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摩擦式提升機防過卷保護鋼絲繩應力分析（1）(圖文)

時間：2024-09-09 08:02:40 點擊數：

導讀

針對多繩摩擦式提升機在運行過程中容易出現過卷、過放工況，造成鋼絲繩應力瞬間集中引起斷裂等問題，應用了一種應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值模擬。仿真結果表明：鋼絲繩股內的應力分布不均勻；鋼絲繩截面呈現出層狀分布；繩股內側為壓，外側為拉；對于同向捻鋼絲繩，股內變形大于右交互捻鋼絲繩；應力集中的部位發生在鋼絲繩的彎曲位置點；鋼絲繩的外層絲等效應力呈現出等幅波動。
隨著礦山開采量和開采強度的不斷增大，井下機電設備的穩定運行對于保證產量和企業的效益至關重要。多繩摩擦式提升系統是井下常用的機電液一體化裝備，主要由驅動裝置、制動裝置、多根鋼絲繩及天輪等部分組成，是礦山領域的關鍵機電設備。鋼絲繩是整個提升系統的承載構件，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過卷故障，此時鋼絲繩的受力比較復雜，容易造成鋼絲繩內部斷絲或突然斷裂，引起煤礦提升事故。

為了保證提升系統的穩定運行，國內很多學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構特點進行分析，設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部應力變化特性，無法得出鋼絲繩在受到作用力時的應力分布規律。本研究基于礦井摩擦式提升機結構組成，應用了一種應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，仿真鋼絲繩內部應力，并得到了應力分布規律。

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域zui常用的提升裝備，主要用于提升人員、設備和物料。該提升系統主要由驅動裝置、多根鋼絲繩、上下天輪及罐籠等部分組成，其結構如圖1 所示。其中，驅動裝置由電動機、減速機和聯軸器等部分組成，可將電能轉變為機械能，實現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彎曲變形，鋼絲繩的應力會出現突變。

圖1 多繩摩擦式提升系統

1.驅動裝置；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
當礦井提升機在運行中出現傳感器失效、制動系統失靈以及突然斷電時，非常容易引起過卷。過卷發生后，鋼絲繩內部應力瞬間增大，導致提升機罐籠出現嚴重振動，有可能引起墜罐事故。為此，提升機防過卷裝置應運而生。防過卷保護裝置結構如圖2所示。

圖2 防過卷保護裝置結構示意

1.上支架；2.耐磨鋼帶；3.基礎；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過卷；但在實際進行制動時，鋼絲繩的應力也會受防過卷裝置的影響。