提升鋼絲繩力學(xué)性能及其調(diào)換繩技術(shù)研究
隨著淺表礦井資源的日趨枯竭及對資源需求程度的不斷增加，重載、深井、高提速多繩摩擦提升礦井勢必成為未來礦山生產(chǎn)的主導(dǎo)。這種礦井提升鋼絲繩的載荷工況更加復(fù)雜，出現(xiàn)事故的概率更大，對提升鋼絲繩力學(xué)性能也提出了更高的要求。現(xiàn)實(shí)中，人們對提升鋼絲繩的力學(xué)性能的掌握大都來自現(xiàn)場應(yīng)用總結(jié)或試驗(yàn)研究，為其制作、選用及應(yīng)用給出的指導(dǎo)作用有限；且提升鋼絲繩調(diào)換環(huán)節(jié)的不合理對其產(chǎn)生了不利影響，這些因素一定程度上降低了提升鋼絲繩的力學(xué)性能及使用安全系數(shù)。因此，對以上各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)而有效提高提升鋼絲繩乃至整個提升系統(tǒng)的安全性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文從提升鋼絲繩材質(zhì)、制作方式、特殊載荷形式等方面對其力學(xué)性能進(jìn)行了理論分析，結(jié)合調(diào)換繩環(huán)節(jié)存在的難題，分別提出了改善其力學(xué)性能的理論方法及技術(shù)方案。
從提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特性角度分析了提高其力學(xué)性能的方法。應(yīng)用Materials studio軟件分析了C、Mn元素對鋼絲材質(zhì)力學(xué)性能的影響，為改善提升鋼絲繩的力學(xué)性能提供了一種理論計算方法。對提升鋼絲繩的繩股斷面、捻制方式及鍍鋅工藝與其應(yīng)用工況的匹配性進(jìn)行了理論分析，得出合理的選擇提升鋼絲繩的類型可以有效地提高其力學(xué)性能。
基于提升鋼絲繩結(jié)構(gòu)特性分析了其在拉伸時的拉伸扭轉(zhuǎn)載荷、絲股應(yīng)力分布不均、周期交變載荷等力學(xué)特性，為深入分析提升鋼絲繩正常承載時的力學(xué)性能提供理論指導(dǎo)。從提升鋼絲繩維護(hù)角度分析了影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，結(jié)果表明潤滑太少、換繩方式不合理及張力調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)榷紩谝欢ǔ潭壬辖档吞嵘摻z繩力學(xué)性能，并提出提升鋼絲繩更換與張力調(diào)節(jié)是所需解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
基于提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)特性，結(jié)合實(shí)例定量分析了“新舊繩捆綁”換繩方法所產(chǎn)生附加扭轉(zhuǎn)載荷對提升鋼絲繩的危害程度，分析結(jié)果得出，附加扭轉(zhuǎn)載荷使提升鋼絲繩內(nèi)部鋼絲的最大應(yīng)力值增加了約20%，且礦井越深，這種附加扭轉(zhuǎn)載荷的危害越大。通過對消除附加扭轉(zhuǎn)換繩裝置方案論證，基于“液壓打開，機(jī)械鎖緊”的夾繩機(jī)理和“管線成型”式的送繩原理，研發(fā)了連續(xù)小沖擊換繩裝置；應(yīng)用ADMAS軟件對其進(jìn)行了仿真試驗(yàn)分析，并結(jié)合消除附加扭轉(zhuǎn)換繩裝置的現(xiàn)場試驗(yàn)情況，驗(yàn)證了連續(xù)小沖擊換繩裝置能夠安全釋放舊繩扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，送繩環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)多繩同步，動作平穩(wěn)、安全。
通過對提升鋼絲繩張力平衡影響因素及事故案例分析得出目前張力不平衡產(chǎn)生的主要因素是調(diào)節(jié)不當(dāng)所引起的各繩長度偏差。在對夾繩機(jī)構(gòu)“自鎖”機(jī)理和總體方案對比論證的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一套能夠適應(yīng)各種工況（尤其重載深井工況）的提升鋼絲繩快速調(diào)節(jié)裝置。ANSYS/LS-DYNA仿真和試驗(yàn)結(jié)果都驗(yàn)證了裝置夾繩機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性?，F(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)表明了該裝置能夠高效、安全完成對提升鋼絲繩的調(diào)節(jié)，有效消除各繩間的張力不平衡。
綜上所述，本文基于對提升鋼絲繩力學(xué)性能及影響因素的分析，提出了有效提高其力學(xué)性能的理論方法及技術(shù)方案。對提高提升鋼絲繩的安全性及適應(yīng)未來礦井的需求，具有較好的現(xiàn)實(shí)與長遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義。
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