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载人救援提升装备多功能钢丝绳研发与试验研究

作者: admin 编辑: admin 来源:admin 发布日期:2020-11-12 10:14
信息摘要:
0引言 地面大直径深孔载人提升救援是在井下事故发生后,首先施工小直径生命通道孔为被困人员提供生命支持,然后施工大直径钻孔并使用载人救援提升装备将被困人员提升至地面的
0引言
地面大直径深孔载人提升救援是在井下事故发生后,首先施工小直径生命通道孔为被困人员提供生命支持,然后施工大直径钻孔并使用载人救援提升装备将被困人员提升至地面的救援方式,可有效避开大面积巷道坍塌区域、防止救援过程中遭遇二次事故、救援效率高,是矿山应急救援的一种新方法和有效手段。
中煤科工集团西安研究院有限公司为满足地面大直径深孔载人救援提升要求,研发出ZMK52000JY40救援提升车,本文重点介绍该套装备的提升钢丝绳的研发和试验研究过程。

1多功能钢丝绳
要满足大直径深孔内提升舱载人提升要求,钢丝绳需要同时具备载人提升功能和为通信系统提供稳定不中断的信息传输通道等功能。
多功能钢丝绳在结构上优选不旋转钢丝绳结构,满足煤矿安全规定的载人提升安全要求,确保提升装备运行过程中钢丝绳不旋转或者弱旋转;在通信电缆和钢丝绳关系上,钢丝绳内部设计有4根(2对)电缆,保证电缆在钢丝绳负重条件下外层绝缘材质稳定、不发生损坏、变形和破裂问题,避免电缆铜芯与钢丝绳导通,影响通信性能,需要重点研究钢丝绳内部电缆绝缘材质和厚度。

2钢丝绳方案确定
在煤矿救援钢丝绳设计过程中,需要解决的问题是钢丝绳在使用过程中不旋转。不旋转钢丝绳有两类结构:一种是多股不旋转结构,比如19×7等;另一种是少股不旋转结构,如4V×39S等。抗旋转能力,4V×39s优于19×7;使用及结构稳定性,4V×39S优于19×7;柔软性4Vx395差于19×7;耐磨损性上4V×39S与19×7相比,其股的最外层钢丝直径更大,意味着具有更好的耐磨损性,总体上说,4V×39S钢丝绳更适合煤矿救援使用工况。把铜缆涂塑绝缘后,放置在随股一起转动的4V×39S的外层股中,是一种比较优化可行的方案。
为此确立了煤矿救援钢丝绳结构形式如图1所示,四股钢丝中心都有一根特制的符合煤矿安全要求的通信电缆。
图14V×395+5FC钢丝绳结构形式
1.通信电缆2.钢丝

3钢丝绳参数计算
(1)钢丝绳选择系数
C=4/=0.124mm/V Vh0-o.
"4式中n—安全系数,载人提升选n=9;k——钢丝绳捻制折减系数,取k=0.92;w——钢丝绳充满系数,取)=0.46;
——钢丝绳的公称抗拉强度,取0-1770MPa。
(2)计算钢丝绳直径
D=CVFm=17.5mm式中F——钢丝绳设计最大拉力,取Fm=20000N
(实际拉力8300N)。
(3)钢丝绳直径校核
钢丝绳最小破断拉力
F≥nF=180kN选择G/T8918-1996,4V×39S-5FC、直径o18mm,钢丝公称抗拉强度1770MPa的钢芯钢丝绳,F=
204kN>180kN,钢丝绳直径校验合格。
(4)钢丝绳外层股径计算
钢丝绳外层股直径
dDk=7.67mm m式中k—绳径设计系数,取k:=1.035;m——捻制系数,取m=2.432。
(5)钢丝绳外层股各层钢丝直径计算钢丝绳外层股由最外层丝、次外层丝和股芯组成,为15+15+股芯结构,其中最外层丝直径d=4=1.24mm m1式中m—最外层丝捻制系数,取mi=6.173。
查询线接触圆股设计参数表,3层钢丝的直径比例关系
didid=1.000:0.7418:3.0484式中d——外层股次外层丝直径;d——外层股股芯丝直径。
由di=p1.24mm,计算可得de=d0.92mm、d;=
中3.78mm。
(6)钢丝绳外层股内芯股钢丝直径计算原4V×39S+5FC结构的钢丝绳股结构为15+
15+9,外层股股芯为有机纤维+9根钢丝组成,现将有机纤维改成2.8mm的电缆,并在芯股直径限定的情况下,为了增加导电面积,故将原有的9根钢丝改成18根钢丝,减小钢丝直径,增加导电面积,此时为点接触方式,电缆外层包覆的钢丝直径为股径减去电缆直径的1/2,故钢丝绳外层股股芯电缆包覆的钢丝直径
d=号(dk-d)=0.53mm式中k——股径设计系数,取k=1.035;d——内部电缆直径,取d=02.85mm。
(7)有机纤维绳芯直径计算
查询D./D的实际选择值,根据上述数据,D/D=
0.290-0.322,取中间值0.31,故有机纤维绳芯直径D.=45.58mm。

4生产试制
应用上述计算结果,钢丝绳选用70°、80*热镀锌钢丝,中心电缆选用直径2.70-2.80mm PA12芯,钢丝绳生产工艺如表1所示。
5试验研究
(1)破断拉力试验
试验方案共4种:钢丝绳手工编插形成环扣,再进行塑胶安全保护;钢丝绳通过铝压套形成环扣;钢丝绳通过手工编插和铝压套相结合;钢丝绳滑轮组合。试验方案示意图如图2所示。
采用试验最大破坏拉力,并进行绝缘检测的方法,优选锲形环组合方式作为钢丝绳与提升舱连接方式。
(2)疲劳试验
试验方法参照8.0mm电梯绳疲劳标准要求,
5000次疲劳试验后,绳股表面无断丝,绝缘电阻在500MQ以上。疲劳试验方法:取钢丝绳成品7m,拆股并矫直,在电梯绳静态疲劳试验机上加载380kg,单向循环模拟5000次。检测标准:绝缘电阻在500
MQ以上。
(3)750m整绳绝缘检测采用500量程兆欧表取成品钢丝绳750m,分股进行电阻绝缘检测,股钢丝与电缆分别连接兆欧表的“线路”和“接地”端口,若整绳绝缘电阻在500MΩ
以上则检测通过。
(4)回转性能检测
钢丝绳一端的50cm处对折固定于行车吊勾上(不旋转),用钢丝绳锲形夹头固定;另一端在50cm处对折打扣用钢丝绳夹头固定,吊带串在扣中,吊带两头连在工字轮上。保证上下夹头之间距离5m,43mm麻绳系在下面钢丝绳上,起吊后工字轮旋转,等工字轮停止旋转时,钢丝绳旋转1.75圈。
(5)救援钢丝绳模拟实况试验采用两段接头编插钢丝绳悬挂1.5t重物24h,检测其导电性,仍然全部绝缘。上下起吊加载、卸载50次,检测其导电性,仍然全部绝缘。采用两段接头锲形环组合绳悬挂1.5t重物24h,检测其导电性,全部绝缘。上下起吊加载、卸载100次,检测其导电性,全部绝缘。
通过上述方案优选、理论计算、生产试制和各类试验等,最终成功研发煤矿救援钢丝绳,产品参数:
绳径d/mm18公称强度/MPa1770表面状态镀锌/B级
最小破断拉力kN204线密度/kg·m1.2176结语
基于地面大直径深孔载人救援提升方法,对研发ZMK5200QJY40救援提升车专用钢丝绳提出载人和下放载重功能且同时能为通信系统提供稳定不中断信息传输通道的多功能要求,确立了内置四股符合煤矿安全要求的4V×395不旋转钢丝绳结构。通过理论计算确立钢丝绳选择系数、钢丝绳直径等参数,选择钢丝绳和中心电缆材料,优选钢丝绳生产工艺,试制了750m钢丝绳。在此基础上进行破坏拉力试验,优选锲形环组合方式作为钢丝绳与提升舱连接方式,并进行了一系列试验如疲劳试验、750m整绳绝缘检测、回转性能检测、救援钢丝绳模拟实况试验等,最终成功研发出满足载人提升要求的多功能钢丝绳结构,保证了ZMK5200QJY40救援提升车载人救援过程安全可靠,对研发系列多功能钢丝绳具有借鉴意义。

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