【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)力等，這些應(yīng)力的反復(fù)作用將導(dǎo)致鋼絲繩的疲勞斷裂，這是鋼絲繩破壞的主要原因；另外鋼絲繩的磨損及銹蝕也將導(dǎo)致鋼絲繩的破壞。因此，綜合反映上述應(yīng)力的疲勞計算是一個比較復(fù)雜的問題，雖然國內(nèi)外在這方面作了大量的研究工作，取得了一些成績，但是由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，鋼絲繩強度計算理論尚未完善地應(yīng)用于工程計算。因此，鋼絲繩的強度計算仍按《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)的方法進行計算。 鋼絲繩的安全系數(shù)，根據(jù)安全規(guī)程的規(guī)定為鋼絲破斷力之和與最大靜負荷之比。并規(guī)定提升鋼絲繩的安全系數(shù)為： 1）專為升降人員用的不得低于 9； 2）升降人員和物料用的不得低于 ； 3）專為升降物料用的不得低于 ； 4）摩擦輪提升用的不得低于 8。 如圖 4－ 1示，為豎井單繩提升鋼絲繩的計算示意圖，可知鋼絲繩的最大靜載荷 Qmax是在 A點，其值為： 4－ 1 豎井單繩提升鋼絲繩的計算示意圖 Qmax=Q+Qr+ 39。 CpH? Qmax— 鋼絲繩最大計算靜載荷（千克）； Q— 容器一次提升量（千克）； Qr — 容器自重（千克）； 39。p — 鋼絲繩每米的重量（千克 /米）； CH — 鋼絲繩的最大懸垂長度（米）， 對于罐提升 20 21 3 23 3 ( )jH c H H s m? ? ? ? ? 式中 jH — 井架高度，暫取 20 米； Hs — 礦井深度， 213米。 jH — 井架高度，此數(shù)值在計算鋼絲繩時尚不能精確確定，罐籠提升可采 用 jH=15~25米 。 260 0 100 0 6( / )17000 rbp k g mHcm?? ?? ? ? ??? 式中 Q— 是一次載 重，千克； Qr— 是容器自重； p? — 是提升鋼絲繩的單位長度重量，千克 /米； Hc — 是鋼絲繩的最大懸垂長度，米； Hs — 是礦井深度，米； b? — 是鋼絲繩的極限抗拉強度一般取 1700 MPa。 m— 是鋼絲繩的安全系數(shù) 由 P= /米，查表選擇纖維芯鋼絲繩，其技術(shù)規(guī)格如下： 繩徑 20 毫米，每 100 米重 千克即 P=，鋼絲直徑 ，鋼絲總斷面積 S0=，即最小鋼絲繩破斷拉力總和 Qd=25700kg。 根據(jù)選擇鋼絲繩的標準值驗算安全系數(shù)： rC25700 6 . 5 3 6 . 5Q + Q + p H 2 6 0 0 1 0 0 0 2 3 3 1 . 4 2 9dQm ? ? ? ? ?? ? ? 式中 P— 是所選擇標準提升鋼絲繩的單位長度重量，千克 /米； Qd— 是所選擇 標準提升鋼絲繩所有鋼絲破斷力之和，千克。 故此鋼絲繩符合使用要求 第五篇 滾筒的設(shè)計 卷筒寬度 B根據(jù)所需容納的鋼絲繩總長度來確定。 鋼絲繩總長度包括： 1） 提升高度 SH米 ； 2） 供試驗用的鋼絲繩長度，規(guī)定每半年剁繩頭一次，一次剁掉 5 米，如果 鋼絲繩的壽命以兩年計算，則試驗長度為 20 米； 3） 為減少繩頭在卷筒上固定處的張力而設(shè)的三圈摩擦圈。 2 1 3 2 0( 3 ) ( ) ( 3 ) ( 2 0 2 ) 1 4 2 6 . 4 03 . 1 4 1 . 2ssHLB d m mD ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??＜ 1500mm 式中 B— 滾筒寬度， mm； Hs — 提升高度， m； d— 鋼絲繩直徑， mm。 sL — 鋼絲繩試驗長度，一般取 20~30 米； m — 摩擦圈，一般取 3 圈； ? — 鋼絲繩繩圈圈之間的間隙，一般取 2~3 毫米，取 ? =2 毫米； 故滾筒的寬度取 鋼絲繩最大靜張力以及最大靜張力差 纏繞式提升機 滾筒要受繩的拉力，纏繞到滾筒 上的繩是在具有一定的繩張力的條件下纏繞到滾筒上的。所以提升繩對滾筒的作用力主要有兩個：一方面是沒有纏到簡上的繩對滾筒的作用力，對這個力來講滾筒像一般的空心軸一樣要受到達個力的彎曲和扭轉(zhuǎn)；另一個是纏繞到滾筒上的繩的張力對滾筒的作用，這個作用可看作是在筒殼外有一個均勻的壓力壓到筒殼上，好像一個密閉的圓筒在海底其四周受到均布水壓一樣，只是筒殼的兩端在提升機處并不受側(cè)面的壓力。故鋼絲繩最大靜張力為： m a x 26 00 10 00 1. 42 9 23 3 39 32 .9 3j r cF Q Q pH k g? ? ? ? ? ? ? ? 260 0 29 233 293 3CCF Q P H k g? ? ? ? ? ? 式中 CF — 是最大靜張力差 Q — 是一次載重，千克； rQ — 是容器自重千克。 滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計 滾筒是用來纏繞鋼絲繩，并且承受鋼絲繩的拉力所造成的各種載荷的主要部件和傳遞動力的元件。滾筒一般由三部分組成，即筒殼、法蘭盤（支輪）和支環(huán)。筒殼是滾筒最基本和最薄弱的元件，是滾筒的主要承載部分。 其厚度一般為 mmmm 20~10 ，本次設(shè)計中取為δ =20mm，其結(jié)構(gòu)簡圖如 51 所示。支環(huán)的作用是增加滾筒的穩(wěn)定性。筒殼和支輪的材料為 Mn16 鋼板。礦井提升機的運轉(zhuǎn)實踐證明，木襯對筒殼能起到一定的保護作用，故設(shè)計時在筒殼外裝有木襯。但木襯對筒殼的保護只有在筒殼的形狀比較規(guī)則，沒有發(fā)生較大的變形，并且合適的木材制作木襯（現(xiàn)常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木襯與筒殼能各處均勻嚴密接觸的情況下 才是有效的，故在安裝提升機時，要求筒殼的外形是比較規(guī)則的圓柱體，木襯用上述木材制作，并按規(guī)定車制繩溝。裝設(shè)木襯時，應(yīng)使木襯襯條在長度方向上與筒殼均勻嚴密的接觸，木襯襯條之間的縫隙應(yīng)盡量予以消除。在使用過程中當木襯已經(jīng)磨損時，應(yīng)及時予以更換。 木襯每塊的長度與滾筒寬度相等，即為 1500mm，每塊的寬度為適宜于制造起見，不超過 ，每塊的厚度應(yīng)不少于鋼絲繩直徑的兩倍，取為 50mm。固定滾筒木襯的螺釘頭應(yīng)沉入木襯厚度三分之一以上，當全部木襯固定完以后，應(yīng)用木塞沾膠水將螺釘孔塞死，并須用木楔將木襯縫填滿。 圖 5― 1 筒殼結(jié)構(gòu) 鑄焊型滾筒的結(jié)構(gòu)如圖 5－ 2示： 圖 5－ 2 鑄焊型滾筒的結(jié)構(gòu) 1—— 支輪 2—— 筒殼 3—— 支環(huán) 4—— 木襯 使用中的木襯，當因磨損使螺釘頭的沉入深度尚存 10mm時，即應(yīng)重新更換。滾筒木襯必須刻制繩槽，溝槽深度 A=＝ ? ＝ d0――－鋼絲直徑 兩相鄰溝槽的中心距 t=d+(2～ 3)mm=20+(2～ 3)=22mm 木襯的結(jié)構(gòu)如圖所示： 由于筒殼是一 個處于負荷不斷變化和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的殼體，故筒殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證滾筒的各個部分有足夠的強度和剛度，并應(yīng)盡量使各部的強度和剛度均勻，以便使筒殼能足以適應(yīng)外力和內(nèi)力的變化，而不致產(chǎn)生變形。 滾筒的強度計算 作用在滾筒筒殼上的外載荷主要有下列幾種： （ 1）已經(jīng)纏繞到滾筒的鋼絲繩繩圈對筒殼所施加的徑向壓力 （ 2）尚未纏繞到滾筒上的鋼絲繩的靜拉力對筒殼所施加的彎矩和扭矩 分析指出，由彎矩和扭矩所引起的筒殼的彎曲應(yīng)力和扭矩應(yīng)力與壓縮應(yīng)力相比，數(shù)值很小，可以忽略不計。由已經(jīng)纏繞到滾筒上 的鋼絲繩繩圈的徑向力所引起的筒殼自由段的壓縮應(yīng)力具有很高的值，δ壓縮能達到 1200~1500kg/cm2，而在法蘭盤（支輪）處，筒殼的彎曲應(yīng)力具有更高的值。δ彎曲能達到 2500~3000kg/cm2，這樣高的應(yīng)力甚至超過了筒殼材料的屈服極限。 所以，纏繞式提升機滾筒筒殼的強度計算不僅是指筒殼自由段的壓縮應(yīng)力和法蘭盤處筒殼的彎曲應(yīng)力計算，并應(yīng)使筒殼在這些地方的最大應(yīng)力不超過筒殼材料的許用應(yīng)力。 筒殼的外載荷 筒殼上的單位面積壓力 q 2/ / ( / )q p t S rt kg cm?? 259 30 /kg cm? ?? 式中， S—— 鋼絲繩最大靜拉力 S= r—— 筒殼厚度平均半徑 1 2 0 0 2 2 0 2 0 5922r cm??? ? ? t——— 纏繞繩圈的節(jié)距 t＝ 鋼絲繩拉力降低系數(shù) 由 E h tFEaaC 1 ???? ? 式中 a —— 變形修正系數(shù)，對于筒殼中部，可取 a=1，筒殼端部取小下 a=0。 B—— 筒殼寬度 661 . 0 1 0 1 . 5 1 2 4 0 . 1 7 22 1 0 2 . 0 2 . 2KKEFE h t? ??? ? ?? ? ? 式中 Ek—— 鋼絲繩的彈性模數(shù)， Ek=（ ~） 106kg/cm2，取 Ek= 106kg/cm2； E—— 筒殼鋼板的彈性模數(shù)， E=2 106kg/cm2； FK—— 鋼絲繩中所有鋼絲的橫截面積，取 FK=； h—— 滾殼厚度 h=； t—— 繩圈纏繞節(jié)矩 t=； 則 1 1 0 .9 2 11 0 .5 1 0 .1 7 2C ??? ? ? （筒殼中部） 12?C （筒殼端部） 兩種計算結(jié)果相差不遠，故以后計算取 C=1。 滾殼的失效形式主要有： (1) 裂紋 出現(xiàn)于筒殼、支輪及支環(huán)上。筒殼上的裂紋多出現(xiàn)于圓周方向和螺釘孔處。如圖 5— 3 所示。支輪的裂紋多出現(xiàn)于螺孔周邊，呈放射狀。支環(huán)的裂紋多出現(xiàn)于焊縫處或支環(huán)斷裂。 圖 53 筒殼的裂紋形式示意圖 (a)沿筒殼圓周方向局部開裂； (b)沿焊縫和支輪處局部開裂 1— 筒殼； 2— 支環(huán) (2)局部變形過大 多數(shù)是筒殼中部塌陷。 (3)連接螺拴被剪斷或彎曲變形過大，造成這些失效的原因是復(fù)雜的，一般來說可能有： ①理論計算有誤 例如某礦使用的 2 4 仿蘇型提升機，根據(jù)正確計算應(yīng)有 3～ 4個支環(huán)，而實際只有兩個，故造成卷筒強度不足； ②結(jié)構(gòu)設(shè)計不良 造成卷筒各部分剛度相差過大。例如所加支輪和支環(huán)的結(jié)構(gòu)不合理形成局部剛性過 高從而導(dǎo)致局部應(yīng)力過高，不符合彈性均勻化設(shè)計原則； ③加工安裝不當 例如卷筒不圓，或支環(huán)與筒殼貼合不好等； ④使用維修不當 例如過載，以及加速度過大等； ⑤原材料有缺陷 例如內(nèi)部裂紋等； ⑥焊接工藝不當 例如焊條或焊接參數(shù)選用不當，焊接處清洗不凈，以及焊后不凈；熱處理或熱處理不當造成焊接殘余應(yīng)力過高等； ⑦原設(shè)計許用應(yīng)力選取過大 例如蘇制或仿蘇的 2 4 和 2 4 提升機，標準中可以采用 8 噸卸式箕斗，鋼繩直徑可達 ，鋼繩最大靜拉力可分別 達到 噸和18 噸，而筒殼厚度僅有 16mm，其應(yīng)力可達 180～ 200MPa，因此就很容易出現(xiàn)裂紋。 加工、裝配和安裝質(zhì)量對筒殼能否良好的工作也有很大的影響。例如筒殼與法蘭盤的結(jié)合處沿圓周方向接觸不嚴密，局部地方間隙過大 (超過 0. 5 毫米 )；兩半卷筒的對口處間隙過大，連接不牢。法蘭盤或輪轂與主軸連接處的切向松動，游動卷筒的法蘭盤或輪轂與主軸之間的間隙過大，或在輪轂與主軸過盈配合的情況過盈量過小等，造成法蘭盤或輪轂在主軸上晃動或軸向竄動，從而給簡殼帶來附加扭曲。焊接結(jié)構(gòu)的卷簡中，主要是焊縫的強度不 夠．或焊接內(nèi)應(yīng)力過大。 筒殼外形不規(guī)則，橢圓度過大等等。 上述缺陷均會使卷筒筒殼失去穩(wěn)定的工作狀態(tài)，使用一段時間后，出現(xiàn)連接螺釘折斷、卷筒發(fā)響等不正?，F(xiàn)象。以致在正常負荷下筒殼變形和開裂，為此，應(yīng)提高加工、裝配和安裝質(zhì)量，使用時應(yīng)經(jīng)常檢查各連接處的情況，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，應(yīng)及時檢修并處理。卷筒筒殼不要使用有缺陷的鋼板制作，而必須用檢查質(zhì)量合格的鋼板制作。目前，強度低的合金 15Mn 鋼板得到普遍的應(yīng)用，此種鋼板的強度較 45 鋼提高 30％。 空間的坐標分量 如圖 5－ 4所示。取微元體，采用柱坐標時其應(yīng)力分量為：),(),(),(, ?????? ?????????? rrrzzrzzzrz 根據(jù)剪應(yīng)力互等定理，共有六應(yīng)力分量 圖 54 軸對稱應(yīng)力分布 zrzrzr?????????? ?}{