提升钢丝绳安全系数的验算Word下载.docx
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Fj·
m（N）
附图
（表1—1附图）
注：
Q——容器有效载荷；
Qz——容器自重；
p——主绳每米重力；
q——尾绳每米重力；
Hc——钢丝绳悬垂高度；
Hw——尾绳环高度；
n1——主绳根数；
h0——容器卸载位置到天轮中心线距离
（二）提升钢丝绳安全系数验算
按安全系数法钢丝绳的实际安全系数为
≥
（1—1）
式中Qd——钢丝绳中所有钢丝的破断力总和（N）；
Fj·
m——钢丝绳所受最大静张力（N）；
m——钢丝绳实际的安全系数；
ma——《煤矿安全规程》规定的钢丝绳安全系数，查表l—2。
表l—2提升用钢丝绳的安全系数
用途
钢丝绳安全系数的最低值ma
单绳缠绕式提升系统
多绳摩擦式提升系统
新悬挂时
使用中
新悬挂
专用于升降人员
9
7
9.2—0.0005HC
升降人员
和物料
升降人员时
混合提升时
升降物料时
7.5
6
8.2—0.0005HC
专用于升降物料
6.5
5
7.2—0.0005HC
若按（1—1）式计算出的m<
ma，则应及时更换钢丝绳，以确保提升系统的安全。
钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点馈麻坑等损伤时，不得用作升降人员。
钢丝绳锈馈严重，点馈麻坑形成沟文、外层钢丝松动必须立即更换。
钢丝绳的使用、保管、维护检查试验等遵照《规定》执行。
提升系统总变位质量及矿井阻力的测定
themesurationofmineresistanceandgeneralchangelocationqualityforhoistsystem
提升系统在加（减）速过程中其各个联动部件都要加（减）速，为了便于计算急惯性力，可把提升系统各运动部件的质量都变位到提升机滚筒圆周上，即线加速度为提升容器加速度的地方。
变位的原则是必须保证变位前后动能相等。
变位后全系统各变位质量的总和，称为提升系统的总变位质量∑m。
在提升系统速度图、力图计算时，首先应该知道提升系统的变位质量∑m，才能利用有关公式进行验算。
提升系统的总变位质量可以由计算或实际测定来确定。
一、提升系统总变位质量的计算
thecalculationofgeneralchangelocationqualityforhoistsystem
在提升机主电动机、天轮（导向轮）、容器、钢丝绳等技术数据齐全时，提升系统总变位质量可以通过计算确定，其公式为：
（2—1）
式中∑m——变位质量，kg；
Q——载荷重力，N；
Qz——提升容器自重（罐笼提升时包括矿车），N：
P——主绳海米重力，N／m;
Lp——主绳实际悬挂长度，m；
Lp=Hc+Lx+3πD+LB+LS
Hc——悬挂高度，m；
Lx——钢丝绳弦长，m；
3πD——摩擦圈长度，m：
LB——围抱天轮部分钢丝绳长度m，
LB≈
πDt；
LS——钢丝绳试验长度，m，一般取20—30m；
n2——尾绳根数；
q——尾绳每米重力，N／m；
Lq——尾绳实际悬挂长度，m；
Lq=H+2Hh
Hh——尾绳环高度，m；
Gt——天轮的变位质量，kg；
Gj——滚筒的变位质量（包括减速器的变位质量），kg；
Gd——电动机转子的变位质量，kg
Gd=（GD2）d
（GD2）d——电动机转子回转力矩，N•m2,
（由电动机产品或出产厂家样本提供）；
i——减速器减速比；
D——滚筒直径，m；
g——重力加速度，m／s2。
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二、提升系统总变位质量的测定
themesurationofgeneralchangelocationqualityforhoistsystem
目前，矿井提升系统，由于生产的发展，产量增加，一些老矿进行了不少的技术改造，部分设备的更新改造后的参数指标与原有参数指标差异很大，况且有一些矿井其提升系统技术数据资料不全，因而无法通过计算确定其变位质量，所以，现场实际测定提升系统变位质量，既可验证提升系统技术数据的准确性和可靠性，又可测定计算出未知部分的变位质量，将技术数据资料补齐。
故这项工作具有十分重要的实际意义，其应用价值也是显而易见的。
提升系统变位质量实测是以确定提升系统总变位质量∑m为目的，其方法步骤如下：
（一）用光线示波器记录速度图
光线示波器可以同时测出提升机的若干个动态性能曲线和参数，测试精度较高。
（目前已比较广泛地使用，其型号较多，但建议使用SC一16型）。
使用者在测试前应熟悉仪器的工作原理，掌握使用方法。
开车之前作好测速度图的接线及其它必须的准备工作。
（二）记录下述参数值
提升载荷Q（Q值应称重或尽量准确）；
两个提升容器的自重Qz（两个Qz相同否）；
提升速度V（最好为Vm）；
提升高度H；
主绳和尾绳的根数及单重等。
（三）实际测量
使重载侧在井底，由下向上起动、加速，至等速（Vm时）运行一段时间（具体视矿井提升系统而决定），然后将主令控制器手柄迅速搬到中间零位使主电动机断电，不要给闸，让提升系统自由滑行减速。
待绞车将要停止（速度约为零时）施闸停车。
（四）计算变位质量
通过光线示波器记录下的加速、等速及减速过程的速度图（如图2—1所示），便可以计算出提升系统总变位质量∑m。
计算方法如下：
图2—1变位质量测定示意图
根据测定时使用的纸速和时标，由光线示波器记录图中可查出t1、t2、t3值；
vm由实测可知。
（1）自由滑行减速度a3的计算
（m/s2）
（2—2）
（2）上升重载侧容器由加速开始，经等速到停车为止，所走的行程（距离）hx为
（m）（2—3）
（3）由动力方程式根据力的平衡得
（kg）（2—4）
式中k——矿井阻力系数；
箕斗提升为1.15;
罐笼提升为1.20;
Q——两侧提升荷重之差，N；
Δ——
，即主绳与尾绳每米总重力之差，N／m。
上述测试计算方法的特点是：
实测时要求矿上准备工作少，基本不用停车，简单方便，不影响生产。
缺点是由于受提升载荷Q值不准确及阻力系数的影响，误差偏大，所以在实测时提升载荷Q值要经过称重，连续做几次，计算后取∑m的平均值。
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三、矿井阻力的测定
themesurationofmineresistance
为了消除矿井阻力对测定提升系统总变位质量∑m的影响，在矿井条件允许的情况下，可以用两种不同载荷分别做测定，由此可以计算出矿井阻力。
如第一次装载为Q1，第二次装载为Q2，且Q2>
Q1，时，其测定计算的方法步骤同上。
根据动力方程式可知，第一次载荷为Q1时
（2—5）
第二次载荷为Q2时
（2—6）
上两式中：
W1和W2为矿井阻力。
两次测试vm相同；
这时若认为两次测试时矿井阻力大致相等W1≈W2；
Σmˊ为不包括载荷及的提升系统变位质量，则
（2—7）
经整理得
（2—8）
提升系统总变位质量Σm为
（kg）（2—9）
式中Q——一次提升量，N。
在实测时：
Q2取Q；
Q1可取（
）Q。
将由（2-8）式计算得出的Σm'
值代入（2-5）或（2-6）式；
即可得出矿井阻力W，即有
（2—10）
或
（2—11）
钢丝绳与摩擦衬垫间摩擦系数的测定
measurementofconfrictioncoefficientbetweensteelwireropes&
bearingstrip
测量钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数客运试验方法。
如图1所示，在摩擦轮转动中，钢丝绳不滑动的条件可用尤拉公式来表示：
（式1）
式中μ——钢丝绳与衬垫间的摩擦系数；
α——钢丝绳在摩擦轮上的围抱角，（弧度）。
当
时，产生钢丝绳沿摩擦轮表面滑动的现象。
时，钢丝绳处于临界状态。
如果测得临界状态下的T1及T2值，便可求出摩擦系数μ。
此时式1可改写成下式：
（式2）
1．试验方法一适用于μ≤0．25时
如图2所示，将容器3提到井口后，在井口适当位置的钢梁1上，拴一个绳扣2，另一端与容器连接，并略松弛0．2—0．3米。
绳扣的强度按容器3侧的最大静荷重，取10倍安全系数。
图1摩擦力分布示意图
图2试验摩擦系数方法一
1—钢梁；
2—绳扣；
3、4—容器；
5—摩擦轮
向容器3内加称量过的重物（料石或铁块，单重10～15公斤左右），待扣到某一重量后
钢丝绳沿摩擦轮产生滑动，此时记下滑动前所装的重物重量Q。
根据式1，即可算出摩擦系数Q。
式中T1=a+b+QZ+Q，（kg）；
T2=c+
+e，（kg）。
式中a——容器3到A点的主钢丝绳重量（kg）；
QZ——容器3和连接装置的重量和（kg）；
b——容器3下端到c点的尾绳重量（kg）；
Q——容器3装载的物料重量﴾kg）；
c——容器4到B点的主钢丝绳重量（kg）；
——容器4和连接装置的重量和（kg）；
e——容器4下端到c点的尾绳的重量（kg）。
2．试验方法二适用于μ>
0．25时
如图3所示，将容器3、4卸载后提到距终端位置2米左右．
在井底适当位置横2～4根钢轨6并垫上2～4根枕木7，以使荷重均布到钢轨上，并减少冲击。
徐徐下落容器4，使落在枕木上，并使提升钢丝绳有明显的松弛（见图3中8）。
图3试验摩擦系数方法二
图4试验摩擦系数方法三
1—钢梁；
3、4—罐笼；
5—滑轮；
5—摩擦轮；
6—钢轨；
7—枕木；
6—测力计；
7—绳卡；
8—钢丝绳
8—钢丝绳端
在井口适当位置的梁上挂一个绳扣，并松弛0．2—0．3米．绳扣的强度按容器3侧的最大静荷重，取10倍安全系数。
向容器3内加称量过的重物（料石或铁块），待加到某一重量后，钢丝绳沿摩擦轮产生滑动，此时记下滑动前所装的重物重量Q。
根据式1算出摩擦系数μ。
式中T1=a+b+Qz+Q（kg）；
T2=f（kg）。
式中f——从B点到容器4上端的钢丝绳重加1／3连接装置重量（kg）。
3．试验方法三如图4所示
将容器3提到井口后，在井口适当位置的钢梁1上拴一个绳扣2，并使其松弛0．2～0．3米。
在容器4一侧B点上方，用滑轮5（或用起重机）通过钢丝绳8用慢速绞车牵引弹簧测力计6（根据预先计算选定测力计的大小，一般在5～8吨范围），测力计下端用绳卡7与多根提升钢丝绳同时联结在一起，用慢速绞车经弹簧酬力计拉动容器4，记下钢丝绳沿摩擦轮滑动前测力计的指示值Q。
式中T1=a+b+Qz（kg）；
+e—Q（kg）。
当用方法三时，T2式内Q值为弹簧测力计的指示值。
钢丝绳在摩擦衬垫上防滑条件
skidprooffactor
对多绳摩擦式提升机，为了安全、正确地完成各项提升任务，最重要的问题是要在提升钢丝绳和摩擦衬垫间得到足够的摩擦力，具体地说，是要分析研究在提升机各种可能的工作情况下如何防止钢丝绳在摩擦衬垫上产生滑动的条件，即防滑条件，并且在设计和使用上严格遵守这些条件。
在分析防滑条件时，仍然依据尤拉公式，并且忽略提升容器在井筒中的各种阻力。
防滑条件分静防滑条件和动防滑条件。
1．静防滑条件
如图1所示，在主摩擦轮静止不动的情况下，根据尤拉公式，当摩擦轮重载侧钢丝绳的静张力等于轻载侧静张力的
倍时，钢丝绳保持平衡，由式1所示，因为：
T1=T2
，
所以T1—T2=T2（
—1）（式3）
式3左边部分是钢丝绳张力差，这一张力差产生钢丝绳沿摩擦轮滑动的趋势，右边部分是钢丝绳与摩擦轮间产生的摩擦力，产生阻止滑动的趋势。
为使钢丝绳在摩擦衬垫上不产生滑动，必须使摩擦力大于静张力差，即：
T2（
—1）>
T1—T2
或者：
>
1﴾式4﴿
式中
——静防滑安全系数。
为保证提升工作的安全，“煤炭工业设计规范”规定
>
1.75。
T1、T2——摩擦轮两侧钢丝绳静张力。
2．动防滑条件
在提升机起动加速和制动减速过程中，作用在摩擦轮两侧钢丝绳的张力除静张力Tl和T2以外，还附加以惯性力，惯性力的大小和方向、在运动质量一定的情况下，与加、减速度的大小和运动方向有关。
式4可改写成如下形式：
﴾式5﴿
式中σd——动防滑安全系数，“煤炭工业设计规范”规定，上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数不得小于1．25；
——摩擦轮重载T1侧运动部分变位质量的总和；
2——摩擦轮轻载T2侧运动部分变位质量的总和；
a——各阶段的加、减速度。
式5中的+、-号，在上提重载的加速阶段及下放重载的减速阶段,分母“+”、分子采用“-”，在上提重载的减速阶段及下放重载的加速阶段，分母采用“-”，分子采用“+”。
摩擦式提升机正常提升时，最大加、减速度一般不大于1米／秒2。
而在紧急制动时，下放重载的最小减速度，“规程”规定为1，5米／秒2。
由式5可知，在下放重载紧急制动状态下，防滑条件最差，最容易发生钢丝绳在摩擦衬垫上滑动。
“煤炭工业设计规范”只规定了上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数，而对下放重物时紧急制动时的防滑系数没有明确规定，为了保证安全，在任何情况
都不得小于1。
防滑安全系数是一个很重要的安全和经济指标，因为从安全角度考虑，防滑系数愈大愈不会打滑，但防滑系数过高，意味着张力差减小，同样的提升机，提升能力减小，经济效果较差。
目前我国在多绳提升机的设计中，摩擦系数
采用0.2。
实际在矿井运转条件下，皮革衬垫摩擦系数有时小于0，2，特别是采用新的充油麻芯钢丝绳时，聚胺脂橡胶衬垫摩擦系数可达0.3
提升钢丝绳张力平衡状态的测定及调整
measurement&
adjustmentofsteelwireropes'
stensivebalancestate
一、多绳提升铜丝绳张力不平衡的分析
提升钢丝绳张力不平衡，是多绳提升机区别于单绳摩擦式提升机的主要特征。
保持多绳提升各钢丝绳间张力一致，是保证提升安全、延长钢丝绳使用寿命的一个重要问题。
由于影响钢丝绳张力不平衡的因素较复杂，要求钢丝绳张力完全一致是不可能的。
《规程》规定各钢丝绳张力与平均张力之差不得超过±
10％，
实践证明，当张力差能调整到±
10％以下，可以大大延长钢丝绳的使用寿命。
影响钢丝绳张力不平衡的因素主要有以下几点：
（1）提升钢丝绳悬挂长度不同，或在运转过程中产生伸长差；
（2）提升钢丝绳几何尺寸和机械性能（包括钢丝抗拉强度、弹性模数等）有差别，在运转中又加大了这一差别；
（3）摩擦轮衬垫机械性能不相同；
（4）摩擦轮绳槽半径，亦即钢丝绳缠绕半径不相同。
为了减少钢丝绳张力不平衡的因素，有些国家的安全规程规定，多绳提升机必须采用同一几何参数和机械性能的钢丝绳，同时，由同一轧机轧出的同批钢丝在同一机器上编捻的。
更换钢丝绳时应同时更换。
摩擦衬垫要用相同的材料制成，外形尺寸一致。
对钢丝绳的悬挂长度，在悬挂时应特别注意要调整好。
多绳提升机缠绕半径的不同，对提升机的设计和运转关系很大，是影响钢丝绳张力平衡的主要因素。
衬垫半径差对钢丝绳张力差的影响，随提升过程而变化。
设衬垫为刚性，第n个绳槽半径较大为R+
R，其余n—1个为R，如图5（c）所示。
分析距井底x处或距摩擦轮轴心Hc-x处，钢丝绳的瞬间应力：
图5绳槽直径不同钢丝绳受力状态图
第i绳（I=1，2，…n-1）旋转角度为d
时，钢丝绳的位移为dx=R
d
，由于第n根绳缠绕半径大，则其位移量增大为
，当旋转一周后，第n根绳向另一侧输送的钢丝绳多，张力增大，其余第n—1根绳张力减小。
设第n根绳与其余n—1根绳在x处位移力x所产生的张力差为
T，
﴾式6﴿
设各钢丝绳的平均张力为TP，并积分式6，整理得：
式中Tnmax——第n根绳最大张力（kg）；
TP——各钢丝绳平均张力（ks），
Ti——第i根（I=1，2，…n—1）钢丝绳张力，（kg）；
n——钢丝绳根数；
EP——钢丝绳平均弹性模数（kg／cm2）；
A——钢丝绳钢丝断面积（cm2）；
R——摩擦轮绳槽平均半径（mm）；
R——摩擦轮绳槽半径差（mm）；
Hc——钢丝绳悬挂长度（由装载点至摩擦轴心距离）,（m）；
Hs——提升高度（m）。
由式7可知，
大时，对钢丝绳张力平衡很不利，提升容器提升到井口卸载位置，x=Hs时，Tnmax之值为最大。
式7、8、9是假设绳槽衬垫为刚性，实际上衬垫为弹性，在相同直径差的条件下，钢丝绳张力端远比按公式8，9计算的张力差小。
钢丝绳张力大的大绳槽，比压值大，衬垫弹性压缩量大，相应地缩小了绳槽缠绕半径，减小了张力差值。
目前多绳提升的设计和运转过程中应考虑以下因素：
（1）尽可能加大D／d之比，不只是考虑减小钢丝绳的附加弯曲应力，同时考虑获得
R／R之比值小，并减少了每提升循环的转数。
-
（2）加大摩擦轮至井口卸载位置的高度，也就是加大Hc-Hs值，因此落地式提升机有利于各钢丝绳张力的平衡。
（3）摩擦衬垫材质相同、径向、切向弹性相同，且弹性好，绳槽直径一致，车削光滑。
（4）车削衬垫绳槽的装置，要安装准确，保证车削绳槽的精度。
（5）提升钢丝绳几何尺寸、机械性质、单重等都要相同，低弹性模数对张力平衡有利。
（6）提升容器连接装置的平衡系统要合适，最好装有张力连续测量系统，或定期对钢丝绳的张力进行测定及调整。
二、钢丝绳张力和摩擦轮衬垫直径的测定
l．直接法测量绳槽直径差
在摩擦轮两侧板事先选好的位置拉一直径为0．5毫米以下的钢丝如图6（a）所示，由钢丝侧旁垂直轴线向钢丝绳上放一个钢板尺，量出由各钢丝绳表面到钢丝的距离h，最大和最小h距离之差即为绳槽衬垫最小和最大半径之差：
（式10）
图6直接测量摩擦轮绳槽直径示意图
a一钢丝法；
1一钢丝；
2一钢板尺；
3一钢丝绳；
4—摩擦轮侧板
b—梓板尺法
1—
样板尺；
2一深度游标尺；
3—绳槽；
用上述方法测量不提掌握，应为正对钢丝绳出各钢丝绳断面直径不一定全是测量直径（钢丝绳最大直径处），钢板尺精度也低，所以测量误差较大。
图6
为利用样板尺1测量法。
作一样板尺卡在摩擦轮下部无钢丝绳处的两侧板上，用深度游标卡尺2测量绳槽3深度，其深度差即为绳槽半径差。
直接测量法利用的摩擦轮两侧板，有的提升机没有经过精加工，偏差较大，因为基准面偏差大，所以测量结果误差也较大、，测量结果只能作为其他测量方法的参考，不能作为调整钢丝绳张力和车削绳槽的主要依据。
2．振波法测量钢丝绳张力
在较深井用振波法测量钢丝绳张力是比较简单易行的方法，其原理为利用冲击力垂直打击钢丝绳就产生两个波，沿钢丝绳在其两固定点来回传播，如F力打击点A如图7所示在摩擦轮与钢丝绳切点附近，则只产生一个波，由薄的传播周期，可以计算出钢丝绳所受的张力。
图7振波法示意图
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