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導(dǎo)讀
摩擦式提升機的提升鋼絲繩在運行中承受各種應(yīng)力以及沖擊載荷的綜合作用。分析了影響提升鋼絲繩使用壽命的各種因素，結(jié)合礦井提升基礎(chǔ)理論及國內(nèi)典型礦山摩擦式提升機提升鋼絲繩的使用情況，從多個方面提出了延長提升鋼絲繩使用壽命的措施，對于新建或在用礦山有一定的參考或借鑒意義。
摩擦式提升機因提升能力強、提升高度高、提升速度快、電動機功率消耗低、使用安全可靠等優(yōu)勢，在地下礦山開采中的應(yīng)用越來越多。摩擦式提升機依靠提升鋼絲繩與摩擦輪襯墊間的摩擦力帶動提升容器在井筒中運行。鋼絲繩在運行中承受拉伸應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力，以及各種沖擊載荷的綜合作用，同時受到井筒中淋水、潮氣的影響，使鋼絲繩產(chǎn)生斷絲、縮徑、銹蝕等損傷。當(dāng)損傷超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，就需要報廢或更換。提升鋼絲繩的使用壽命受多種因素的影響，需要綜合考慮礦井提升系統(tǒng)設(shè)計以及使用過程中的維護保養(yǎng)等方面的因素，以改善鋼絲繩的作業(yè)條件和受力狀況，達到延長使用壽命的目的。
1 影響提升鋼絲繩使用壽命的因素
1.1 礦井提升高度
結(jié)合國內(nèi)外大量摩擦式提升機的使用情況來看，深井提升鋼絲繩的使用壽命普遍比淺井的壽命要短，究其原因有：① 隨著井深的增加，提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力越大，扭轉(zhuǎn)疲勞增加了鋼絲繩的斷絲概率；②隨著井深的增加，提升鋼絲繩終端負(fù)載變化率(應(yīng)力幅)逐漸加大，促使鋼絲繩的疲勞破壞加速。張小樓煤礦、冬瓜山銅礦主井的提升高度分別為 1 039.6、1 094.0 m，應(yīng)力幅分別達到了 10.02%、11.08%，接近于文獻[1]中提出的ji限值 11.5%，是導(dǎo)致這兩座礦山的主井提升鋼絲繩使用壽命較短的原因之一，只有6 個月左右。
1.2 D/d比
D/d 比即摩擦輪與鋼絲繩的直徑比。《煤礦安全規(guī)程》第四百一十九條規(guī)定：落地式摩擦提升裝置的摩擦輪及天輪，圍抱角大于 180°的摩擦式提升裝置的摩擦輪，其zui小直徑與提升鋼絲繩直徑之比，井上安裝時不小于 90，井下安裝時不小于 80；摩擦式提升裝置的導(dǎo)向輪的zui小直徑與鋼絲繩直徑之比，不小于 80。《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.5.1 條款也做了類似規(guī)定。同等情況下，D/d 比值越大，提升鋼絲繩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力越小，對提升鋼絲繩越有利；但繩徑比越大，提升機規(guī)格越大，設(shè)備造價越高，因此需要綜合分析，合理確定。
1.3 摩擦輪和導(dǎo)向輪中 心高
提升鋼絲繩經(jīng)過摩擦輪和導(dǎo)向輪(天輪)時，要不斷地承受正向和反向彎曲應(yīng)力的作用。尤其是井塔上安裝有導(dǎo)向輪的摩擦式提升機，如果摩擦輪與導(dǎo)向輪間的中 心高相差較小而提升速度偏大時，提升鋼絲繩的彎曲應(yīng)力來不及釋放，容易造成提升鋼絲繩的疲勞斷絲。冬瓜山銅礦摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的中 心高差為 6 m，提升速度為 12 m/s，提升鋼絲繩使用壽命僅有 6 個月左右。張小樓煤礦摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的中 心高差為 5 m，當(dāng)提升速度為 10 m/s 時，提升鋼絲繩的使用壽命為半年；當(dāng)提升速度為 12 m/s 時，鋼絲繩壽命縮短為 3 個月。唐口煤礦提升高度為 1 050 m，提升速度為 12.36 m/s，與張小樓煤礦和冬瓜山銅礦采用相同的三角股鋼絲繩，但因其采用落地式摩擦提升機，摩擦輪和天輪之間距離較大，提升鋼絲繩承受的正向和反向彎曲應(yīng)力得到了較充分的釋放，提升鋼絲繩使用壽命接近 2年。
1.4 提升鋼絲繩選型
提升鋼絲繩的選型是否合理，對其使用壽命有著直接的影響。提升鋼絲繩的選型主要包括以下內(nèi)容。
(1)鋼絲繩表面狀態(tài) 如是否涂增摩脂、鍍鋅等。
(2)鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式 如股數(shù)、繩股中鋼絲間接觸形式、外層鋼絲直徑，是否為密封繩或壓實股繩等。對于提升鋼絲繩磨損比較嚴(yán)重的礦井，若選用提升鋼絲繩繩股外層鋼絲直徑較細時，則容易因磨損引發(fā)斷絲，使鋼絲繩過早受損；當(dāng)選用點接觸鋼絲繩時，會由于繩股中鋼絲間、股間較大的接觸應(yīng)力引起鋼絲繩斷絲。
(3)鋼絲繩捻向 深井提升時，若采用同向捻鋼絲繩，會因鋼絲繩在井筒中比較劇烈的旋轉(zhuǎn)引起繩股中鋼絲疲勞斷絲。
(4)鋼絲繩強度等級 鋼絲繩抗拉強度等級越高，其鋼絲韌性就越差，抗彎曲疲勞的能力相應(yīng)有所降低，會直接影響提升鋼絲繩的使用壽命。
1.5 運行時的沖擊載荷及彈性振動
提升鋼絲繩在運行過程中，要承受啟動加速、制動減速、裝卸載以及發(fā)生過卷、卡罐、托罐、操作失誤等情況時產(chǎn)生的沖擊載荷及彈性振動。提升機啟動加速時，如果啟動加速度從零突然上升到zui大，啟動沖擊值(啟動加速度變化率)就會很大，在提升鋼絲繩中造成很大的動張力。尤其是采用恒力矩制動的提升系統(tǒng)，在重載提升、空載運行、重載下放等不同的工況下，制動減速度的變化范圍較大，提升系統(tǒng)相應(yīng)會產(chǎn)生較大的沖擊載荷，加劇提升鋼絲繩的疲勞損傷。
1.6 鋼絲繩的制造質(zhì)量
鋼絲繩制造使用的原材料的質(zhì)量等級，拉絲、表面處理、捻股、合股等制造設(shè)備以及制造工藝均會影響提升鋼絲繩的質(zhì)量。若提升鋼絲繩制造質(zhì)量較差，就會過早地產(chǎn)生斷絲損傷，直接影響其使用壽命。
1.7 安裝及使用維護方面的影響
提升鋼絲繩在安裝或更換時，新繩與尖銳物體相碰或新舊鋼絲繩打卡子固定過程中，會對新繩繩股外層鋼絲產(chǎn)生一定程度的損傷，成為鋼絲繩投入運行之后的薄弱環(huán)節(jié)。此外，摩擦輪上襯墊繩槽直徑不同、各繩提升速度不同，或提升鋼絲繩張力自動平衡懸掛裝置失效等，都會造成某根提升鋼絲繩受力偏大，可能會提前破壞。摩擦輪、導(dǎo)向輪繩槽的斷面形狀不合適或粘有附著物，也會使提升鋼絲繩受到額外擠壓，產(chǎn)生額外的接觸應(yīng)力，進而對提升鋼絲繩造成損壞。
