矿井提升机各种运动参数对提升钢丝绳接触参数影响和种新型钢丝接触疲劳试验装置.docx

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矿井提升机各种运动参数对提升钢丝绳接触参数影响和种新型钢丝接触疲劳试验装置

矿井提升机的各种运动参数对提升钢丝绳接触参数的影响和一种新型的钢丝接触疲劳试验装置

文摘：

矿井提升机的各种运动参数对提升钢丝绳接触参数的影响已经被研究，一种新的接触疲劳试验装置也已经被设计出来。

在提升过程中，用于检测各种运动参数对钢丝绳张力和张力振幅的仿真模型已经被提出。

在升降时，接触参数的范围由不同的运动参数来决定。

结果表明，在提升时不同的运动参数引起震动系统的不同模态形状，这也就导致了钢绳接触参数的不同范围。

关键字：

矿井提升机，运动学参数，提升钢丝绳，接触参数，接触疲劳仪。

术语：

a1起重加速度

a2起重减速度

DP由于芯线的链的变形而引起的相对位移振幅

DP1,DP2由于钢丝绳的内外层的变形而引起的相对位移振幅

E杨氏模量

F在滑轮切点的钢丝绳张力

F0max，F0min，Fmin最大峰值张力，最低谷张力，每次提升阶段绳的最小峰值张力

ΔFmax，ΔFmin在每次提升阶段的最大或最小张力振幅

Li（t）在第i次提升阶段垂直绳的长度

m升起终端质量

M绳的转矩

M0t,P0t轴上的转矩或张力

Pm内外线层的接触载荷

Pn1，Pn2在内外钢丝层的相邻钢线

t时间

Vm起重最大加速度

一，引言

电缆，由于其抗弯和抗扭刚度，并且能抵抗相对较大的轴向负荷，已经被广泛用于拖拽操作，支持结构，并携带有效载荷。

在后面的这个应用程序，链接矿井提升机和运输的电缆起到了至关重要的作用在矿上提升系统中，因为因为他们的疲劳强度和疲劳寿命对煤矿生产和矿工的安全有着重要的影响。

在矿井提升时，绳子总是受到脉动负载的负载变化以及运输加速度和减速度，这都归因于时变绳重量和加速度和减速度的惯性负载。

波动载荷导致了单个电缆的微观运动来抵抗他们的邻近电缆绳，即电线之间的接触磨损。

接触磨损和循环载荷的相互作用导致了裂纹萌生、扩展及最终断裂，即磨损疲劳，这相对于没有磨损的常规疲劳减少了钢丝绳的寿命并且加速了绳的实效。

钢丝绳疲劳行为是受几个变量影响的，例如应用正常接触载荷，相对位移幅值，应用循环载荷和接触几何载荷。

因此绳子（接触载荷和接触导线之间正常的相对位移振幅）的接触参数应该在矿井提升时确定。

然后接触测试或理论分析可以进行处理来探索钢丝绳的疲劳损坏过程。

矿井提升机的不同运动参数（最大速度，加速度和减速度）导致了绳子长度和惯性负载的差异，这也引起了绳子的不同波动负载。

因此不同范围的接触参数的接触导线之间的接触疲劳的发生，导致了不同发生实效机制的绳子。

因此，在起重时确定绳子的接触参数和调查提升机不用运动参数对绳子接触参数的作用是重要的。

近年来，许多学者对绳的接触疲劳的测定进行研究。

Argatov解决了非线性模型interwire接触问题，他使用匹配渐进扩张的方法，得到了一个螺旋钢丝绳的结构方程。

Giglio和Manes发表了几份分析公式来估算电线的一根绳的内部和外部的压力状态。

Siegert确定了在一个多连层中正常的接触载荷和相对位移振幅。

之后发明了一个接触疲劳装置来检测螺旋连中进行自由弯曲变形的疲劳条件。

Jiang等人使用限元模型调查了单个1×7线股的静不定接触问题。

Kumar和Botsis利用在张力和扭力作用下多个钢丝绳股线性变形来获得最大接触应力的解析表达式。

然后对影响接触应力的几个重要电缆参数和材料性能进行了讨论。

NawrockiandLabrosse提出了了一个简单的直钢丝绳股的有限模型，并发现电缆分别在可枢转和可滑动控制的轴向和弯曲载荷的情况下的响应。

Argatov等人研究了在一滑轮中股绳进行循环弯曲的磨损过程并且发现钢丝绳之间的滑动行程和接触力对滑轮的直径的比率的依赖性。

然而，很少有对升降中滑轮绳切点的微动参数范围和矿井提升机各运动参数对微动绳子的参数范围的影响进行系统的研究。

因此，本研究的目的是探讨在升降时，矿井提升机的不同运动参数（最大速度，加速和减速）对钢丝绳接触参数的影响。

本文的其余部分安排如下，第二部分介绍了矿井提升机运动学参数的测定与一个基于在天轮切点的钢丝绳张力微分方程的Simulink仿真模型。

之后，本文讨论了钢丝绳在一个给定条件下的张力模拟，也讨论了在提升循环中不同运动参数对提升机上钢丝绳峰值张力和张力振幅的作用。

在第三部分中，钢丝绳的张力和接触参数之间的关系被给出，这种关系是基于提升钢丝绳在张力，扭转力和材料力学下的静态方程。

然后对矿井提升机各运动参数对接触参数的绳子在提升过程中影响的探讨。

此外，一个新的接触疲劳试验装置在第四部分介绍，这种装置用于调查钢丝绳的接触疲劳行为。

二，矿井提升机不同运动参数对钢丝绳张力的影响

钢丝绳绕在铸钢轮如图1A所示，PVC或CPUR衬垫（62—70邵氏D硬度的硬质塑料）之间用绳子和滑轮阻止他们的直接接触，从而消除了钢丝绳的外部磨损。

绳子被分为三个部分，即这线段，过渡段，曲线段。

接触损伤发生在每一段。

绳子的实效更有可能发生在天轮切点（过渡段），因为这个位置的电缆经历了完全的扭曲和高的张力范围。

因此，接触损伤的过渡段特别集中在这里。

在目前的研究中，假定接触磨损或接触疲劳是由钢丝绳的变形引起的。

稍后讨论在升降过程中垂直绳始终承受轴向拉伸载荷。

由于内部导线的相对运动引起的横向波很小，因为在拉伸载荷下副角和扭转半径仅仅轻微的改变。

因此，我们假设绳子的横向运动被忽视。

向上移动的终端负载（图1a），煤矿提升的速度曲线（图1b）。

升降周期包括三个阶段，即加速，匀速，减速，见图1b。

在提升周期中，垂直绳的长度随时间的不断变化导致等效质量的提升系统和垂直绳刚度的不断变化。

因此，在提升中提升系统的振动在不同频率和振幅诱导了绳张力的脉动。

三，不同运动参数对绳子接触参数取值范围的影响

钢丝绳呈螺旋状扭曲的钢绞线及钢丝钢绞线螺旋扭曲。

绳子纯拉伸T，诱导钢绞线和钢丝的内力。

一股内力（钢丝）可以被分解成纵向分量，PZ，平行于绳子的轴（链）和径向分量，PY，垂直于轴线的绳。

径向分量PY，导致了股线和钢丝绳的扭矩。

通过增加张力PZ和转矩LZI，沿该轴的每一个螺旋形元件的绳索的静态方程在拉伸的扭转下分别根据【30】和【31】给出。

T是绳的拉力（T=F），M是施加在绳子末端的扭矩（M=CT/A假设升起终端负载约束限制旋转），ε和θ分别表示相对伸长率和相对扭转角，A,B和C分别表示绳索的纵向刚度，扭转刚度和纵向扭转刚度。

张力p0t和沿其轴线的转矩m0t是由以下表达式计算【8】，【30】和【31】。

βi和R的股线层的第i个角度的绳索和链外半径分别为a0，b0和c0的分别代表的纵向刚度，扭转刚度和纵向扭转刚度的绞合线。

式（10）给出了钢丝绳和钢绞线的纵向刚度，扭转刚度和横向扭转刚度的简化解决方案【30】，【31】，【32】。

Mi为绳的数量，mi与αi分别为在第i线组链和曾角度线的数量，Fi和fi分别是绳中所有电线的横截面和钢丝绳横截面的数量。

Ri是线层半径，ri是轴半径，Es是钢丝的杨氏模量。

钢丝绳的张力PTI在第i个线层可以表示为【8】和【31】。

四，一种新的钢丝接触疲劳试验台

图14示出钢丝的一个新的接触疲劳试验台，其能够施加一个恒定的接触载荷。

动态记录接触导线和位移幅度的拉伸丝之间的切向力，并且监测拉伸丝的声发射信号。

接触疲劳试验台采用循环拉伸丝和接触夹具，容量为20千牛单轴测试系统，产生接触负荷和切向力。

拉伸丝的端部（9）分别被固定在上夹具

（1）和下夹具（8）。

上夹具和下夹具分别被安装在张力换能器（10）和液压升降台（7）。

坐落于上夹具的底部的声发射换能器

（2）监测拉伸丝（9）的声发射信号。

拉伸丝由一对左右装载电线（27.26）嵌入在滑动契块（29），支撑块（31）垂直穿过拉伸丝。

拉的重量集（12）的滑动楔块（29），可滑动的导向块（28）与楔形沟槽，通过牵引绳（20）缠绕绕销（21）和“L“形支架（17）施加接触载荷。

导线之间的接触载荷，得到对称的支撑支架（33）通过销连接的支撑块（31），（24）和“π”形安装支架（23）。

支撑块传输拉伸丝和右装载丝（26）之间的切向力以拉—压换能器（14）通过连接轴（15）转换，在接触区域没测量。

的接触力的测力传感器和切向力的测力传感器连接到凹水平支撑（16），它可以在楔形槽固定在立柱（5）的固定装置（4）滑动。

在接触区的微动振幅是由通过液压电梯（7）测量的拉伸丝（9）的位移幅值缩减。

微动夹具的不同高度的楔形槽固定装置（3，4）的位置可以调整，来产生不同的微动振幅。

图14

五，结论

在目前的研究中，绳在绳轮的切点的绳索的故障发生的可能性更大。

基于绳子的张力在起重滑轮切点处的不用微分方程，绳子的张力仿真模型使用Simulink软件构件。

在起吊过程中绳张力波动随时间呈现出三个阶段。

选择在提升的起始和结束的峰值张力和张力振幅探索绳张力的演变。

在提升过程中，不同的运动参数诱导不同模态的振动系统，这是归因于变质量的系统中，垂直绳加速，减速的惯性载荷的刚度和柔性的影响。

在绳索拉伸和钢绞线扭转和钢丝绳张力和理论模拟结果的基础上，确定绳子导线之间的接触载荷和相对位移的范围，申请材料力学。

作为增加的最大速度，接触载荷的整体范围内呈现小的差异相比，以增加整体的相对位移范围。

由于最大速度从3.5米每秒增加到7.5米每秒，整体范围的接触载荷的增加范围88.9-90.758-59.2N，N和250-255.1Ñ而从1.3-39.9微米，50.1-71.2微米和102.3-103.5微米，相对位移变化的整个范围9.1-130.5微米。

加速度和减速度的增加，增加接触负荷和相对位移的整体范围。

由于加速和减速的同时从0.2M/S2增加到0.75M/S2。

触点负载的整体范围从67.5-77.8290.8-335.2103.5-119.2N，至60.6-85.2N，92.9-130.6Ń，261.2-367.2Ń和整体范围的相对位移增加1.4-51.1微米到5.9-144.1μm。

为了研究钢丝绳中的钢丝接触疲劳行为，引入一个人新的接触疲劳试验装置。

本装置是能够施加一个恒定的正常的接触载荷，记录钢丝的拉伸丝的位移幅值之间的切向力和监测的拉伸丝的声发射信号。

对各种接触参数的信号采集方法进行了讨论。

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