钢丝绳安全系数计算的探讨.doc

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1、钢丝绳安全系数计算的探讨    钢丝绳作为矿井提升设备的一个重要承载部件，也是矿井提升机械中易损且消耗最大的材料之一，其安全性对矿井提升运输安全具有重要作用，我国因钢丝绳断裂而产生的重特大事故时有发生且防不胜防，造成重大人身伤亡和财产损失。在矿井提升系统正常运行中，钢丝绳除受到静拉力外，其内部还受到弯曲、扭转、挤压等应力的作用，在各种应力的作用下，钢丝绳的寿命将大大降低，另外，机械磨损、超载疲劳、腐蚀也会降低钢丝绳寿命。因此，合理选择钢丝绳尤其重要，而安全系数是钢丝绳选用的一个关键因素。    一、基本术语

2、1、钢丝绳的3种破断拉力 1.1、钢丝绳最小破断拉力    钢丝绳的最小破断拉力值，是制造钢丝绳或做整绳破断拉力试验时，应该达到的拉力值下限，是衡量或检验钢丝绳性能的重要指标之一，也是一个统计经验值，按下式计算：        式中：F0为钢丝绳最小破断拉力，kN；K'为某一指定结构钢丝绳的最小破断拉力系数，可从GB8918－2006表2中查得；D为钢丝绳公称直径，mm；R0为钢丝绳公称抗拉强度，MPa。    1.2、钢丝绳整绳破断拉力（又称钢丝绳拉断力）    钢丝绳整绳破断拉力Fs，是整根钢丝绳受静载

3、荷单向拉伸破断时的实际拉力，即钢丝绳承载能力的实测值。由于其考核钢丝绳的实际承载能力，因而更具实际意义。    1.3、钢丝绳钢丝的破断拉力总和    钢丝绳钢丝的破断拉力总和Fz，是采用拆股试验，全部或部分地测试出钢丝的实际破断拉力，其总和为实测的钢丝绳钢丝的破断拉力总和。由于为其钢丝绳承载能力的初略估算值，不能真实准确地反映钢丝绳的承载能力。    对于钢丝绳，由于钢丝绳捻制质量等的影响，上述3种破断拉力一般有如下关系：    F0≤Fs≤Fz(2)    钢丝绳拉断力Fs比其组成钢丝拉断力总和Fz一般

4、小13%～25%左右。GB8918－2006附录A中给出了Fs与Fz间的换算系数。2、钢丝绳安全系数    我国矿用钢丝绳的强度计算依据《煤矿安全规程》规定，按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算，即钢丝绳的安全系数为实测的破断载荷与其所承受的最大静载荷之比。    根据煤矿提升钢丝绳工作特点，可绘制出其工作示意图，见图1l。由图可见，钢丝绳的最大静载荷作用于最上点(天轮啮合处)，其值为：        图1钢丝绳工作示意图        式中：Fmax为钢丝绳承受的最大静载荷，N；G1为一次有益载荷

5、，N；G2为容器重量，N；G3为钢丝绳单位长度重量，N/m；H为钢丝绳悬垂长度，m；m1为一次提升有益质量，kg；m2为容器质量，kg；m3为钢丝绳单位长度质量，kg。    其中：H=H1+H2+H3(4)    式中：H为钢丝绳悬垂长度，m；H1为井架高度，m；H2为矿井深度，m；H3为容器装载高度，m。    钢丝绳的安全系数可由下式计算得到：        式中：ma为钢丝绳安全系数；F为钢丝绳本身所能承受的极限载荷，即破断载荷。    对于钢丝绳所能承受的极限载荷即为致使钢丝绳破断的载荷。由上可知

6、，目前对钢丝绳破断载荷有3种表示方式，即钢丝绳最小破断拉力(F0)、钢丝绳整绳破断拉力(Fs)和钢丝的破断拉力总和(Fz)。   二、钢丝绳安全系数的计算基准    由式(5)可见，钢丝绳安全系数计算的正确与否与钢丝绳本身所能承受的极限载荷(F)的合理确定密切相关，即钢丝绳安全系数计算基准问题。    《煤矿安全规程》第四百条规定：钢丝绳的安全系数，等于实测的合格钢丝绳拉断力的总和与其所承受的最大静拉力(包括绳端载荷和钢丝绳自重所引起的静拉力)之比。    《煤矿安全规程》第四百零二条规定：以合格钢丝拉断力

7、总和为准算出的安全系数，如低于本规程第四百条的规定时，该钢丝绳不得使用。    从字面上看，上述两种规定间存在矛盾。计算钢丝绳安全系数时，前者以合格钢丝绳拉断力的总和(Fs)为基准，后者以合格钢丝拉断力总和(Fz)为准。由于钢丝绳拉断力(Fs)一般小于合格钢丝拉断力总和(Fz)，因而前者要求更为严酷。    笔者就此问题进行了专门研究，并广泛征求了检测检验、设计、研究、使用方面的专家和标准起草人的意见，认为《煤矿安全规程》所规定的矿井提升用钢丝绳安全系数计算基准应是“合格钢丝拉断力总和(Fz)”，而不应是“

8、合格钢丝绳拉断力的总和（实测的合格钢丝绳拉断力的总和）(Fs)”。理由有以下几方面：    (1)从《煤矿安全规程》制修订过程和原煤炭工业部有关规定的沿革看，《煤矿安全规程》实际上规定的应是后者。其中第四百条“钢丝绳拉断力”的出现是1996版出版时的印刷错误，以后各版本一直沿用。因为1992版及其《执行说明》中均明确“以合格钢丝拉断力总和为准”，而1996年修订时并未对该条款进行修改。    (2)由中国煤炭工业