大煤公司南井副井提升钢丝绳的选择计算

陈廷理

（同煤集团大斗沟煤业公司，山西 大同 037026）

大煤公司南井副井提升钢丝绳的选择计算

陈廷理

（同煤集团大斗沟煤业公司，山西 大同 037026）

在提升设备的选型设计中钢丝绳的选择计算便成为其关键环节之一。在此以大斗沟煤业公司南井副井JKYB2.5×2.3J绞车提升钢丝绳的选型计算为例对斜井提升钢丝绳的选择计算做出论述。

提升钢丝绳；提升机；安全系数

1 选则钢丝绳型号

矿用提升钢丝绳的结构一般都是丝→股→绳结构，即选先由钢丝捻成绳股，再由绳股捻成绳，钢丝绳由绳芯和绳股组成。绳芯有钢芯和纤维芯之分；绳股由股芯、内层钢丝、外层钢丝组成。制造提升钢丝绳的钢丝是有优质碳素结构圆钢冷拔而成，一般直径为0.4 mm～4 mm，钢丝的抗拉强度为1400 N/mm2～2 000 N/mm2，我国多用1550 N/mm2和1700 N/mm2两种，为了增加抗腐蚀能力，钢丝表面可以镀锌，称为镀锌钢丝，未度锌的称为光面钢丝绳。此外还可以用钢丝韧性来标志，分为特号、Ⅰ号、Ⅱ号三种，提升矿物用的钢丝绳可以用特号和Ⅰ号钢丝来制造，提升人员用的钢丝绳子允许用特号钢丝绳来制造。

由此，提升钢丝绳的种类很多，结构不同性能也不相同，根据不同特点有不同的分类方法，实际上都是从不同角度上来说明钢丝绳的结构特点，了解这些特点，对于认识不同钢丝的性能，正确选择和合理使用钢丝绳都是有益的。

我国提升钢丝绳的结构和性能特点如上所述，在提升钢丝绳的选择计算中，因结合实际情况充分考虑，选择合理的提升钢丝绳结构和型号。

根据大煤公司南井区提升副井的实际情况，钢丝绳在使用过程中锈蚀与磨损为主要影响其寿命的因素。故应选择抗腐蚀和磨损比较强的钢丝绳型号。满足此要求的主要有以下三种结构的钢丝绳：6×7，6×19S,6×9W。根据公司具备的实际条件选用6×7的钢丝绳。故在此选择6×7＋FC型号的钢丝绳，公称抗拉强度为1700MPa。

2 初选钢丝绳规格

2.1 初步确定钢丝绳直径

1）根据满足钢丝绳弯曲应力计算

绞车在地面安装使用时

式中：D为绞车卷筒直径，2500mm；d为提升钢丝绳直径，mm。

代入数值计算得d≤D/80=31.2mm。

2）根据满足实际运输负载计算

斜井提升钢丝绳直径的计算公式为：

式中：Q0为绳端荷重，kg；Q=Qz+Q；Qz为矿车的质量（包括与钢丝绳的连接装置），kg；Q为一次提升的载荷，6196 kg；α为斜井轨道的倾角，°；f为提升矿车时的摩擦阻力系数，其值与轨道维护情况及轴承的形式有关，滚动轴承，一般取f=0.01～0.015；f'为钢丝绳的摩擦阻力系数，全部有地滚且工作正常时，取f'=0.10～0.20；Kh为破断拉力换算系数，1.134；K'为最小破断拉力系数，0.332；K为重量系数，0.344；ma为钢丝绳的安全系数，9；Lc为斜井提升总提升斜长，Lc=Lt+L0，m；Lt为井筒倾斜长度，820 m；L0为井口距天轮的斜长，60m，Lc=Lt+L0+9=8.8×102m。代入数值，计算得23.78。

所选钢丝绳直径应该满足23.78 mm≤d≤31.2 mm。

2.2 初选钢丝绳的规格

对于斜井提升，由于钢丝绳磨损较严重，在绞车允许的情况下尽可能将钢丝绳直径选的偏大一些，以提高使用寿命。因此在容量允许的情况下，实际选择的钢丝绳直径要比与计算值相适应的直径大。实践证明，适当的增大钢丝绳直径可以延长使用寿命，因此并不降低钢丝绳的经济效益。

在以23.78mm≤d≤31.2mm为前提的情况下根据钢丝绳力学性能表选择钢丝绳直径。

3 验算所选钢丝绳的安全系数

安全系数是指钢丝绳钢丝拉断里的总和与钢丝绳的计算静拉力之比。但应当注意，安全系数并不代表钢丝绳真正具有的强度储备，只不过表示经过实践证明在此条件下钢丝绳可以安全运行。我国《煤矿安全规程》对提升钢丝绳的安全系数均有规定。

钢丝绳安全校核验算公式为：

式中：Qq为钢丝绳的破断力，498.00 kN；n为人车数，2；m为每辆矿车一次提升的载荷，kg；mz为每辆矿车的质量（包括与钢丝绳的连接装置），1598 kg；mp为钢丝绳每米质量，2.834 kg/m；ma为单绳缠绕式提升装置专为升降人员的安全系数，9。代入数值计算11.23＞9所以钢丝绳的安全系数满足要求。

4 计算钢丝绳的缠绕圈数及长度

4.1 确定缠绕圈数

当以2层缠绕计算时，验算滚筒是否满足。

多层缠绕时，滚筒应满足

式中：B为滚筒宽度，mm；ε钢丝绳圈的间隙，一般取ε=2～3 mm；n为错绳圈数，取2～4圈；k为缠绕层数，2；Dp为多层缠绕时的平均直径，mm。

代入计算得B=1790 mm。满足要求，所以应作两层缠绕。

4.2 验算缠绕长度

第一层的缠绕长度，根据单圈缠绕公式计算

第二层的缠绕长度，也根据单圈缠绕公式计算

式中：D'为第二圈缠绕时的缠绕直径，mm。

两层缠绕总长为

当绞车运行到斜井最远运输距离时滚筒上的钢丝绳余量为

根据《煤矿安全规程》第四百二十一条第三款规定滚筒上应经常缠留3圈绳，用于减轻固定处的张力，还得留有做定期检验用的补充绳。

所以滚筒上经常缠留的钢丝绳圈数满足上述规定要求。

5 钢丝绳的强度校验

1）最大静张力

实际负荷产生的最大静张力，代入数值计算得：

绞车允许的最大静张力为F=90kN。

所以绞车允许的最大静张力能够满足实际载荷产生的最大静张力。

2）最大静张力差

实际负荷产生的最大静张力差，代入数值计算得：

绞车允许的最大静张力差为F'=90kN.

所以绞车允许的最大静张力差能够满足实际载荷产生的最大静张力。

6 结论

提升钢丝绳是矿井提升设备的一个重要组成部分，提升钢丝绳选择是否合理关系到提升设备安全性和经济性的重要环节，应引起足够的重视。故提升钢丝绳的选择计算必须合理无误，必须保证其安全可靠。大煤公司南井副井绞车提升钢丝绳通过计算，校核以及验算，决定选用6×7+FC型号，直径d=28 mm的提升钢丝绳。此提升钢丝绳满足安全系数要求，满足最大静张力，最大静张力差要求，同时满足滚筒容量以及缠绕所产生的弯曲应力的要求。

Selection and Calculation of Hoist Steel Wire Rope in South Mine Auxiliary Shaft

CHEN Ting-li
(Dadougou Coal Co.,Datong Coal Group,Datong Shanxi 037026)

The calculation of steel wire rope is critical in the selection and design of hoist equipments. The paper takes the JKYB2.5×2.3J as an example to introduce the calculation.The paper presents:the basic introduction to hoist steel wire rope,models,specifications,checking calculation of safety coefficient, wind number of wire and length,wire strength checking,and power checking of electric machine.

hoist steel wire rope;hoist;safety coefficient

TD532

A

1672-5050（2011）06-0074-03

2011-02-02

陈廷理（1962—），男，山西朔州人，工程硕士，工程师，高级经济师，从事机电管理工作。

徐树文