[发明专利]一种矿井提升钢丝绳磨耗面积及其安全系数预测方法

权利要求书

1.一种矿井提升钢丝绳磨耗面积及其安全系数预测方法，其特征是：包括对钢丝绳磨耗面积以及对钢丝绳安全系数的预测方法；

(1)依据提升系统参数，通过提升动力学计算提升过程中钢丝绳各位置的动张力；

(2)对提升过程中钢丝绳内部钢丝间的微动参数进行计算，所述的微动参数为接触载荷和相对滑移量；

(3)结合微动参数和实验获取的钢丝磨损系数对钢丝的磨耗面积进行计算；

(4)对所有钢丝磨耗面积求和获得钢丝绳的总磨耗面积；

(5)依据钢丝绳的横截面积减小量计算获得钢丝绳的安全系数；

对钢丝绳的磨耗面积及其安全系数进行预测，为矿井提升钢丝绳的选择及其使用安全可靠性提供依据。

2.根据权利要求1所述的一种矿井提升钢丝绳磨耗面积及其安全系数预测方法，其特征是：钢丝绳磨耗面积预测方法的具体步骤如下：

(1)根据公式(1)和(2)计算摩擦轮切点位置提升端与下放端钢丝绳的动张力；

式中，E为钢丝绳弹性模量，A为钢丝总断面积，m₁、m₂为终端质量，g为重力加速度，a为提升加(减)速度，ρ为钢丝绳每米质量，L₁、L₂为上提与下放侧容器距摩擦轮切点处距离，v为提升容器提升速度，S₁、S₂为摩擦轮切点处提升端与下放端钢丝绳张力；

(2)忽略钢丝绳惯性力的影响，计算钢丝绳任意位置的动张力；

S_1x＝S₁-ρ·x·g；S_2x＝S₂-ρ·x·g公式(3)

式中，S_x为与摩擦轮切点处距离x米处提升钢丝绳张力，ρ为钢丝绳每米质量，g为重力加速度，S₁、S₂为摩擦轮切点处提升端与下放端钢丝绳张力；

(3)根据步骤(2)所得钢丝绳动张力，计算钢丝绳内部每根钢丝所受拉力；

式中，F为钢丝绳所受拉力，F_kl为第l股第k丝层钢丝所受拉力，β_l为绳股捻角，α_kl为第l股k丝层钢丝捻角，E_kl为第l股k丝层钢丝弹性模量，A_kl为第l股k丝层钢丝横截面积，n_s为绳股层数，j为绳股层，Z_j为j层绳股中绳股数，β_j为j层绳股捻角，n_wj为j层绳股中钢丝层数，Z_ij为j股i丝层钢丝数，α_ij为j股i丝层钢丝捻角，E_ij为j股i丝层钢丝弹性模量，A_ij为j股i丝层钢丝横截面积；

(4)绳股内所有钢丝在股轴线上拉力分量的和为绳股所受拉力；

式中，F_j为j层绳股所受拉力，F_ij为第i股第j丝层钢丝所受拉力，α_ij为第i股j丝层钢丝捻角，n_wj为j层绳股中钢丝层数，Z_ij为j股i丝层钢丝数；

(5)在拉力作用下，假设与容器连接端钢丝绳应变为零，则距离容器y处钢丝伸长量为：

式中，S_y为距离容器y处的钢丝绳张力，ρ为钢丝绳每米质量，β_l为绳股捻角，α_kl为第l股k丝层钢丝捻角，E_kl为第l股k丝层钢丝弹性模量，A_kl为第l股k丝层钢丝横截面积，n_s为绳股层数，j为绳股层，Z_j为j层绳股中绳股数，β_j为j层绳股捻角，n_wj为j层绳股中钢丝层数，Z_ij为j股i丝层钢丝数，α_ij为j股i丝层钢丝捻角，E_ij为j股i丝层钢丝弹性模量，A_ij为j股i丝层钢丝横截面积；

(6)依据每根钢丝伸长量，计算相邻钢丝间的相对位移；

式中，ΔSP为钢丝间相对滑移，δ_kl为l股k层钢丝直径，ε_kl为l股k丝层钢丝的应变，γ_kl为l股k层钢丝旋转角，γ_l为l层绳股旋转角，μ为钢丝泊松比；

(7)在拉力的作用下，钢丝绳内部钢丝间将产生接触载荷；

式中，P为钢丝间接触载荷，α_kl为第l股第k丝层钢丝捻角，为松捻角，其值与外层钢丝的捻角α_(k+1)l有关；一般计算时，当α_(k+1)l≤6°时，当6°≤α_(k+)1l≤12°时，当α_(k+1)l≥12°时，F_s为螺旋股所受拉力，β₁为螺旋股捻角，θ_S、θ_R分别为arctan(L_S/π·d_CS)、arctan(L_R/π·d_CS)，Z_s2为螺旋股最外层钢丝数，L_R为钢丝绳捻距，L_S为绳股捻距，d_CS为直股外切圆直径；

(8)基于Archard磨损理论公式，提出总磨耗面积WA的理论预测模型

WA＝k₁·k₂·k₃·P·ΔSP·ω·N

＝k·P·ΔSP·ω·N 公式(14)

式中,WA为两接触钢丝总磨耗面积，k₁、k₂、k₃分别为与接触载荷、相对滑移、交叉捻角相关的磨损系数，P为接触载荷，ΔSP为接触钢丝间相对滑移，ω为接触钢丝交叉角，N为循环次数；

(9)将上述计算钢丝绳内部钢丝间的接触载荷、相对滑移及实验所得磨损系数和钢丝间的交叉角代入公式(14)，可得不同循环次数下接触钢丝对的磨耗面积，对所有接触钢丝对的磨耗面积求和可得不同提升次数下钢丝绳总断面积的减小量；

钢丝绳安全系数预测方法的具体步骤如下：

(1)依据钢丝绳总断面积的减小量提出钢丝绳承载安全系数

式中，S_a为提升钢丝绳承载安全系数，S₀为提升钢丝绳初始安全系数，A为钢丝绳横截面积，ΔA为钢丝绳磨耗面积；

(2)将上述钢丝绳总断面积减小量代入公式(15)可得不同提升次数下钢丝绳的安全系数。