無(wú)極繩單軌吊中鋼絲繩的分析與選型

許　夏,劉陽(yáng)陽(yáng),陳凱旋,徐華超,李嘉維（安徽理工大學(xué)　機(jī)械工程學(xué)院,安徽　淮南　232001）

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無(wú)極繩單軌吊中鋼絲繩的分析與選型

許夏,劉陽(yáng)陽(yáng),陳凱旋,徐華超,李嘉維
（安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,安徽淮南232001）

摘 要：本次設(shè)計(jì)主要對(duì)無(wú)極繩單軌吊中的鋼絲繩做了單獨(dú)的研究，首先對(duì)其進(jìn)行選型，而后進(jìn)行理論計(jì)算及相關(guān)分析，最后借助Ansys Workbench對(duì)鋼絲繩進(jìn)行力學(xué)分析，通過(guò)分析結(jié)果確保整個(gè)裝置運(yùn)行的安全性，為以后的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)極繩單軌吊；鋼絲繩；Ansys Workbench；力學(xué)分析

0　引言

近年來(lái)煤炭行業(yè)發(fā)展飛速，無(wú)極繩單軌吊憑借著其特有的爬坡優(yōu)勢(shì)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。鋼絲繩作為連接的重要組件，一直來(lái)也備受關(guān)注，本文主要研究無(wú)極繩單軌吊鋼絲繩的力學(xué)分析及選型。

1　研究目標(biāo)

在礦井采掘工作的過(guò)程中，鋼絲繩應(yīng)用最廣泛的是煤礦提升設(shè)備和井下運(yùn)輸設(shè)備，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接制約煤礦生產(chǎn)效率，對(duì)礦井的安全性有很大影響。

本次研究的目標(biāo)是固定于無(wú)極繩單軌吊裝置根座的鋼絲繩。

2　鋼絲繩的力學(xué)理論計(jì)算

2.1鋼絲繩運(yùn)行阻力計(jì)算

在無(wú)極繩單軌吊運(yùn)輸過(guò)程中，把鋼絲繩和整個(gè)裝置加在一起計(jì)算整體的運(yùn)行阻力。

鋼絲繩在水平巷道運(yùn)輸時(shí)通常按照如下公式計(jì)算：

式中：WL——運(yùn)行阻力，N；Gzi——裝置總重量，t；Z——牽引車數(shù)量；qR——鋼絲繩單位長(zhǎng)度的重量，kg/m；L——運(yùn)輸距離，m；μ——坡度阻力系數(shù)；ω——運(yùn)行阻力系數(shù)。

煤礦巷道路程崎嶇，運(yùn)輸可依據(jù)如下公式：

式中：βmax——坡道最大傾角，o。

2.2鋼絲繩張力計(jì)算

在無(wú)極繩單軌吊運(yùn)行過(guò)程中，鋼絲繩所受到的最大張力點(diǎn)位于6點(diǎn)，為克服運(yùn)阻力，鋼絲繩與無(wú)極繩絞車摩擦輪相遇點(diǎn)6處的最大張力S6與無(wú)極繩絞車摩擦輪分離點(diǎn)1處的張力S1有如下關(guān)系：

式中：k——張力增加系數(shù)，WL——運(yùn)行阻力

鋼絲繩與摩擦輪之間的傳動(dòng)方式為摩擦傳動(dòng)，這里可使用撓性體摩擦傳動(dòng)公式S6=S1eμα，同時(shí)考慮到一定的備用摩擦力，防止運(yùn)行過(guò)

程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，S6與S1的關(guān)系式如（4）所示：

式中： n——摩擦力的備用系數(shù)；

α′——鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，o；

μ——鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦系數(shù)。

2.3鋼絲繩的受力計(jì)算

對(duì)單位長(zhǎng)度的鋼絲繩進(jìn)行受力分析，所需公式如式（7）所示這里坡度取20o。

式中Z=1，L=1m，ω取0.02，g=9.8N/Kg，β=20o。

通過(guò)公式(2-2)可以求得運(yùn)行阻力：

3　鋼絲繩的選型

鋼絲繩作為無(wú)極繩單軌吊動(dòng)力系統(tǒng)的組成部分，其安全性是提高效率的保障，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行相關(guān)計(jì)算與合理選型至關(guān)重要。

鋼絲繩的選型計(jì)算

（1）礦井機(jī)器作業(yè)時(shí)合格的鋼絲繩在被破壞的瞬時(shí)實(shí)測(cè)所受拉力總和比上鋼絲繩的額定最大靜拉力所得結(jié)果即為鋼絲繩的安全使用系數(shù)（M）：

（2）按現(xiàn)行鋼絲繩產(chǎn)品標(biāo)注的技術(shù)參數(shù)(Fmin和Kˊ)分別給出了式（7）安全系數(shù)計(jì)算的轉(zhuǎn)換公式：

通過(guò)以上公式的計(jì)算，本裝置中所選用的鋼絲繩其直徑大約為26 mm。

4　鋼絲繩的力學(xué)分析

對(duì)于鋼絲繩的力學(xué)計(jì)算，首先可通過(guò)AnsysWorkbench軟件對(duì)單位長(zhǎng)度的鋼絲繩模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分、施加約束和載荷以及計(jì)算求解，最后可得出鋼絲繩的壓力云圖如圖1所示。

從上面圖中可以看出，鋼絲繩的最大應(yīng)力446MPa，滿足強(qiáng)度要求。

5　鋼絲繩的選型

鋼絲繩的選型較為復(fù)雜，根據(jù)上幾個(gè)章節(jié)的受力分析和計(jì)算知，為保證繩體上下受力平衡，選等直徑圓形股較為合適，直徑為26mm為最佳。

6　小結(jié)

本文主要是對(duì)無(wú)極繩單軌吊中的鋼絲繩做了力學(xué)計(jì)算和仿真分析，通過(guò)計(jì)算的結(jié)果可以確定鋼絲繩的選型完全符合強(qiáng)度要求，為工作生產(chǎn)提供了很好的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn):

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[3]浦漢軍.起重機(jī)用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩理論研究及其壽命估算[D].華南理工大學(xué),2012.

作者簡(jiǎn)介：許夏（1989-）,女,安徽淮南人,在讀碩士。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.249