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矿用钢丝绳寿命影响因素及分析

作者: admin 编辑: admin 来源:admin 发布日期:2019-12-29 15:58
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提升运输系统是矿井生产的重要环节,竖井、斜井提升系统是矿山生产的咽喉要道,在矿山的安全生产中占有重要的地位。矿用钢丝绳是提升机与提升容器之间的连接部分,是提升运输
       提升运输系统是矿井生产的重要环节,竖井、斜井提升系统是矿山生产的咽喉要道,在矿山的安全生产中占有重要的地位。矿用钢丝绳是提升机与提升容器之间的连接部分,是提升运输系统的关键部件,由于其在工作过程中的载荷的不确定性,不可避免的产生各种损伤,导致钢丝绳张力的实际承受能力降低,若使用中不注意维护保养,则会降低钢丝绳的使用时间,严重的甚至会发生断绳事故。矿用钢丝绳的寿命影响因素主要有质量因素、生产工艺因素、设计选型因素、使用维护因素、非稳定性载荷以及工作环境因素等等。

1.钢丝质量和生产工艺因素
钢丝绳是由多种钢丝捻制成的一种成品,是由一定数量的细钢丝捻成股,再由股围绕绳芯捻成绳,钢丝的质量和捻制工艺决定了钢丝绳的质量。钢丝的质量是主导钢丝绳的使用寿命的最为重要的因素。钢丝通常由优质钢锭热轧成直径较细的盘圆,再经多次冷拔后制成直径不等的钢丝,如果钢丝的材质和生产工艺得不到保证,那钢丝的使用寿命肯定会降低。钢丝捻制成绳的工艺也钢丝绳使用寿命的重要影响因素,捻制工艺的不到位将导致钢丝绳出现骑马、跳丝、扭结、麻芯外露、股松散等表面质量缺陷或捻制质量缺陷,这些缺陷会大大影响钢丝绳的使用周期和使用的安全性能。

2.设计选型因素
钢丝绳的结构指的是钢丝绳股的数目、捻向、捻距以及绳股内的钢丝数目、直径大小及排列方式的综合参数。这些参数都直接影响钢丝绳的性能和使用寿命。高抗拉强度的钢丝绳尽管可以承受很大的载荷和抗挤压能力,但韧性却降低了,强度级别高的钢丝较脆,在弯曲或扭转的工作过程中容易断裂。所以钢丝绳并不是抗拉强度越大越好,而是要综合考虑,这样才能充分发挥钢丝绳的性能。矿井应根据矿井自身的条件,选择合适的钢丝绳,杜绝“钢丝绳的强度级别越高越好”的选绳误区。
为确保钢丝绳的使用安全,《金属非金属矿山安全规程》规定了一个安全系数。安全系数是钢丝绳中合格钢丝破断拉力总和与钢丝绳的计算最大静拉力的比值。这个安全系数并不代表钢丝绳真正强度安全储备值,而仅仅表示经过实践证明在规定的安全系数的条件下,钢丝绳可以安全可靠地运行。矿用钢丝绳在工作过程中的受力状态是非常复杂的,无法在钢丝绳的选绳计算中体现出那些复杂的影响因素。在设计选型时,要严格遵循《规程》中要求的安全系数和绳径、钢丝直径与卷筒、天轮等装置的比值。同时,考虑钢丝绳的工作环境,一般情况下在淋水大、酸碱度高和作为出风井的井筒中,应选用威尼斯登录中心;在磨损较严重的矿井中,应选用线接触的或异型股外粗式或者面接触钢丝绳较好;以疲劳断丝为损坏主要原因时,可选用内外层钢丝直径差值小的线接触或异型股钢丝绳;罐道绳用密封绳为好,在温度较高或存有明火的研石山等处,可选择金属绳芯的钢丝绳。

3.使用维护因素
矿用钢丝绳从钢丝绳厂家发货到使用单位使用必须经过严格的检验,钢丝绳是否有安全标志认证、质量合格证等证明材料,是否匹配矿井使用的钢丝绳规格,严格禁止采购不合格的钢丝绳。提升钢丝绳是提升设备的重要组成部分,除了合理选择钢丝绳的结构以外,还要正确使用和维护钢丝绳,以便延长钢丝绳的使用寿命。这不仅有一定的经济意义,而且对提升设备的安全也有很重要的作用。由于提升方式不同和钢丝绳的使用环境条件的不同,钢丝绳的寿命影响因素也不完全一致,所以对钢丝绳的维护方法也有明显的不同。
在使用中引起的各种损伤是降低钢丝绳寿命的主要因素。其中机械损伤是钢丝绳的主要损伤之,主要表现为磨损、断丝、过载、锈蚀等等。
(1)磨损。磨损分为外部磨损和内部磨损。外部磨损主要是钢丝绳在使用过程中与斜井底板等物体表面接触而引起的,所以在实际工作中应定期对钢丝绳进行倒头,避免出现单边磨损的情况,尽可能让钢丝绳做到全周磨损。内部磨损主要是钢丝绳经过卷筒或天轮时所承受的载荷主要压在钢丝绳的一侧,同时由于钢丝绳的弯曲,钢丝绳内部各根钢丝之间相互产生作用力,使丝与丝之间、股与股之间的作用力增大,使钢丝绳内部发生磨损,当频繁工作时作用力集中,使内部出现断丝。磨损会使钢丝绳的绳径变细,破断载荷降低,大大降低了钢丝绳的使用寿命。磨损是斜井提升用钢丝绳寿命的主要影响因素。
(2)断丝。钢丝绳的断丝分为制造断丝和使用断丝,因此《金属非金属矿山安全规程》规定钢丝绳在悬挂前和使用中要进行单丝性能检测。在使用中,由于钢丝绳重复在卷筒或天轮中绕上绕下,无数次的弯曲,容易使钢丝产生疲劳,韧性下降,最终导致断丝。由非产品质量因素造成的断绳事故均与提升工作存在着不同程度的关系。由疲劳引起的断丝一般出现在股的弯曲程度最厉害的一侧外层钢丝上。弯曲疲劳断丝会随着负荷的增加和弯曲角度的减少而加剧。断丝除了有疲劳断丝外还包括很多种类,有磨损断丝、锈蚀断丝、拉断断丝等,竖井提升钢丝绳多发生疲劳断丝。
(3)过载。钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长,当载荷超过弹性极限时,钢丝绳就可能断裂。通常把钢丝绳承受的静载荷控制在安全负荷(破断载荷的1/10~1/5)之内。安全负荷表示的是钢丝绳允许承受的额定静载荷。但实际上钢丝绳往往处于运动状态,钢丝绳在工作时除了要承受货物、吊物、自重等静载荷外,还要受到因加速度和冲击引起的动载荷、因弯曲引起的附加载荷、因摩擦引起的阻力载荷等等。由此可见,当除了静载荷以外的其它载荷增多时,实际的安全系数就降低了,钢丝绳往往由此而引起过载。因过载而破断的钢丝绳,其断口呈松散状,绳芯外露。过载的钢丝绳即使不发生断裂事故,也会大大地缩短使用寿命。因此,《金属非金属矿山安全规程》对不同提升用途的钢丝绳规定了安全系数,便于减少因过载而引发的生产事故。
(4)锈蚀。锈蚀的出现说明钢丝绳缺少适当的润滑或矿井淋水较大。在某些情况下,外层钢丝表面出现明显的麻坑、锈蚀、变黑等损伤,最终导致断丝,严重缩短钢丝绳的使用寿命。对于出现外部锈蚀的情况除了建议使用威尼斯登录中心之外还要注意涂油的情况及润滑油的类型。
根据实践证明,竖井用钢丝绳的损坏多以疲劳断丝和锈蚀为主要因素,磨损是次要因素;斜井用钢丝绳的损坏则以磨损和锈蚀为主要因素。对锈蚀比较严重的矿井,锈蚀与磨损起互相促进的作用。根据钢丝绳使用环境的不同和寿命影响主要因素的差异,一般采取润滑、定期检查等最常见、最简单的维护方法。
(1)润滑。润滑对钢丝绳的寿命影响很大,需要注意的是,提升方式不同,选择的润滑油的类型也不同,要根据不同的情况合理选择润滑油。有资料表明,定期的、系统的润滑可使钢丝绳的寿命延长2~3倍。对在用钢丝绳的检测发现,维护保养不当的在用钢丝绳外观锈蚀严重,接触钢丝绳外表面有锈皮脱落;拆丝时绳芯干枯,钢丝表面锈蚀麻坑处处可见。若此类钢丝绳继续使用,严重威胁设备和人员的安全。
(2)定期检查。钢丝绳在工作时受多种应力的作用,如静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力、接触应力、挤压及捻制应力等,这些应力的反复作用将导致钢丝绳出现疲劳断丝,另外磨损和锈蚀也是加速断丝的重要方面。因此应该定期对钢丝绳进行检查,发现断丝及时处理。否则情况发展越来越快,严重会发生断绳事故。在检查过程中,工作人员一定要认真、仔细的检查,并作好详细清晰的检查记录。
在使用中的钢丝绳定期检验尤为重要,因为受到矿井环境酸碱程度的影响,钢丝绳使用环境比较恶劣,油脂脱落、钢丝锈蚀、磨损加剧等等都一直影响着在用钢丝绳的性能变化。

4.非稳定载荷和工作环境因素
非稳定载荷,主要是指钢丝绳受到了剧烈的冲击振动的载荷。钢丝绳在使用的过程中,运行速度常常会发生变化,造成冲击载荷。虽然冲击载荷不一定会导致钢丝绳断裂,但是多次的冲击,也会严重地缩短钢丝绳的使用寿命。对于那些已经使用了很长一段时间的钢丝绳,伸缩性会变小,抵抗冲击性的能力也会变低。所以,要避免运动中极具的变化,这样可以缩小钢丝的使用寿命。钢丝绳在井筒淋水、潮湿以及污染等恶劣环境中,会因为电化学反应的作用和细菌的侵蚀等被腐蚀,这会直接影响到钢丝绳的使用寿命。所以在恶劣的环境中要勤加油润滑,还要采用镀锌等能有效地防止钢丝绳的腐蚀的特种绳。
总之,钢丝绳的使用寿命跟许多因素有关,因此要采用不同措施。在选择钢丝绳时,质量要有保障,还要在日常使用中做好钢丝绳的维护,特别是在腐蚀性的环境中更要做到这些,从而延长钢丝绳的使用寿命、保证矿井安全并有效率的生产作业,保障提升系统安全高效经济运行。

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