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摩擦式提升機防過卷保護鋼絲繩應(yīng)力分析（1）(圖文)

時間：2024-09-09 08:02:40 點擊數(shù)：

導(dǎo)讀

針對多繩摩擦式提升機在運行過程中容易出現(xiàn)過卷、過放工況，造成鋼絲繩應(yīng)力瞬間集中引起斷裂等問題，應(yīng)用了一種應(yīng)對特殊工況的防過卷保護裝置，并以 6×36WS+IWRC 鋼絲繩為研究對象，采用有限元分析法建立了鋼絲繩仿真模型并進行數(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；鋼絲繩的外層絲等效應(yīng)力呈現(xiàn)出等幅波動。
隨著礦山開采量和開采強度的不斷增大，井下機電設(shè)備的穩(wěn)定運行對于保證產(chǎn)量和企業(yè)的效益至關(guān)重要。多繩摩擦式提升系統(tǒng)是井下常用的機電液一體化裝備，主要由驅(qū)動裝置、制動裝置、多根鋼絲繩及天輪等部分組成，是礦山領(lǐng)域的關(guān)鍵機電設(shè)備。鋼絲繩是整個提升系統(tǒng)的承載構(gòu)件，用于提升和下放罐籠并且承受載荷作用。在運行過程中，摩擦式提升機容易出現(xiàn)過卷故障，此時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)定運行，國內(nèi)很多學(xué)者研究了提升機防過卷保護裝置。賈福音等人通過對摩擦式提升機結(jié)構(gòu)特點進行分析，設(shè)計了一種保護裝置對提升過程的制動進行緩沖，減少了鋼絲繩受到的沖擊力；但是，摩擦式提升機的過卷裝置受外部的影響較大，沒有分析鋼絲繩的內(nèi)部應(yīng)力變化特性，無法得出鋼絲繩在受到作用力時的應(yīng)力分布規(guī)律。本研究基于礦井摩擦式提升機結(jié)構(gòu)組成，應(yīng)用了一種應(yīng)對特殊工況的防過卷保護裝置，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 摩擦式提升機和過卷保護裝置
1.1 多繩摩擦式提升機
礦井多繩摩擦式提升機是我國礦井領(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)動裝置由電動機、減速機和聯(lián)軸器等部分組成，可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)對罐籠的提升和下放；上下天輪用于對鋼絲繩進行改向。提升鋼絲繩在天輪位置會出現(xiàn)彎曲變形，鋼絲繩的應(yīng)力會出現(xiàn)突變。

圖1 多繩摩擦式提升系統(tǒng)

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

1.2 防過卷保護裝置
當?shù)V井提升機在運行中出現(xiàn)傳感器失效、制動系統(tǒng)失靈以及突然斷電時，非常容易引起過卷。過卷發(fā)生后，鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力瞬間增大，導(dǎo)致提升機罐籠出現(xiàn)嚴重振動，有可能引起墜罐事故。為此，提升機防過卷裝置應(yīng)運而生。防過卷保護裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 防過卷保護裝置結(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。

整個防過卷裝置由井架、支撐立柱、壓輥組以及鋼帶等部分組成。該裝置由 5 個緩沖液壓缸支撐，且沿垂直方向等距布置。每一個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行固定。防過卷保護裝置通過鋼帶吸收應(yīng)變能，從而在過卷時對罐籠進行緩沖，并且利用緩沖壓輥降低制動沖擊力。該裝置能對鋼絲繩進行可靠制動，并且有效防止鋼絲繩出現(xiàn)過卷；但在實際進行制動時，鋼絲繩的應(yīng)力也會受防過卷裝置的影響。