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載人救援提升裝備多功能鋼絲繩研發與試驗研究

作者: admin 編輯: admin 來源:admin 發布日期:2020-11-12 10:14
信息摘要:
0引言 地面大直徑深孔載人提升救援是在井下事故發生后,首先施工小直徑生命通道孔為被困人員提供生命支持,然后施工大直徑鉆孔并使用載人救援提升裝備將被困人員提升至地面的
0引言
地面大直徑深孔載人提升救援是在井下事故發生后,首先施工小直徑生命通道孔為被困人員提供生命支持,然后施工大直徑鉆孔并使用載人救援提升裝備將被困人員提升至地面的救援方式,可有效避開大面積巷道坍塌區域、防止救援過程中遭遇二次事故、救援效率高,是礦山應急救援的一種新方法和有效手段。
中煤科工集團西安研究院有限公司為滿足地面大直徑深孔載人救援提升要求,研發出ZMK52000JY40救援提升車,本文重點介紹該套裝備的提升鋼絲繩的研發和試驗研究過程。

1多功能鋼絲繩
要滿足大直徑深孔內提升艙載人提升要求,鋼絲繩需要同時具備載人提升功能和為通信系統提供穩定不中斷的信息傳輸通道等功能。
多功能鋼絲繩在結構上優選不旋轉鋼絲繩結構,滿足煤礦安全規定的載人提升安全要求,確保提升裝備運行過程中鋼絲繩不旋轉或者弱旋轉;在通信電纜和鋼絲繩關系上,鋼絲繩內部設計有4根(2對)電纜,保證電纜在鋼絲繩負重條件下外層絕緣材質穩定、不發生損壞、變形和破裂問題,避免電纜銅芯與鋼絲繩導通,影響通信性能,需要重點研究鋼絲繩內部電纜絕緣材質和厚度。

2鋼絲繩方案確定
在煤礦救援鋼絲繩設計過程中,需要解決的問題是鋼絲繩在使用過程中不旋轉。不旋轉鋼絲繩有兩類結構:一種是多股不旋轉結構,比如19×7等;另一種是少股不旋轉結構,如4V×39S等。抗旋轉能力,4V×39s優于19×7;使用及結構穩定性,4V×39S優于19×7;柔軟性4Vx395差于19×7;耐磨損性上4V×39S與19×7相比,其股的最外層鋼絲直徑更大,意味著具有更好的耐磨損性,總體上說,4V×39S鋼絲繩更適合煤礦救援使用工況。把銅纜涂塑絕緣后,放置在隨股一起轉動的4V×39S的外層股中,是一種比較優化可行的方案。
為此確立了煤礦救援鋼絲繩結構形式如圖1所示,四股鋼絲中心都有一根特制的符合煤礦安全要求的通信電纜。
圖14V×395+5FC鋼絲繩結構形式
1.通信電纜2.鋼絲

3鋼絲繩參數計算
(1)鋼絲繩選擇系數
C=4/=0.124mm/V Vh0-o.
"4式中n—安全系數,載人提升選n=9;k——鋼絲繩捻制折減系數,取k=0.92;w——鋼絲繩充滿系數,取)=0.46;
——鋼絲繩的公稱抗拉強度,取0-1770MPa。
(2)計算鋼絲繩直徑
D=CVFm=17.5mm式中F——鋼絲繩設計最大拉力,取Fm=20000N
(實際拉力8300N)。
(3)鋼絲繩直徑校核
鋼絲繩最小破斷拉力
F≥nF=180kN選擇G/T8918-1996,4V×39S-5FC、直徑o18mm,鋼絲公稱抗拉強度1770MPa的鋼芯鋼絲繩,F=
204kN>180kN,鋼絲繩直徑校驗合格。
(4)鋼絲繩外層股徑計算
鋼絲繩外層股直徑
dDk=7.67mm m式中k—繩徑設計系數,取k:=1.035;m——捻制系數,取m=2.432。
(5)鋼絲繩外層股各層鋼絲直徑計算鋼絲繩外層股由最外層絲、次外層絲和股芯組成,為15+15+股芯結構,其中最外層絲直徑d=4=1.24mm m1式中m—最外層絲捻制系數,取mi=6.173。
查詢線接觸圓股設計參數表,3層鋼絲的直徑比例關系
didid=1.000:0.7418:3.0484式中d——外層股次外層絲直徑;d——外層股股芯絲直徑。
由di=p1.24mm,計算可得de=d0.92mm、d;=
中3.78mm。
(6)鋼絲繩外層股內芯股鋼絲直徑計算原4V×39S+5FC結構的鋼絲繩股結構為15+
15+9,外層股股芯為有機纖維+9根鋼絲組成,現將有機纖維改成2.8mm的電纜,并在芯股直徑限定的情況下,為了增加導電面積,故將原有的9根鋼絲改成18根鋼絲,減小鋼絲直徑,增加導電面積,此時為點接觸方式,電纜外層包覆的鋼絲直徑為股徑減去電纜直徑的1/2,故鋼絲繩外層股股芯電纜包覆的鋼絲直徑
d=號(dk-d)=0.53mm式中k——股徑設計系數,取k=1.035;d——內部電纜直徑,取d=02.85mm。
(7)有機纖維繩芯直徑計算
查詢D./D的實際選擇值,根據上述數據,D/D=
0.290-0.322,取中間值0.31,故有機纖維繩芯直徑D.=45.58mm。

4生產試制
應用上述計算結果,鋼絲繩選用70°、80*熱鍍鋅鋼絲,中心電纜選用直徑2.70-2.80mm PA12芯,鋼絲繩生產工藝如表1所示。
5試驗研究
(1)破斷拉力試驗
試驗方案共4種:鋼絲繩手工編插形成環扣,再進行塑膠安全保護;鋼絲繩通過鋁壓套形成環扣;鋼絲繩通過手工編插和鋁壓套相結合;鋼絲繩滑輪組合。試驗方案示意圖如圖2所示。
采用試驗最大破壞拉力,并進行絕緣檢測的方法,優選鍥形環組合方式作為鋼絲繩與提升艙連接方式。
(2)疲勞試驗
試驗方法參照8.0mm電梯繩疲勞標準要求,
5000次疲勞試驗后,繩股表面無斷絲,絕緣電阻在500MQ以上。疲勞試驗方法:取鋼絲繩成品7m,拆股并矯直,在電梯繩靜態疲勞試驗機上加載380kg,單向循環模擬5000次。檢測標準:絕緣電阻在500
MQ以上。
(3)750m整繩絕緣檢測采用500量程兆歐表取成品鋼絲繩750m,分股進行電阻絕緣檢測,股鋼絲與電纜分別連接兆歐表的“線路”和“接地”端口,若整繩絕緣電阻在500MΩ
以上則檢測通過。
(4)回轉性能檢測
鋼絲繩一端的50cm處對折固定于行車吊勾上(不旋轉),用鋼絲繩鍥形夾頭固定;另一端在50cm處對折打扣用鋼絲繩夾頭固定,吊帶串在扣中,吊帶兩頭連在工字輪上。保證上下夾頭之間距離5m,43mm麻繩系在下面鋼絲繩上,起吊后工字輪旋轉,等工字輪停止旋轉時,鋼絲繩旋轉1.75圈。
(5)救援鋼絲繩模擬實況試驗采用兩段接頭編插鋼絲繩懸掛1.5t重物24h,檢測其導電性,仍然全部絕緣。上下起吊加載、卸載50次,檢測其導電性,仍然全部絕緣。采用兩段接頭鍥形環組合繩懸掛1.5t重物24h,檢測其導電性,全部絕緣。上下起吊加載、卸載100次,檢測其導電性,全部絕緣。
通過上述方案優選、理論計算、生產試制和各類試驗等,最終成功研發煤礦救援鋼絲繩,產品參數:
繩徑d/mm18公稱強度/MPa1770表面狀態鍍鋅/B級
最小破斷拉力kN204線密度/kg·m1.2176結語
基于地面大直徑深孔載人救援提升方法,對研發ZMK5200QJY40救援提升車專用鋼絲繩提出載人和下放載重功能且同時能為通信系統提供穩定不中斷信息傳輸通道的多功能要求,確立了內置四股符合煤礦安全要求的4V×395不旋轉鋼絲繩結構。通過理論計算確立鋼絲繩選擇系數、鋼絲繩直徑等參數,選擇鋼絲繩和中心電纜材料,優選鋼絲繩生產工藝,試制了750m鋼絲繩。在此基礎上進行破壞拉力試驗,優選鍥形環組合方式作為鋼絲繩與提升艙連接方式,并進行了一系列試驗如疲勞試驗、750m整繩絕緣檢測、回轉性能檢測、救援鋼絲繩模擬實況試驗等,最終成功研發出滿足載人提升要求的多功能鋼絲繩結構,保證了ZMK5200QJY40救援提升車載人救援過程安全可靠,對研發系列多功能鋼絲繩具有借鑒意義。

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