提升鋼絲繩力學(xué)性能研究現(xiàn)狀
很多使用者和國內(nèi)外研究人員對提升鋼絲繩力學(xué)性能進(jìn)行了大量的探索,并取得了一定成果。
在國內(nèi),由于提升鋼絲繩失效事故的頻繁發(fā)生以及國家對提升鋼絲繩安全使用的特別重視,很多學(xué)者對提升鋼絲繩力學(xué)性能的關(guān)注不斷增加,并取得了一定進(jìn)展??酌?l]
通過金相分析儀研究了內(nèi)部鋼絲的內(nèi)在特性,包括鋼絲材質(zhì)的晶粒大小,珠光體形態(tài)等。對比分析了鋼絲在冷拔前后的金相圖譜,并分析了兩種形態(tài)下組織晶粒度及珠光體的不同之處,進(jìn)而找出該現(xiàn)象的原因,以及由此引起的對鋼絲繩韌性、機(jī)械性能等所產(chǎn)生的影響。通過試驗研究了鋼絲在拉伸、彎曲作用下的破斷形式及其外觀表現(xiàn),并由此得出其機(jī)械性能的差別。王文巖[2]對常用立井主提升鋼絲繩的制作特性及力學(xué)性能進(jìn)行了分析,尤其對各種絲股結(jié)構(gòu)類型提升鋼絲繩在使用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),闡明了在較深主提升系統(tǒng)中大都采用圓股鋼絲繩的原因和依據(jù),并通過實(shí)例加以驗證。倪松遠(yuǎn)23]
認(rèn)為鋼絲繩能否更好的應(yīng)用和它的自身的性質(zhì)緊密相關(guān),針對這方面問題,通過大量試驗研究探討了鋼絲的機(jī)械性質(zhì)以及鋼絲繩的破斷拉力、彈性模量和抗拉強(qiáng)度與其結(jié)構(gòu)、長度、繩芯、捻制方法、拉力等因素的關(guān)系,得出鋼絲捻制前后機(jī)械性質(zhì)的變化。通過對試驗數(shù)據(jù)得出的結(jié)論,對鋼絲繩機(jī)械性質(zhì)今后進(jìn)一步的研究提供一定的參考價值;同時對鋼絲繩的使用選擇和有關(guān)鋼絲繩的設(shè)汁提供參考依據(jù)。袁國忠20分析了礦井提升鋼絲繩機(jī)械性能的影響因素,包括斷絲、銹蝕及磨損等;并給出了相應(yīng)的防治措施,具體有:減少磨損及接觸應(yīng)力以防止斷絲發(fā)生,減少彎曲應(yīng)力以避免疲勞損傷,定期涂油以防止鋼絲銹蝕,合理選型以提高壽命。李鐵萍等[2]以纖維芯鋼絲繩為對象,研究其粘彈性力學(xué)性能。從理論上推導(dǎo)出鋼絲繩在單向拉伸作用下的拉力與位移關(guān)系,確定鋼絲繩變形的時間相依性;基于應(yīng)力松弛試驗,建立了鋼絲繩的粘彈性力學(xué)模型,試驗結(jié)果表明,所建立的模型能較好地反映鋼絲繩在單向拉伸作用下的應(yīng)力松弛情況。纖維芯鋼絲繩被廣泛用于立井提升系統(tǒng)中,在考慮提升鋼絲繩的粘彈性性能后,提升機(jī)滾筒所受的徑向壓力會隨時間而變化,滾簡的屈曲失效分析應(yīng)考慮此特性產(chǎn)生的效應(yīng)。張仿等2]認(rèn)為提升鋼絲繩受到外力作用時,多數(shù)結(jié)構(gòu)類型的提升鋼絲繩都會以其自身為軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn),這是提升鋼絲繩難以克服的力學(xué)性能。闡述了現(xiàn)有IS021669:2005所使用的吊鉤提升方式來測定扭轉(zhuǎn)的裝置存在弊端。研發(fā)了運(yùn)用材料試驗機(jī)測試提升鋼絲繩旋轉(zhuǎn)特性的新型檢測裝置,并選取典型結(jié)構(gòu)類型的提升鋼絲繩進(jìn)行旋轉(zhuǎn)度試驗,提升鋼絲繩的長度為其直徑的100及150倍,試驗結(jié)果表明:長度為直徑1000倍的提升鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)誤差在0~1.7圈內(nèi),同時也驗證了提升鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)特性及抗旋轉(zhuǎn)提升鋼絲繩的優(yōu)越性。趙曉博2]和王溪溪等[28]根據(jù)以往現(xiàn)場的應(yīng)用經(jīng)驗,闡明了礦井提升鋼絲繩的選型應(yīng)遵循以下原則,即提升鋼絲繩結(jié)構(gòu)類型、應(yīng)用環(huán)境、力學(xué)性能、使用場合等,并對以上因素作了一定的分析,從而得出了提升鋼絲繩選型的依據(jù)和方法,通過應(yīng)用實(shí)例驗證了其合理性。孫小東21認(rèn)為礦用提升鋼絲繩分線接觸和點(diǎn)接觸兩種,兩者的不同之處表現(xiàn)在:線接觸類型破斷力大于點(diǎn)接觸類型鋼絲繩,線接觸類型較點(diǎn)接觸類型鋼絲繩使用壽命高1~1.5倍,線接觸類型較點(diǎn)接觸類型鋼絲繩耐磨性表現(xiàn)好。由此特性區(qū)別得出在對鋼絲繩的檢驗時應(yīng)重點(diǎn)集中在疲勞、銹蝕及磨損情況的檢驗。趙瑜[3l論述了鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特性、維護(hù)及保養(yǎng)過程。通過對鋼絲繩結(jié)構(gòu)特性的分析來明確其在維護(hù)保養(yǎng)環(huán)節(jié)的目的,以降低使用中鋼絲繩的強(qiáng)度損耗。
在國外,Rebel,G/3l認(rèn)為由于提升鋼絲繩內(nèi)部鋼絲為螺旋結(jié)構(gòu)且繩股為三角形狀,所以當(dāng)處于約束和張力載荷時就會產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)力。當(dāng)提升鋼絲繩被垂直懸掛時,由于自重將會產(chǎn)生一種初始扭轉(zhuǎn)載荷。隨后建立了提升鋼絲繩扭轉(zhuǎn)實(shí)驗平臺,測試結(jié)果可以用來預(yù)測拉伸載荷下提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)情況;運(yùn)用所得到的變化規(guī)律對井深為2500米的礦井系統(tǒng)中提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)力進(jìn)行了求解,討論了這種沿長度方向變化的扭轉(zhuǎn)載荷對提升鋼絲繩的安全系數(shù)及使用壽命的影響,該礦使用中的提升鋼絲繩存在一定的扭曲變形。Kusnick,Len3]詳細(xì)論述了K-2礦井提升鋼絲繩的性能及維護(hù)過程,認(rèn)為盡管大量研究都探討了在立井提升系統(tǒng)中主提升鋼絲繩應(yīng)遵循的實(shí)際維護(hù)準(zhǔn)則,但嚴(yán)格把關(guān)提升鋼絲繩的制作程序以提高或優(yōu)化其內(nèi)在特性同樣至關(guān)重要。Guse,A.J/3]認(rèn)為常用提升鋼絲繩較小的強(qiáng)度與重量比是其難以適應(yīng)深井工礦的主要原因。隨著提升系統(tǒng)的井筒加深,運(yùn)行中的提升鋼絲繩會由此產(chǎn)生較高內(nèi)應(yīng)力和物理變形,從而導(dǎo)致其使用壽命大幅降低。具有較高強(qiáng)度與重量比的合成提升鋼絲繩能夠承受更大的有效載荷,在同等提升條件下,同規(guī)格合成繩的這種優(yōu)異內(nèi)在特性有助于提高提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,尤其適用于更深的立井提升。Giglio,Marcol3認(rèn)為提升鋼絲繩的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)分析是評價機(jī)械強(qiáng)度的基礎(chǔ),提出了不同的解析公式來估計提升鋼絲繩內(nèi)部和外部的應(yīng)力狀態(tài),建立了提升系統(tǒng)模型,以研究提升鋼絲繩所受的軸向力和彎曲力矩。將計算理論在現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用,與實(shí)驗數(shù)據(jù)比較得出提升鋼絲繩力學(xué)的分析應(yīng)以其可靠性和使用壽命為基準(zhǔn)。Basu,A.K[3]認(rèn)為影響提升鋼絲繩的載荷能力有很多方面,如抗拉強(qiáng)度、彈性、耐磨性、疲勞值、靜態(tài)和動態(tài)載荷等。另外還有鋼絲的材質(zhì)、工藝、是否存在微觀組織缺陷、存儲方式、維護(hù)方式、井筒的濕度和溫度等等。使用者應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工況經(jīng)濟(jì)地選擇提升鋼絲繩,使其達(dá)到最優(yōu)化。Pavel Peterkal3l對提升鋼絲繩進(jìn)行了試驗測試,并對樣品進(jìn)行了力學(xué)測試和微觀組織研究,研究結(jié)果表明提升鋼絲繩損壞的一個重要原因是繩股中各鋼絲的強(qiáng)度等級不同,制造廠商往往以材料的最大值進(jìn)行標(biāo)識其許用強(qiáng)度,這是提升鋼絲繩發(fā)生提前損壞的主要原因。
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