。它是提升系统的重要组成部分,更是整个矿山企业安全运行的保障。

矿用钢丝绳 钢丝绳选型 使用维护

1 钢丝绳在工程设计中的选型计算

由于钢丝绳的结构复杂,影响因素较多,因此矿用钢丝绳的强度计算按《金属非金属矿山安全规程》的规定,钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。下面以海南铁矿1号主井提升钢丝绳的设计为例,介绍一下提升钢丝绳的选型计算。

海南铁矿1号主井井口标高为135m,服务至-360m水平,承担100万t/a的富矿提升和60万t/a的废石提升任务。矿石的松散体重为2.32 t/m3;废石的松散体重为1.64 t/m3;提升容器选用14m3底卸式箕斗,单箕斗提升。箕斗自重22.5t,一次提升富矿时的有效载重27t,提升废石的有效载重为19t。平衡锤选用36t多绳平衡锤。提升机为JKM3.5×6多绳摩擦式提升机,最大静张力为820kN,最大静张力差220kN,配用N=2000kW直流低速电动机。

提升首绳钢丝绳选型计算:

设钢丝绳的体积质量为γ(kg/mm3)则:

把(2)代入(1)式得:

提升首绳选择6v×37S+FC-1770型钢丝绳,直径d=32mm,钢绳重P=4.35kg/m,最小破断力总和F=806.25kN.尾绳为34×7＋FC型d＝48mm,q＝8.99kg/m。

钢丝绳安全系数:

符合《金属非金属矿山安全规程》中,多绳摩擦式提升钢丝绳升降物料用的,安全系数不小于7的规定。

尾绳选择q’=2x4.35=8.7kg/m,尾绳为34×7＋FC型d＝48mm,q＝8.99kg/m。

罐道绳和拉紧装置选择;罐道绳采用二层Z型钢丝绳,公称强度1180MPa,绳径45mm,罐道绳单位重量为11.31kg/m,总破断力为1623kN。罐道绳悬垂高度为730m,则拉紧装置最小拉紧力为:7.3x10=73kN 取80kN;A点:80kN;B点:80x1.1=88kN;C点:88x1.1=96.8kN;D点:96.8x1.1=106.48kN;选择SGY-20型液压螺杆拉紧钢绳罐道装置,Q=200kN。

提升重载侧最大静张力S1=(Q+Qj+p1H0)g=(27000+22500+6x4.35x734)x9.81=673.53kN

平衡锤侧最大静张力:

张力差:F=S1-S2=126.17kN

提升钢丝绳的防滑验算:

(1)选用进口K25衬垫,摩擦系数μ=0.25。

(2)提升钢丝绳对衬垫的单位压力:

(3)对于摩擦提升设备钢丝绳沿主导轮不发生滑动的条件:

(4)根据《金属非金属矿山安全规程》规定,多绳摩擦提升系统,静防滑安全系数应大于1.75,动防滑安全系数应大于1.25。

静防滑系数

动防滑系数

满足《金属非金属矿山安全规程》防滑要求。

由于钢丝绳与终端载荷构成的系统振动,沿钢丝绳传递的振动波与振动波在钢丝绳终端的反射波,在钢丝绳较短时相互叠加可以达到相当大的数值,而钢丝绳很长时反射波对振动波起到局部阻尼作用,使振动应力减小,因此竖井提升钢丝绳的安全系数随井深的增加而减小并不会降低其安全程度。

钢丝绳中由于振动而引起的最大应力为:

V——钢丝绳运行速度;

Es——钢丝绳弹性模数;

g——重力加速度;

在其他条件不变时,最大应力σdmax是随井深增大而减小的。因此上式反映了钢丝绳的安全系数值随井深增加而降低的关系。

2 延长钢丝绳的使用寿命

提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分,除了合理地选择钢丝绳以外,还应正确地使用与维护钢丝绳,以便延长钢丝绳的使用寿命。

(1)在钢丝绳的使用中,要满足滚筒直径与钢丝绳直径的比值要求,以控制其弯曲疲劳强度。(2)钢丝绳使用过程中应注意润滑,良好地、定期地润滑对提高钢丝绳使用寿命影响很大。(3)对提升钢丝绳,除每日进行检查外,应每周进行一次详细检查,每月进行一次全面检查。对平衡绳(尾绳)和罐道绳,每月进行一次详细检查。

此外,要仔细地运输、存放及悬挂钢丝绳,提升操作要平稳,注意滚筒及天轮衬垫情况。加强对钢丝绳的维护,将会提高钢丝绳的使用寿命。

3 结语

矿山系统设计在钢丝绳选型时,要合理地选择钢丝绳强度、终端载荷及绳径,并对其安全系数及防滑系数进行验算,满足《金属非金属矿山安全规程》中的有关规定。另外,在生产中应做好钢丝绳的日常维护和检查,延长钢丝绳的使用寿命。

[1]金属非金属矿山安全规程.GB 16423——2006.北京:中国标准出版社,2006.

[2]张富民.主编.采矿设计手册(第四卷).矿山机械卷.北京:中国建筑工业出版社,1988.

乔昌宇(1981-),男,辽宁鞍山人,汉族,大学本科学历,中冶北方工程技术有限公司,采矿室,工程师,矿山机械专业。