钢丝绳设计

关键词： 卷筒 钢丝绳 起重

钢丝绳设计（精选十篇）

钢丝绳设计 篇1

1 卷筒的绕绳表面型式及排绳特点

1.1 光面卷筒

光面卷筒是常见的形式(图1a),其优点是制造简单,更换不同直径钢丝绳无影响。但由于钢丝绳与卷筒表面为线接触,所以钢丝绳局部应力较大,圈与圈间挤压大,导向不好。因此,随着旋螺绳槽卷筒的优越性和折线卷筒加工技术的成熟,光面卷筒在卷筒制造中所占比例也在逐渐减少。

1.2 普通螺旋绳槽卷筒

螺旋绳槽卷筒即在卷筒筒身光面用机床(车床)加工出螺旋槽,其尺寸按GB/T 9006《起重机卷筒》标准进行加工。卷筒具备绳槽后,具有导向作用,钢丝绳落在槽内,使得钢丝绳与卷筒接触为面接触,改变了光面卷筒局部较高的应力状况,钢丝绳圈与圈之间有一定的间隙,相互挤压力小,延长了钢丝绳寿命且整排不乱绳(图1b)。

有观点认为带螺旋绳槽卷筒只适用于单层缠绕,而不适用于多层缠绕,其实并不完全正确,主要原因在于没有对问题具体分析解决。GB/T 9006标准中对绳槽节距推荐的数值适用于单层缠绕,如果将该值用于多层缠绕,则会出现不顺序排绳的情况,因为槽距过大造成累积下来轴向间隙过大,而且随着层数的增加会加剧恶化的情况。正确的方法是减小槽距,使钢丝绳间保留很少的间隙。GB/T 5031《塔式起重机》规定一般采取1.04~1.15d(d钢丝绳直径)这样的排绳就比较理想,多层缠绕一般取1.04~1.06d。由于第一层按绳槽排绳很好,往后排绳有了很好的基础,比光面卷筒要好很多,且绳槽制造没有难度。所以采用螺旋绳槽卷筒的场合越来越多。螺旋绳槽用于单层缠绕时效果最佳,随着层数的增加,钢丝绳间的摩擦挤压与光面多层缠绕相似的缺点。

1.3 折线绳槽卷筒

折线绳槽又称“篱笆式”绳槽(图2),折线绳槽分单折线和双折线,一般采用双折线,折线绳槽形状与螺旋绳槽相似,其轨迹与螺旋绳槽不同,可理解为将原来的螺旋绳槽演变为一周分四段,其中两段为平行区(平行于端面)另两段为过渡区(上层与下层交叉区),螺旋绳槽交替,在卷筒上对称分布,卷筒旋转一周钢丝绳经历四段沿卷筒轴线移动一个槽距缠绕,一个直槽和一个斜槽,则钢丝绳移动的是半个槽距。折线绳槽最大的优点就是有两个大的直线区,在这区间上层的钢丝绳对称地缠绕在下层两层绕绳之间,不仅导向性好,而且钢丝绳由下层2根绳平摊压力(图2),使钢丝绳的应力减小,钢丝绳使用寿命延长,另外每层钢丝绳圈数固定,单位长度内钢丝绳长度相同,不会改变,便于精确控制钢丝绳长度,多吊点的同步。为大型起重和排绳要求高的重要场合优先采用,但该绳槽需专用设备或模具铸造加工,成本较高。

2 卷筒正确排绳的条件

GB/T 1955《建筑卷扬机》中推荐光面卷筒自然排绳θ≤2°,带排绳器θ≤4°,带绳槽卷筒θ≤4°(图1)。

GB/T 3811《起重机械设计规范》中推荐钢丝绳绕入或绕出卷筒时的钢丝绳偏离螺旋槽两侧的角度不大于3.5°,对于光面卷筒和多层缠绕卷筒,钢丝绳偏离与卷筒轴垂直平面的角度不大于1.7°。

上述标准并不完善,在限制最大角度的同时没有限制最小角度,因为角度过小也会出现不能正确排绳的乱绳现象。有关资料推荐最小入绳角度θ>0.5°。

螺旋绳槽卷筒α≤4°或不大于3.5°仅限于有绳槽时的第一层,多层缠绕后与光面卷筒要求的入绳角度相同。

要正确排绳首先必须满足入绳角的要求,一般采用不超过上述入绳角度,钢丝绳便能顺序排列不乱绳。但应注意,尽管符合上述条件,也有不能顺序排绳的情况。如:卷筒与定滑轮距离过大,导致入绳角过小或距离过大工作的绳子因风大或起升时振动引起绳子跳动,使得绳子不按原顺序跳绳或跳槽;底层钢丝绳缠绕不紧,上层钢丝绳容易陷入下层中,必须注意。

3 常见排绳问题的技术分析及设计

3.1 入绳角角度大

入绳角大是最常见的情况,在设计时往往考虑到卷扬机的体积和成本,将卷筒设计的长而直径小,缠绳量大。

入绳角大会造成在钢丝绳缠绕过程中,进入第二层后钢丝绳排不到卷筒法兰边就往回排且绳间距由大到小,造成塔式的乱绳(图3),达到一定高度时滑下来,造成乱绳。

设计解决办法如下。

1)设计时满足入绳角要求,增加卷筒直径减少卷筒宽度,使之达到入绳角度的要求,需要以增加成本代价。

2)增设定滑轮改向,增加卷筒与定滑轮的距离达到入绳度的要求。如高速铁路客运专线建设施工中的预制梁提梁机提升系统的设计,原方案卷筒至滑轮距离L仅3m(图4a),改进后卷筒与定滑轮间距离为20m,满足了入绳要求。

3)根据动滑轮的运动过程计算入绳角。对于卷筒上钢丝绳进入动滑轮的入绳角,需根据运动分析,图5为地铁门式起重机的提升系统入绳角度分析图(单层缠绕)。一般场合计算入绳角度必须保证动滑轮两极限位置(靠近卷筒和远离卷筒)都能满足入绳角度的要求,如图5中α1、α2、α3都应小于4°(带绳槽卷筒),容易造成错误的分析:在下限位置时由于卷筒与动滑轮距离远,容易保证其入绳(图5a中α1),最上限位置时动滑轮靠近卷筒入绳角度就很大了(图5a中α2远大于4°);但在运动过程中随着高度的提升,钢丝绳在螺旋槽中沿轴向由两端向中间移动,入绳角度相应变化,当达到最大高度时,如绳角度仍能满足要求(图5b中α3),所以应该考虑动滑轮两极限位置时钢丝绳在卷筒上相应的位置来设计入绳角度。

对于多层缠绕,除了考虑钢丝绳在卷筒上的位置,还应考虑每层钢丝绳缠绕至两法兰板时的入绳角度都能满足安全才行。

4)设置排绳器(图6),是对入绳角度过大时采用的最有效的方法。排绳器是用机械的方法将钢丝绳限制在滑座的上下左右4个滑轮中,滑座通过往复丝杆驱动滑卷筒轴线来回移动,设计丝杆长度极限就是卷筒宽度,丝杆通过齿轮和链轮传动由将装在卷筒上的链轮带动,通过齿轮、链轮传动比的计算搭配,卷筒旋转一周相应滑座移动一个钢丝绳节距。这样解决因入绳角度在钢丝绳排不到法兰的情况,GB/T 1955推荐一般采用排绳器入绳角度θ≤4°,对于入绳θ≥4°时要谨慎考虑排绳器导向滑座及限制钢丝绳的滚轮的受力,钢丝绳压力及排绳器的刚性驱动力,可以进一步计算确定。

5)对于容绳量特别大,比如达1km以上,甚至三、四千米以上的卷筒,如果按常规做出的卷筒很大,也很难达到正常排绳,设计中常采用摩擦式卷扬机(图7)。摩擦式卷扬机由主机和辅机组成,主机卷扬机由电动机、减速机带两环形绳槽的卷筒同向转旋驱动,钢丝绳以多道缠绕在卷筒上产生摩擦力,使钢丝绳产生拉力,实施起重牵引。其优点有:①定点出绳,钢丝绳定点出绳入绳角度为0°;②单层钢丝绳无内外层对速度的影响,速度恒定(除需要的控制变速)辅机为容绳部分,随主机(牵引)速度放绳或收绳,辅机根据工况要求配置,在正、反转都需加力,一收一放的情况下不配辅机。广泛用于缆索起重机、船舶下水牵引系统中的牵引卷扬机。

3.2 入绳角度过小

卷扬机与定滑轮距离大,往往保证了最大入绳角的要求,但最小入绳角往往过小,小于0.5°,此时造成钢丝绳沿卷筒法兰往上爬(图8a),当爬到几圈后会忽然滑下,产生振动,引起乱绳,针对这种情况在法兰上设计一圈挡圈,人为制造一个入绳角度(图8b),便解决了这一问题。

3.3 上层绳容易陷入下层绳中

上层绳容易陷入下层绳中往往是由于钢丝绳无预紧力,内层钢丝绳牵引时不受力或受力很小,外层钢丝绳受额定拉力而造成的。典型的事例:在高速铁路客运专线架桥机施工过程中,当架桥机从运架车上提升900t粱放到桥墩后,空载上升,在提梁前,此时卷筒上的钢丝绳受力很小,已缠绕的钢丝绳比较松,受到提梁重载时钢丝绳便往已卷绕的绳隙中挤下去,造成乱绳。放绳时钢丝绳从夹在下层的钢丝绳间抽出,造成钢丝绳磨损加剧并产生振动,带来安全隐患。所以架桥机及这类工况的卷筒往往采用单层缠绕或两层缠绕。

有资料介绍,在一些工况中,卷筒空载缠绕时,预张力不小于额定拉力的10%有利于钢丝绳排绳。

3.4 钢丝绳跳绳,不按规律排绳

钢丝绳跳绳,不按规律排绳常见于钢丝绳速度快,钢丝松懈和卷筒与滑轮距离远,风力影响和钢丝绳的扰动引起的乱绳现象。

解决办法为:设计增加压绳器(图9)。压绳器是用一根滚子压在钢丝绳上,其长度为卷筒宽度,滚柱以轴承与滚子轴连接,滚子压在钢丝绳上,可以随钢丝绳收放而转动,以减少钢丝绳与滚子的相对滚动摩擦,滚子通过拉杆施力,其压力可以进行调整,从而达到防止钢丝绳跳绳的目的。

1-压绳器支座;2-压绳器滚子;3-钢丝绳;4-卷筒

4 结语

钢丝绳设计 篇2

钢丝绳状态无线监控系统节能方案研究与设计

作者：刘厚志 陈士忠 吴玉厚

来源：《现代电子技术》2013年第01期

钢丝绳芯胶带翻带装置的设计与应用 篇3

关键词：翻带装置 胶带输送机 翻转

目前，我矿井下共有胶带输送机29部，总运距达19105米，总装机功率6110kw，其中强力胶带输送机7部，运距达9320米，装机功率3430KW，担负着全矿主运系统的运输任务。随着采区设备功率的不断增大，井下安装使用的强力胶带输送机也随之增加。我矿强力皮带使用的强力胶带为ST/S1250/1000、ST/S1600/1000、ST/S2500/1000三种。由于强力胶带输送机使用较为频繁，胶带磨损较为严重，胶带的使用寿命较短缩短，一般只有4—6年，胶带的价格按平均1050元/米计算，我矿使用的强力胶带是18640米，价值1957.2万元，也就是6年更换一次，就要投入1957.2万元的材料费用，这里还不包括更换使用的材料费、人工费和误工费用，平均每年都需投入326.2万元强力胶带的更换费用。

“胶带自动翻带装置”装置是根据胶带长期运行，胶面磨损无法避免，但由于煤炭运输特定的外在固素，使皮带实际磨损出现与理论设计磨损量倒置的现象，即非承载面磨损严重而承载面磨损量相对较小。特别是钢丝绳芯胶带，其使用后期，部分非承载面磨损至芯部钢丝绳，芯部钢丝绳表面外露，直接与托辊及滚筒表面接触位置经常会出现钢丝绳断丝、断股和抽丝现象，严重威胁胶带的安全运行的情况下自行研究设计出来的一种胶带快速翻转装置。胶带翻转机构，所述的胶带翻转机构包括至少三组成对的夹辊组及相应的固定框架，该夹辊组依次呈螺旋状排列并固定在固定框架上，固定框架固定于机架上，所述的胶带翻转机构安装在胶带的零载荷处，胶带穿设于呈螺旋状排列的夹辊组，胶带在闭合端采用异面胶接，以实现胶带180度翻转。具有结构简单、使胶带使用寿命延长等优点。翻带装置示意图及翻带步骤示意图如下：

按照胶带正常使用年限计算，如果在其使用至中期提前翻带，翻转后的胶带平均可以延长，通过翻带装置翻转。根据我们多次的长时间的观察发现，强力胶带在使用过程中与上托辊接触的面磨损较快，而承载面的磨损量是很少的，因此，只要在胶带的接触面磨损剩余到3㎜左右的时候，将胶带翻转过来继续使用，这时胶带的钢丝绳并未外露，钢丝绳未受损伤，这样胶带还可以继续，胶带的使用寿命至少延长2年，等于延长胶带1/3的使用寿命，这样平均每年可以节约108.7万元。也就是每部皮带机在翻转时投入0.5万元的材料费、人工费和工作时间，就实现了快速翻带。

使用翻带装置翻带的实施过程如下：地面准备好自动翻带装置及固定装置、材料，并检验合格后下井使用，自动翻带装置及硫化热补用设备提前运到位，非防爆电器入井使用前必须有非防爆电器使用安全技术措施。施工前，将皮带机开关必须全部停电、闭锁、挂牌，设专人看守，清理施工现场及机头张紧车轨道的杂物、浮煤，将准备截断的皮带接头开到皮带机头张紧车向后下皮带20米左右的位置，并将皮带机开关全部停电、闭锁、挂牌、设专人看守。在皮带接头前后10米位置下皮带上下夹板，松皮带机头张紧车，断开皮带接头。使用两个5吨手拉葫芦配合钢丝绳头拉机头方向的下皮带，拉够施工所需的长度后，将两个手拉葫芦的小链锁死，将夹板用4股8#铁丝固定在固定机架上。拉皮带时手拉葫芦一头用钢丝绳头固定在固定机架上，另一头用钢丝绳头固定在固定机架上。按施工要求剥出接头两端的钢丝绳，剥好后，人工翻机头方向的皮带，翻够10米后，安装自动翻带装置，固定自动翻带装置及夹板，固定自动翻带装置及夹板时，必须选择可靠的固定机架进行固定。翻带装置固定时用钢丝绳头配合元宝卡子进行固定，夹板用4股8#铁丝固定在固定机架上。将接头两端的钢丝绳用合格的元宝卡子卡死，使用元宝卡子卡接头钢丝绳时，可选择每两对为一组进行卡死，每组钢丝绳上的元宝卡子不得少于4个，元宝卡子必须选用合格的元宝卡子进行卡绳。松接头前后夹板，将皮带进行适当的张紧。将皮带机开关送电，点动开车进行翻皮带，点动开车翻皮带及皮带运行时，人员不得站在或靠近皮带、滚筒等转动部位。翻皮带时，每隔400米设一人进行监视，有问题及时停车处理，处理好后方可继续进行，各监视点提前设置信号，并要求调试合格。待皮带接头开至起车位置向前15米处后，松钢丝绳上的元宝卡子，人工将机尾方向皮带接头打折段的皮带翻正，用元宝卡子卡死钢丝绳，接头向后开15米，拆除自动翻带装置，将皮带机开关停电、闭锁、挂牌、设专人看守。使用两个手拉葫芦配合钢丝绳头拉皮带，拉够皮带接头硫化热补所需长度，固定好夹板，接头处搭建施工平台进行硫化热补皮带接头。接头硫化完毕后，进行张紧调试皮带，待皮带运转正常后完成整个翻工作。由于皮带翻过来后，摩擦面皮带发生变化，皮带在运转初期会发生跑偏现象，有的跑偏方向与原来恰恰相反，因此整个胶带输送机需要重新调整，待运行一段时间后才会正常。因此这一阶段维护人员要加强巡查及调试力度，防止因胶带磨机架而造成不必要的损伤。

使用效果：　我矿西大巷强力皮带为2006年9月安装的胶带输送机，型号为DTL100/60/2*315，输送机长度为2480米，提升高度为零度，胶带的生产厂家为银河德普，型号ST/S1600/1000的阻燃胶带，运行到现在已经5年，按照厂家提供的使用寿命数据为4-6年，现已到使用的最后年限，如果将胶带全部更换，需要购买胶带5000米，价格是1050元/米，需要资金5250000元。经我们仔细观察发现胶带的承载面的磨损量仅为1—2mm，反过来后可以正常使用，我们于2011年3月份使用翻带装置对西大巷胶带输送机的胶带进行翻转。到目前为止，整个胶带运转状况良好，未出现钢丝绳断丝、断股和抽丝现象，具现场观察测定，整个胶带仍可以在再常使用1—2年，仅这一部胶带输送机就节约了约1800000元的费用。将这项技术在全矿范围内使用，每年可节约大量材料费用，具有较高的使用价值。

参考文献：[1]　洪晓华，矿井运输提升. 徐州：中国矿业大学出版社.2007

[2]　成大先 机械设计手册（第五版）. 北京：化学工业出版社.2008.[3]　机械工业部北京起重运输机械研究所 DTⅡ型固定式带式输送机设计选用 手册. 北京：冶金工业出版社.1994

钢丝绳设计 篇4

关键词：高强钢丝绳,聚合物砂浆,加固设计,加固施工

我国自20世纪80年代起建造了大量的中小跨径梁板式桥梁,经过几十年的运营,很多桥梁出现了不同程度的病害。目前应用较多的加固方法有增大截面加固、体外预应力加固、粘贴钢板加固、外贴碳纤维布加固等。除体外预应力加固法外,其余多为被动加固方法,后加的材料在原结构物应变和应力现有基础上再增加时才能起到遏制的作用,加固效果较差。体外预应力加固法实现主动加固的理念,但长期作用在结构物体外的钢材防腐费用很高。目前,应用高强钢丝绳给结构物施加预应力,外侧包裹聚合物砂浆防腐的加固方法作为一种既能实现主动加固,又能降低加固成本,解决后期防腐问题的加固方法越来越受到市场青睐,虽已有一些研究成果,但还不能充分满足工程要求,本文以库竹大桥为依托工程进一步研究了该加固方法在工程应用过程中出现的问题及解决办法。

1工程概况

库竹大桥全长418.44 m,桥宽12.50 m,桥跨组合为(4×16+10×30+3×16)m。上部结构为简支T梁,设计荷载等级为汽车—20级,挂—100。引桥16 m T梁梁体出现多条斜向、竖向裂缝,缝宽介于0.15 mm～0.42 mm,腹板两侧裂缝均对称出现,裂缝分布见图1。

对原结构进行平面有限元分析,计算结果见表1,在原设计荷载最不利组合作用下,中板跨中抗弯承载能力不满足规范要求,边板跨中抗弯承载能力承载潜力不足。

2抗弯加固设计

2.1 计算分析

采用预应力钢丝绳对梁、板构件进行受弯加固承载力计算,钢丝绳与钢筋、混凝土有良好的变形协调,符合平截面假定,在确定构件极限承载力时,可以用钢丝绳抗拉强度设计值来进行计算。

1)预应力钢丝绳加固梁的正截面抗弯承载力计算图式[1]见图2。

2)正截面抗弯承载力按下列公式计算:

a.矩形截面或中性轴位于T形或I形截面翼板内(x≤hf′)。

由平衡条件得:

fcdbfx+fsd′As′=fsdAs+fpd,iAp,i+σpu,eAp,e (1)

$\gamma {}_0{\rm M}{}_d\le f{}_{cd}b{}_{f}x(h{}_0-\frac{x}{2})+f{}_{sd}´A{}_{s^{\prime }}(h{}_0-a{}_{s^{\prime }})$ (2)

b.T形或I形截面且中性轴位于截面腹板内(x>hf′)。

fcd(bf-b)hf+fcdbx+fsd′As′=fsdAs+fpd,iAp,i+σpu,eAp,e (3)

$\begin{array}{l}\gamma {}_0{\rm M}{}_d\le f{}_{cd}bx(h{}_0-\frac{x}{2})+f{}_{cd}(b{}_f-b)h{}_{f^{\prime }}(h{}_0-\frac{h{}_{f^{\prime }}}{2})+\\ f{}_{sd}´A{}_{s^{\prime }}(h{}_0-a{}_{s^{\prime }})(4)\end{array}$

为确保加固后的混凝土梁仍为塑性破坏,上述公式中的截面受压区高度x应满足下列条件:

x≤ξbhs或x≤ξbhp。

x≥2as′。

其中,σpu,e为当构件达到极限抗弯承载能力时,预应力钢丝绳(钢绞线)的极限应力计算值;Ap,e为预应力钢丝绳(钢绞线)的截面面积。

式中其他符号意义详见参考文献[1]。

2.2 计算实例

本桥加固采用钢丝绳公称直径4.0 mm,公称面积9.55 mm2,抗拉强度标准值fpk=1 670 MPa,弹性模量Ep=1.3×105 MPa。张拉控制应力σk=835 MPa。在T梁腹板底面及侧面各布置两层共21根高强钢丝绳,取中板跨中截面验算,计算结果见表2。

在原设计荷载最不利组合作用下,加固后中板跨中抗弯承载能力提高21%,抗弯加固效果显著。

3加固施工

3.1 材料选择

1)高强钢丝绳。

加固用预应力钢丝绳应选用高强、低松弛、高延性的预应力专用钢丝绳。钢丝绳直径不宜太大,避免一次张拉力过大,施工操作困难。在镀锌、不锈钢钢丝绳选择上,镀锌钢丝绳的耐腐蚀性较不锈钢钢丝绳略逊一筹,但镀锌钢丝绳的强度、弹性模量、伸长率都比不锈钢钢丝绳高,考虑到预应力钢丝绳延性的重要性,选用A级热镀锌钢丝绳。

2)聚合物砂浆。

对重要构件的加固,应选用改性环氧类聚合物砂浆,对一般构件的加固,可选用改性环氧类聚合物砂浆或改性丙烯酸酯共聚物乳液配制的聚合物砂浆[2]。由于改性环氧类聚合物砂浆价格高[3],因此目前在建筑结构和桥梁结构加固中用的较少,主要还是应用改性丙烯酸酯共聚物乳液配制的聚合物砂浆。

由于砂浆厚度较薄,砂浆抗压强度过高,加固施工完成后,在活荷载反复作用下,砂浆易产生裂缝。经反复研究,桥梁加固上采用的聚合物砂浆,其抗压强度在40 MPa～45 MPa时,抗裂性比较好;与桥梁构件表面张拉粘结强度不低于2.0 MPa。

3)锚具系统。

挤压锚头采用铝合金材料制作套筒,具有较高的延性、挤压性能,能够满足单根钢丝绳端部可靠锚固的要求,保证钢丝绳不因锚头部位滑移破坏。挤压预应力钢丝绳锚具根据钢丝绳直径及加固量确定开孔尺寸及开孔间距。

3.2 施工工艺[4]

1)锚具固定。

锚具焊接时,应在焊接部位开槽,保证焊接强度。锚具及钢板的焊接需采用二氧化碳气体保护焊,以避免钢板及锚具在焊接过程中受热变形。

2)钢丝绳张拉与锚固。

在一侧钢丝绳的一端可直接穿入锚具,另一端由专门的张拉器进行张拉并锚固。为减小钢丝绳的松弛对有效预应力的影响,施工中要求在涂抹砂浆前(第一次张拉完48 h以后)再张拉一次,并通过其外侧涂抹砂浆进行锚固、防护,可进一步减少松弛的发生。

3)钢丝绳砂浆防护。

在钢丝绳外侧涂抹高性能聚合物砂浆,该砂浆也能共同参与锚固钢丝绳受力,减轻锚具压力,减少预应力筋的松弛等。砂浆防护施工时,应分层涂抹,以保证工程质量。

4荷载试验验证

1)挠度。

加固前最大挠度4.47 mm、加固后为4.39 mm,加固后最大挠度值较加固前减小1.8%(见图3),说明桥梁的刚度提高有限。

2)应变。

跨中梁底最大弹性拉应变值加固前为425.8 με、加固后为275.3 με,加固后拉应变显著减小(见图4),表明结构强度和抗裂性有明显提高,加固效果比较明显。

5结语

应用预应力高强钢丝绳、聚合物砂浆外加层进行钢筋混凝土梁板结构抗弯加固,既实现了主动加固的理念,又降低了加固成本,避免了体外预应力防腐的问题,加固效果良好,逐渐被广泛采纳。应用该技术应重视理论分析,通过计算确定合理的钢丝绳根数、长度及张拉力。在加固材料选择上应性能与经济兼顾。建议对钢丝绳应用规格、锚具型号标准化,在结构加固领域推广应用。

参考文献

[1]JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].

[2]GB50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].

[3]广东省交通工程造价管理站.广东省公路养护工程预算定额[Z].2003.

钢丝绳报废标准 篇5

一、断丝的性质和数量

起重机械的总体设计不允许钢丝绳具有无限长的寿命。对于6股和8股的钢丝绳，断丝主要发生在外表。而对于多层绳股的钢丝绳(典型的多股结构)就不同，这种钢丝绳断丝大多数发生在内部，因而是“不可见的”断裂。

二、绳端断丝

当绳端或其附近出现断丝时，即使数量很少也表明该部位应力很高，可能是由于绳端安装不正确造成的，应查明损坏原因。如果绳长允许，应将断丝的部位切去重新合理安装。

三、断丝的局部聚集

如果断丝紧靠一起形成局部聚集，则钢丝绳应报废。如这种断丝聚集在小于6d的绳长范围内，或者集中在任一支绳股里，那么，即使断丝数比表列的数值少，钢丝绳也应予报废。

四、断丝的增加率

在某些使用场合，疲劳是引起钢丝绳损坏的主要原因，断丝则是在使用一个时期以后才开始出现，但断丝数逐渐增加，其时间间隔越来越短。在此情况下，为了判定断丝的增加率，应仔细检验并记录断丝增加情况。判明这个“规律”可用来确定钢丝绳未来报废的日期。

五、绳股断裂

如果出现整根绳股的断裂，则钢丝绳应报废。

六、由于绳芯损坏而引起的绳径减小

当钢丝绳的纤维芯损坏或钢芯(或多层结构中的内部绳股)断裂而造成绳径显著减小时，钢丝绳应报废。

微小的损坏，特别是当所有各绳股中应力处于良好平衡时，用通常的检验方法可能是不明显的。然而这种情况会引起钢丝绳的强度大大降低。所以，有任何内部细微损坏的迹象时，均应对钢丝绳内部进行检验予以查明。一经证实损坏，则该钢丝绳就应报废。

七、弹性减小

在某些情况下(通常与工作环境有关)，钢丝绳的弹性会显著减小，若继续使用则是不安全的。钢丝绳的弹性减小是较难发觉的，如检验人员有任何怀疑，则应征询钢丝绳专家的意见。然而，弹性减小通常伴随下述现象：

1.绳径减小； 2.钢丝绳捻距伸长；

3.由于各部分相互压紧，钢丝之间和绳股之间缺少空隙； 4.绳股凹处出现细微的褐色粉末；

5.虽未发现断丝，但钢丝绳明显的不易弯曲和直径减小比起单纯是由于钢丝磨损而引起的也要快得多。这种情况会导致在动载作用下突然断裂，故应立即报废。

八、外部及内部磨损 产生磨损的两种情况： 1.内部磨损及压坑

这种情况是由于绳内各个绳股和钢丝之间的摩擦引起的，特别是当钢丝绳经受弯曲时更是如此。

2.外部磨损

钢丝绳外层绳股的钢丝表面的磨损，是由于它在压力作用下与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦造成的。这种现象在吊载加速和减速运动时，钢丝绳与滑轮接触的部位特别明显，并表现为外部钢丝磨成平面状。

润滑不足，或不正确的润滑以及还存在灰尘和砂粒都会加剧磨损。

磨损使钢丝绳的断面积减小因而强度降低。当外层钢丝磨损达到其直径的40％时，钢丝绳应报废。

当钢丝绳直径相对于公称直径减小7％或更多时，即使未发现断丝，该钢丝绳也应报废。

九、变形

钢丝绳失去正常形状产生可见的畸形称为“变形”。这种变形部位(或畸形部位)可能引起变化，它会导致钢丝绳内部应力分布不均匀。

钢丝绳的变形从外观上区分，主要可分下述几种： 1.波浪形 波浪形的变形是：钢丝绳的纵向轴线成螺旋线形状。这种变形不一定导致任何强度上的损失，但如变形严重即会产生跳动造成不规则的传动。时间长了会引起磨损及断丝。

出现波浪形时，在钢丝绳长度不超过25d的范围内，若d1≥4d/3，则钢丝绳应报废。

式中d为钢丝绳的公称直径；d1是钢丝绳变形后包络的直径。2.笼状畸变

这种变形出现在具有钢芯的钢丝绳上。当外层绳股发生脱节或者变得比内部绳股长的时候就会发生这种变形。笼状畸变的钢丝绳应立即报废。

3.绳股挤出

这种状况通常伴随笼状畸变一起产生。绳股被挤出说明钢丝绳不平衡。绳股挤出的钢丝绳应立即报废。4.钢丝挤出

此种变形是一部分钢丝或钢丝束在钢丝绳背着滑轮槽的一侧拱起形成环状。这种变形常因冲击载荷而引起。若此种变形严重时，则钢丝绳应报废。

5.绳径局部增大

钢丝绳直径有可能发生局部增大，并能波及相当长的一段钢丝绳。绳径增大通常与绳芯畸变有关(如在特殊环境中，纤维芯因受潮而膨胀)，其必然结果是外层绳股产生不平衡，而造成定位不正确。绳径局部严重增大的钢丝绳应报废。

十、钢丝绳的钢丝磨损或腐蚀达到原来钢丝直径的40%及以上者应报废。

十一、扭结或弯折

扭结是由于钢丝绳成环状在不可能绕其轴线转动的情况下被拉紧而造成的一种变形。其结果是出现捻距不均而引起格外的磨损，严重时钢丝绳将产生扭曲，以致只留下极小一部分钢丝绳强度。严重扭结的钢丝绳应立即报废。

弯折是钢丝绳在外界影响下引起的角度永久变形。这种变形的钢丝绳应立即报废。

十二、钢丝绳压扁变形及表面起毛刺严重者应报废。

十三、热或电弧的灼伤

钢丝绳经受了特殊热力的作用，其外表出现可资识别的颜色时，该钢丝绳应予报废。

◆钢丝绳端部卡绳卡规定

钢丝绳端部用绳卡固定连接时，绳卡压板要在钢丝绳主要受力的一边，不得正反交叉设置，绳卡间距不得小于钢丝绳直径的6倍，绳卡数量应符合有关规定。

◆为什么不允许使用自己插编的钢丝绳套? 1.正规吊装索具生产厂家生产的铝合金轧制和插编钢丝绳套,出厂前都要经过拉力检验。同批次生产的钢丝绳套必须抽样进行最小破断拉力检验。

钢丝绳套拉力检验方法：沿绳轴线方向施加2倍的钢丝绳额定载荷，无异常方可出厂。

相同型号、规格插编钢丝绳套的额定载荷是铝合金轧制钢丝绳套的0.7倍。

2.自己插编的钢丝绳套首先破坏了钢丝绳的结构，其次去掉了油棉芯（油棉芯对钢丝绳起着防止钢丝生锈腐蚀，减小钢丝之间、钢丝绳与滑轮之间的摩擦力的作用，对延长使用寿命十分有益）。

自己插编的钢丝绳套没有经过拉力检验，额定载荷没有依据，既承载力没有保障。

◆为什么不允许钢丝绳打死结？

在以往施工过程中，由于个别设备没有吊装点而采用直接将钢丝绳打结捆绑在设备上，或有的钢丝绳上由于操作不注意而打上死结，这虽然是个别现象，但后果却是十分严重的。钢丝绳由于其结构的特性，各股之间因打结后受力不均，抗拉强度大为减低，非常容易引起钢丝绳在打死结处破断。

参考文献：GB 5972-86 《起重机械用钢丝绳检验和报废规范》

安质部

钢丝绳无损检测技术研究综述 篇6

摘要：本文主要通过介绍世界各国对钢丝绳无损检测技术的研究，以此探讨钢丝绳所具备的缺陷以及无损检测技术、发展历程及现状等，提出了在无损检测钢丝绳中所存在的主要问题。

关键词：钢丝绳 技术研究 发展现状

钢丝绳在各类起重机、索道、电梯等设备中广泛使用，作为承载构件，工作中也会发生疲劳、锈蚀以及磨损甚至出现骤断的现象。而钢丝绳受损就会影响到设备和人身的安全，造成因为绳破断引发的事故时有发生。我们通过各种方法对钢丝绳的缺陷进行了检测，目的就是为了能够延长钢丝绳的使用寿命以及钢丝绳破断之前能够及时的更换。但是因为钢丝绳结构的复杂性以及使用环境的恶劣性，导致出现缺陷的原因也是多种多样的，再加上检测方法的局限性，这些都为钢丝绳的检测增加了技术难度。现在常常使用人工目视检查法和定期强制更换钢丝绳法两种。定期强制更换不但报废了仍有使用价值的钢丝绳，以此造成很大的浪费，在一定程度上如果不及时更换因种种因素造成损伤严重的钢丝绳；人工目视检查现在很难满足对钢丝绳检测的要求，因而对钢丝绳的无损检测技术研究的需要是十分迫切的。

1 钢丝绳缺陷

钢丝绳的缺陷一般分为两大类：一类是局部缺陷型，即局部有损伤，主要是内部和外部断丝有锈蚀斑点以及局部形状异常等。第二类是金属截面积损失型，磨损、锈蚀、绳径缩细等造成钢丝绳横截面上金属截面积损耗。

2 无损检测技术

无损检测技术主要是在钢丝绳不被破坏的前提下，然后检测钢丝绳的机械性质、内部结构和工作状态是否完好，我们根据检查结果然后对照相应的标准来评估钢丝绳的工作状态。钢丝绳的无损检测方法有很多种，如电磁法、声发射法、超声波法、光学法、X射线法和电涡流法等，但是有些方法因为技术限制难以在工程上使用，仅限于用于实验研究。

3 无损检测技术的发展历程

最早的钢丝绳的无损检测研究主要起源时间为上个世纪，是南非人CEMc.cann和R.Colson共同研制出第一台适用于测量钢丝绳界面损伤的电磁无损检测仪。这种仪器所采用的就是交流螺线管磁化钢丝绳，其中钢丝绳作为电感铁芯。如果钢丝绳的截面积发生变化，那么励磁线圈与检测线圈之间的耦合阻抗也会发生相应的变化，这样我们就可以对钢丝绳截面积变化引起的缺陷进行检测。因集肤效应，该法测量的精度较差，仪器容易发热，并且每次测量都要把线圈缠绕在钢丝绳上。因此，很难在工程使用上进行推广。

上世纪20-40年代，德国科学家采用的差动检测圈测量漏磁场，并发现了钢丝绳的局部损伤缺陷。但是该方法直到1937年由R.Wornle和H.Müllur发明分离式径向感应线圈后，才得以有效应用。但是直流励磁结构的庞大，装置的笨重以及操作复杂性，线圈的安装困难、信号的信噪比差等，都使得检测结果的可靠性较低。

上世纪60-80年代中期，很多学者广泛深入的研究了钢丝绳检测中存在的问题，取得了很大进展。这个阶段主要进行的研究就是如何的稳定、可靠和明显的钢丝绳缺陷信号，再对信号进行模拟分析、笔式记录或磁带记录。但这些都要依靠人工解释检测信号，所以结论受工作人员自身素质影响很大，再加上仪器的精度和智能化程度都较低，使得仪器的推广使用受到限制。

80年代后期-90年代中后期，钢丝绳检测技术获得了很大提高。励磁装置用稀土永久磁铁，信号处理装置趋向于集成化和数字化，整个仪器的体积在减小，重量降低，就使得功能增强。美国的NDT公司的H.R.weischedel博士深入研究了各种钢丝绳检测装置，以此改进了检测线圈，增加了积分电路。该装置可对钢丝绳的截面积损失进行检测，然后分析断丝等局部缺陷。加拿大矿业能源技术中心的E.Kalwa博士用霍尔组件检测钢丝绳的漏磁通和主磁通，借助大量实验，然后对钢丝绳局部缺陷与检测信号的定量关系进行了深入的分析，发现部分缺陷的定量特征与检测信号之间的关系。钢丝绳虽然在电磁检测技术方面取得了一系列成果，但很多研究者仍在积极探索新的缺陷检测法。

1984年，英国J.L.Taylor与N.F.Casey通过很多试验，深入研究了声发射技术检测钢丝绳缺陷的原理，该方法对检测在特殊环境中工作的钢丝绳很有意义。1987年，德国学者采用激光束沿钢丝绳轴向连续扫描，测量相邻的绳股尺寸在径向上的改变，以此计算出钢丝绳不同部位的直径。1988年，日本的铃木纪生研究出了超声波检测钢丝绳断丝缺陷的方法，以此解决静态悬吊钢丝绳的检测问题。同年美国的科学家H.Kwun与GL.Burkhard也通过试验，研究出了基于横向激励振动波检测钢丝绳的缺陷。1994年H.Kuwn深入研究了利用磁致伸缩效应检测钢丝绳缺陷，取得了一定进展。

华中科技大学的杨叔子、康宜华等，从上世纪80年代开始研究钢丝绳断丝检测技术，采用稀土永久磁铁作为励磁装置，使用集成霍尔组件和聚磁技术测量钢丝绳周围的漏磁场，用编码器实现等距离采样，在计算机中采用差分门限法识别断丝信号，这种系列的钢丝绳缺陷检测仪，在推广应用中反响很好。

4 无损检测技术的现状

4.1 钢丝绳局部缺陷的定量检测 局部缺陷的定量检测主要是对钢丝绳断丝的根数进行判断的。目前，检测断丝主要是利用漏磁通法，测量钢丝绳断丝后断口向外扩散的漏磁通大小。单根断丝漏磁通的大小与断丝在截面中的位置、断口长度、磁化的饱和程度、钢丝直径大小以及受力状态等很多不确定因素有一定关系。在被检区域内，如果只有分布在外表面的极少量断丝，那么判断起来较为简单。若是在同一截面，内外都出现很多根的断丝，且断丝在截面随机的分布，那么所检测到的断丝漏磁通峰——峰值不随断丝根数呈线性变化或其它形式的确定性变化，这给定量检测断丝缺陷带来较大误差。

4.2 钢丝绳截面积损失的定量检测 局部缺陷的定量检测相对的困难，其中美国、加拿大的学者们把注意力主要都集中在截面积损失的定量检测中。因此，采用积分检测线圈和基于霍尔元件的主磁通检测法可以定量测量截面积的损失，同时还可以通过基于霍尔元件的漏磁通法进行间接测量。其中，检测探头分辨率的高低是非常关键的性能指标，因此应深入研究的是怎样提高探头的截面积损失的轴向定量检测分辨率。

4.3 钢丝绳无损检测装置的研究 在钢丝绳电磁检测技术领域中，加拿大的能源技术中心和美国的NDT公司以及国内的华中科技大学处于领先的地位。1996年加拿大能源中心的研究小组完成了钢丝绳缺陷检测系统的工业现场实验。此系统数据存储量大，操作提示多，但是智能化程度相对较低，检测曲线仍需要操作人员解释。为了改变这一现状，美国的NDT公司研究出基于永久磁铁和积分线圈的钢丝绳截面积损失检测系统，但是该系统只能检测断丝缺陷。

5 存在的问题

综上所述，目前已有的钢丝绳无损检测存在的主要问题，就是我们说的反映检测的智能化程度、主观因素的影响以及检测结果的客观性和钢丝绳断丝损伤信息所采集的不完整性，这样无法对钢丝绳的钢丝损失做出具体、完整、准确的评估。因此，就需要我们研制出性能高、可靠性强的智能化检测仪器。

参考文献：

[1]杨叔子，康宜华，等.钢丝绳断丝定量检测原理与技术[M].北京：国防工业出版社，1995，7.

[2]孙学功.钢丝绳无损检测系统的研究[D].武汉：武汉理工大学物流工程系，2001.

[3]Weischedel H.R. Electromagnetic Wire Rope Inspection in Germany l925-40.Materials Evaluation，1988，46（6）：734～736.

[4]Kalwa E，Piekarski K.Design of Inductive Sensors for Magnetic Testing of Steel Ropes. NDT Intemational，1987，20（6）：347-353.

[5]康宜华，杨克冲，杨叔子，等.基于钢丝绳结构特征的断丝漏磁霍尔效应检测方法[J].华中理工大学学报，1992（增刊）：188-194.

[6]褚建新，顾伟.钢丝绳缺陷漏磁场的磁通门检测法[J].仪器仪表学报，1997，18（4）：437-440.

[7]纪玉波，张歧山.基于微机处理的钢丝绳断丝损伤检测方法[J].微机与应用，1999，4：23-24.

钢丝绳设计 篇7

煤矿带式输送机主要用于采区顺槽、采区上下山、主要运输平巷及斜井,也常用于地面生产系统和选煤厂中,是煤矿生产过程中不可缺少的设备。在实际作业过程中,钢丝绳锈蚀导致的断带,负重过载导致的断带或者接缝处伸长,物体的磨损和胶带的寿命都将引起重大安全事故或者生产工作暂停[1,2]。为了能实时监测输送带的运行状态,保证安全生产,设计了一种基于X射线的钢丝绳芯输送带监测系统。该系统可实现输送带在线全速检测,能够提供输送带任意位置的X射线透射图像,对钢丝损伤、拉伸和修补区域进行定位,并可自动报警,提高了生产效率。

1 X射线探测原理

X射线探测方法是采用其在材料或者工件上的投影结果,根据X射线穿过材料和工件时强度衰减的程度以及在成像设备上形成的不同的灰度图像来检测物体内部缺陷。存在缺陷的部位比其它部位吸收X射线的能力弱,从而通过此位置的射线强度将比较大。因此,成像设备会接收到强度较大的X射线,从而产生灰度较浅的图像。

X射线穿过实物时会受到实物的影响。物体将会吸收和散射X射线,所以其强度会被衰减。衰减程度跟物体的衰减系数和穿透物体的厚度有关。如果X射线检验的物体某个地方存在缺陷,则此处的衰减系数将不同于其它部位,所以X射线传送的强度也有所不同。由于穿过缺陷处的X射线强度和正常位置的强度不同,所以在成像设备上显示出图像的灰度值将不同。定义邻近区域灰度值的减少为对比度,则对比度构成了图像的形状,这就是X射线无损检测的原理[1,2]。

2 系统硬件设计

基于X射线的钢丝绳芯输送带监测系统硬件主要由控制器、环境温湿度传感器、胶带速度传感器、X射线发生器、X射线探测器、数据采集传输系统、图像处理计算机等组成,如图1所示。

采集图像时控制器开启X射线发生器,同时进行数据采集,一束经过准直器的扇形 X 射线束穿透输送带落到X射线探测器上,高效半导体探测器把接收到的 X 射线能量转换为电信号,电信号经过采集板的处理,通过光缆由数据传输系统转发给图像处理计算机,计算机作进一步处理后得到高质量的图像。对图像进行对比分析,并根据预设值对输送带危险部位进行报警[3]。

2.1 X射线发生器及探测器

X射线源部分采用X射线管和高压模块一体化结构,其原理是电子在高压电场的作用下被加速到一定的能量,然后在多用钨原子核电磁场作用下发生偏转,发出X射线。X射线探测器选用英国SENS-TECH 生产的含有机械外壳的X射线探测模块,该模块集信号探测器、模拟信号放大、数字信号输出于一体,信号探测器由硅光二极管阵列和闪烁体组成,以实现对射线能量的探测。不同强度的X射线在X射线探测器中产生的信号大小不同。X射线穿透正在运行的输送带,然后触发光电转换板上的硅光二极管阵列,硅光二极管阵列将获取的钢丝绳图像转换为电信号。所以,X射线探测器不同像素的信号大小反映了输送带中钢丝和橡胶的X射线强度分布,也就反映了输送带中钢丝和橡胶的形状和密度分布。

光电转换板主要由二氧化钛涂层、闪烁体、二极管阵列等组成。二氧化钛涂层可以过滤掉自然光,移除自然光对闪烁体的影响。闪烁体是一种感光材料,它可以将X射线转化为可见光,提高X射线的吸收效率。光电二极管阵列可以测量经过闪烁体后变化的光强度。同时光电二极管可以将光强度转换为微弱的电信号(nA级)。

2.2 数据采集与传输系统设计

为了提高系统的精度和抗干扰能力,该系统采用微弱电流专用AD转换芯片DDC112采集数据。DDC112是德州仪器公司生产的一款直接将电流数字化的电荷数字转换(CDC)芯片,它可以与光电二极管直接相连,并将光电流直接数字化,为光电信号的处理提供了方便。由于每2个探测点需要1个DDC112测量芯片,假定输送带宽度为1.4 m,整个系统共计需要1 024个探测点,512个DDC112芯片。为提高系统的可靠性,采用分组方法,将探测点分成4组,每组由128个DDC112芯片串联组成[3]。

除了数据采集前端的设计外,还需要设计相关的采集控制系统以及与计算机的接口电路。数据采集与传输模块原理如图2所示。数据采集板对DDC112的前端进行控制和数据读取,同时将数据通过光纤发送给USB转换板,通过USB2.0接口传给图像处理计算机。

2.3 控制器设计

控制器采用ATmega128单片机为控制核心,主要用于控制X射线源的开关,检测环境温度、湿度、输送带运行速度,完成与图像处理计算机(上位机)的通信,执行上位机发出的控制命令,并将采集的信息传输到上位机,控制器与上位机的通信接口为RS232。

3 系统软件设计

基于X射线的钢丝绳芯输送带监测系统软件采用模块化设计,图像处理计算机软件主要包括高速数据采集模块、与硬件控制系统的低速通信模块、数据处理模块和图像显示模块,软件系统架构如图3所示。高速数据采集模块完成数据采集;数据处理模块主要实现对采集的数据进行分析,利用图像处理算法,通过异常区域分析处理,自动定位输送带中钢丝断裂、锈斑、修补、磨损等区域的位置;图像显示模块完成输送带X射线图像的显示[4]。

该系统能够对输送带任意位置进行X射线透射成像,实现输送带接头的精确定位和图像对比,以及对钢丝绳损伤、锈斑、磨损、修补区域进行精确定位,通过与设定值进行比较,完成报警功能。输送带X射线图像如图4所示。

4 结语

通过研究X射线探测原理,设计了一种基于X射线的钢丝绳芯输送带监测系统,该系统可以实现对输送带在线全速检测,能够提供输送带任意位置的X射线透射图像,可以精确自动定位输送带中的异常区域,并进行异常报警。该系统已在晋煤集团赵庄煤业有限责任公司选煤厂成功应用,系统检测可靠,避免了设备毁坏、生产中止等重大安全事故的发生,提高了生产效率。

摘要：介绍了X射线探测原理,设计了一种基于X射线的钢丝绳芯输送带监测系统,详细阐述了该系统的硬件和软件设计。该系统可以实现输送带在线全速检测,能够提供输送带任意位置的X射线透射图像;通过对输送带的图像处理和对比,可对钢丝损伤、拉伸和修补区域进行定位,并可自动报警。

关键词：带式输送机,X射线,钢丝绳芯,在线检测,数据采集与处理

参考文献

[1]郭会茹,苗长云,武志刚.X射线检测钢绳夹心输送带系统设计[J].微计算机信息,2007,23(22):122-124.

[2]陆小翠,苗长云,王巍,等.X光强力输送带无损检测系统及其网络传输的设计[J].工矿自动化,2008(1):62-64.

[3]梁石磊,屈俊健,朱春雨,等.基于线性阵列探测器的胶带在线检测装置的设计[J].机电产品开发与创新,2010,23(3):155-157.

钢丝绳设计 篇8

会宝岭铁矿主井井筒直径5.3 m, 设计井口标高为96 m, 井底标高-601 m。井筒内设1套双箕斗提升系统提升矿石和废石。提升矿石9 091 t/d, 提升废石1 500 t/d。双箕斗提升系统服务于-430 m中段, 箕斗装矿皮带道设在-535 m。提升系统将矿石和废石提升到地表卸入矿石仓或者废石仓。

会宝岭铁矿箕斗提升系统采用钢丝绳罐道, 罐道绳直径42 mm, 采用密封钢丝绳结构。钢丝绳罐道采用重锤拉紧方式, 上部固定在井塔的挡罐梁上, 下部用重锤拉紧, 拉紧重锤的质量为12 t左右。

2 罐道钢丝绳润滑的重要性

在钢丝绳使用过程中, 钢丝绳的表面会形成疲劳裂纹, 伴随原电池效应, 钢丝绳表面的疲劳裂纹会进一步扩大, 从而使钢丝绳的承载能力显著降低。如果润滑油脂充填其内, 可阻止原电池的生成, 从而防止疲劳裂纹的进一步扩展, 增加钢丝绳的可靠性, 延长钢丝绳的寿命[1]。

在一般情况下, 钢丝绳在制造过程中已进行预润滑, 但如果只依靠钢丝绳出厂润滑的话, 钢丝绳的使用寿命只有设计使用寿命的40%。所以, 在使用过程中, 定期对钢丝绳进行加油润滑就显得尤为重要[2]。

由于会宝岭铁矿是主井回风, 在提升过程中存在大量粉尘、雾气, 加上主井提升任务重, 钢丝绳使用频繁, 如不及时对钢丝绳进行维护, 会导致钢丝绳严重磨损, 缩短使用寿命, 增加提升成本。

3 目前钢丝绳润滑方法

3.1 手工润滑

手工润滑是利用人力将润滑油脂直接均匀涂抹在钢丝绳上, 该方法虽然操作简单, 但不能保证油脂涂抹均匀, 同时涂抹过程中存在耗时长、油脂浪费严重的缺点。会宝岭铁矿主井总共有罐道钢丝绳8根, 其每根长约680 m, 进行一次润滑保养, 手工润滑需要5 d, 每次润滑需要4人连续工作8 h, 总共需要油脂约30 kg。该方法影响正常提升, 时间长、效率低, 并且浪费严重。

同时, 进行手工润滑罐道钢丝绳作业也比较危险, 要求作业人员站在箕斗上随箕斗上下运行, 稍有不慎就有可能发生事故[3]。

3.2 专用润滑装置润滑

为解决主井罐道钢丝绳润滑的问题, 会宝岭铁矿对钢丝绳润滑市场进行了调研, 一些厂家也专门设计研发了不同种类的钢丝绳润滑设备, 但是市场上现有的钢丝绳自动润滑装置都有一定的局限性[4], 不能够很好地适用于罐道钢丝绳的润滑, 而且大多数设备价格昂贵、体积笨重, 安装起来很麻烦, 不便于后期更换钢丝绳等部件, 不适用会宝岭铁矿。

4 罐道钢丝绳自动润滑装置设计

结合会宝岭铁矿的实际情况, 以节约成本、便于操作与维修为原则, 工程技术人员对罐道钢丝绳的润滑方式进行改造, 专门设计了一套自动润滑装置。该装置在箕斗与钢丝绳连接处加装一个筒状带压储油罐, 罐道钢丝绳通过该储油罐将油脂压入储油罐中, 在箕斗上下运行过程中, 利用弹簧收缩的压力将油脂均匀地涂抹在罐道钢丝绳上, 达到了理想的润滑效果。具体结构如图1所示。

1.罐道钢丝绳;2.压油盖;3.储油桶;4.弹簧;5.底盖

将油脂装满储油桶, 用弹簧连好压油盖。油脂即在压力作用下附着在罐道钢丝绳的周围, 既可以保证随着箕斗的上下运行, 将油脂均匀地涂抹在罐道钢丝绳上, 又可以做到箕斗每运行一次就将罐道钢丝绳润滑一遍。

该自动润滑装置的储油桶大小及弹簧的拉力可以根据需要随时调整更换。经试验, 压油盖及底盖的钢丝绳孔较钢丝绳直径宽3 mm即可保证润滑油脂的涂抹均匀。

5 使用效果分析

该装置在实际使用中取得了较好的效果, 与人工润滑涂抹相比具有如下优势: (1) 该罐道钢丝绳自动润滑装置结构简单, 投入成本低, 制作成本在50元以内, 具有加工简单、安装方便、使用维护便捷的特点, 在会宝岭铁矿主井罐道钢丝绳的日常润滑上能够较好的应用。 (2) 该罐道钢丝绳自动润滑装置投入使用后, 一包油脂 (2 kg) 可使用约7 d, 并可实现对钢丝绳的均匀涂抹, 平均每年可节约材料费万余元。 (3) 该自动润滑装置单次润滑钢丝绳所需时间仅为1 min左右, 较原来的手工涂抹润滑可大大缩短时间, 增加主井提升量, 降低人工成本数十万元。 (4) 该罐道钢丝绳自动润滑装置具有较强的安全性, 可有效避免钢丝绳润滑过程中人身伤亡事故的发生。

综上所述, 该自动润滑装置在罐道钢丝绳日常润滑保养操作上较传统手工涂抹润滑和自动化机械设备润滑, 有明显的优势, 可作为采用钢丝绳罐道的箕斗的配套设备。同时可对该装置的设计原理稍加改造, 应用在同类型钢丝绳润滑上, 具有较大的推广使用空间。

摘要：矿井主井箕斗使用的罐道钢丝绳需要经常涂油保养。罐道钢丝绳自动润滑装置可实现在箕斗上下提升过程中, 将油脂均匀地涂抹在罐道钢丝绳的表面。较手工涂抹润滑具有操作简单、安全、使用成本低等特点, 在矿井实际使用中效果显著。

关键词：罐道钢丝绳,手工润滑,自动润滑装置,优势分析

参考文献

[1]秦万信, 王强.对钢丝绳润滑问题的认识[J].金属制品, 2009 (10) :1-4.

[2]秦万信, 岳磊.从钢丝绳突然断裂谈润滑对其使用寿命的影响[J].金属制品, 2009 (10) :48-51.

[3]段振鹏.一种简易实用的起重机钢丝绳润滑装置[J].起重运输机械, 2010 (11) :73-74.

钢丝绳设计 篇9

钢丝绳是矿井提升、运输系统的重要组成部分, 其断丝损伤程度直接关系到设备和人身安全。传统的钢丝绳断丝损伤检测系统以单片机为核心实现数据的采集和处理, 准确度和数据处理能力有限, 导致断丝损伤判定准确度不高。随着计算机技术的发展及人工神经网络 (ANN) 技术的应用, 检测技术已进入一个新阶段, 即智能化阶段。人工神经网络是由大量简单处理单元广泛连接而成的复杂的非线性系统, 具有自学习能力、自适应能力、非线性逼近能力等, 对复杂大系统的诊断尤其有效, 可充分利用现有的经验知识构造智能模型, 进行快速诊断。实际应用研究中, 大多使用的是BP神经网络 (Back-Propagation Neural Network) 即反向传播网络。本文介绍一种基于BP神经网络的钢丝绳断丝损伤定量检测系统的设计, 该系统采用单片机完成数据采集和数据处理任务, 采用离线方式由工控机完成神经网络的训练, 最后编制单片机程序完成神经网络的断丝损伤识别, 具有采样速度快、数据存储量大和判定准确度高等特点。

1 系统组成

基于BP神经网络的钢丝绳断丝损伤定量检测系统由励磁器、漏磁检测与处理电路、单片机系统和工控机组成, 如图1所示。

励磁器将钢丝绳磁化至饱和状态, 当钢丝绳存在断丝损伤时, 将会产生漏磁信号[1]。由环抱钢丝绳的霍尔传感器和信号预处理电路组成漏磁检测与处理电路检测钢丝绳断丝损伤漏磁场, 从而获取损伤信号。损伤信号经放大滤波、误差补偿等预处理后, 信噪比得到提高, 信号电平符合单片机系统的要求。随着钢丝绳的运动, 等空间采样控制器 (光码盘) 产生序列脉冲信号, 控制单片机对损伤信号进行等空间采样, 获取钢丝绳断丝损伤的故障征兆。单片机采集处理的损伤信号上传至工控机, 由工控机调用Matlab软件进行BP神经网络的训练, 得到权重矩阵和阈值矩阵, 然后由单片机程序进行BP神经网络的前向计算, 从而实现钢丝绳断丝损伤的判定。

该检测系统中的霍尔元件采用THS103A。由于THS103A的尺寸较小, 覆盖弧长有限, 而钢丝绳断丝损伤检测是对钢丝绳的圆周方向进行全方位检测, 因此要检测钢丝绳周向上的断丝信号, 必须采用多个霍尔元件沿钢丝绳周向布置, 形成一个检测环, 如图2所示。

检测试验表明, THS103A的覆盖弧长为7 mm;若要对6×7-20.0钢丝绳进行检测, 则检测环直径应取25.0 mm。根据式 (1) :

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则沿钢丝绳周向应均匀布置12片THS103A。

为了实现钢丝绳断丝损伤定量检测系统硬件的小型化, 单片机选用Philips公司生产的83C552单片机。83C552内置有8路10位A/D转换器、4 KB ROM和256 B RAM。通过键盘和LCD显示器实现人机交互, 采用串行通信方式实现83C552与工控机之间的数据传输。

2 钢丝绳断丝损伤的故障征兆集

采用6×7-20.0钢丝绳, 在3个不同横断面上人为制作数根断丝 (各截面断丝数为1、2、3, 位置任意分布) , 断丝间隔为50 mm, 检测其断丝损伤漏磁场, 钢丝绳断丝漏磁检测信号如图3所示。从图3可看出, 漏磁场信号的幅度和宽度随断丝数的不同而变化。

钢丝绳断丝漏磁信号可用来进行钢丝绳断丝损伤的判定。但是钢丝绳结构非常复杂, 导致检测信号极其复杂, 因此, 只能选择明确而且易于识别的故障征兆对断丝损伤进行判断。本检测系统选取信号的峰值、阈值波宽和波形下面积 (一个阈值波宽的信号的波形下面积) 作为钢丝绳断丝损伤判定的故障征兆[2]。如图4所示, p即为钢丝绳断丝损伤信号的峰值, 定义阈值电压Uy处信号的波宽w为阈值波宽, 阴影部分为波形下面积[3]。

3 基于BP神经网络的断丝损伤检测模型

BP神经网络具有较强的非线性逼近能力, 能进行故障模式识别, 还能进行故障严重程度评估和故障预测, 应用比较广泛。1989年, Robert Hecht-Nielson证明了对于任何在闭区间内的一个连续函数, 都可以用含有一个隐含层的BP神经网络来逼近, 因而一个3层BP网络可以完成任意的n维空间到m维空间的映射[4]。

基于BP神经网络的钢丝绳断丝损伤定量检测系统采用3层网络结构, 隐含层节点数为25, 网络误差为0.01, 网络结构如图5所示。

图5中, 钢丝绳断丝损伤的故障征兆即损伤信号的峰值、阈值波宽、波形下面积、钢丝绳直径、捻制钢丝直径进行归一化处理后, 作为BP神经网络的输入, 用数组{x (1) , x (2) , x (3) , x (4) , x (5) }表示。数组{y (1) , y (2) , y (3) , y (4) }作为BP神经网络的输出[5], 其与断丝数的关系如表1所示。

选择6×7-20.0钢丝绳作为试件。在试件的10个不同横断面上人为制作各种不同形式的数根断丝 (断丝数不大于4) , 制作试件时, 断丝间隙为2 mm, 间距为50 mm。通过Matlab神经网络工具箱的训练, 得到输入层到隐含层的权值矩阵WI, 为25×5矩阵;隐含层的阈值矩阵为BI, 为25×1矩阵;By为25×1矩阵;隐含层到输出层的权值矩阵为WP, 为4×25矩阵;输出层的阈值矩阵为BP, 为4×1矩阵。

4 系统软件设计

4.1 BP神经网络的前向计算

按照BP神经网络的前向运算过程, 编写单片机程序, 可得到计算结果{y (1) , y (2) , y (3) , y (4) }。计算过程如下:

undefined

根据式 (2) ～ (4) 可得到{y (1) , y (2) , y (3) , y (4) }。

4.2 BP神经网络的程序设计

单片机程序采用C语言编程, 因为C语言是一种面向对象的程序设计语言, 具有处理硬件接口能力强、灵活性好、效率高以及平台独立等优点。采用Keil C51编制的BP神经网络程序关键部分代码如下:

5 检测结果

利用该检测系统对钢丝绳上的10处共23根断丝进行检测, 结果是对1根断丝识别的准确率达到100%, 即只要钢丝绳上有断丝损伤存在, 就可以识别出来;对钢丝绳上的10处断丝损伤识别的准确率为86.9%[6]。

6 结语

基于BP神经网络的钢丝绳断丝损伤定量检测系统硬件电路简单, 实时性高, 且易于实现。BP神经网络模型对于解决钢丝绳断丝损伤定量识别这样复杂的问题具有独特的优势, 为钢丝绳断丝损伤的定量识别提供了一个新的、有效的方法。

参考文献

[1]杨叔子, 康宜华.钢丝绳断丝定量检测原理与技术[M].北京:国防工业出版社, 1995.

[2]胡阳, 康宜华, 卢文祥, 等.钢丝绳无损检测中的一些算法———信号的预处理与特征提取[J].无损检测, 2000, 22 (11) :483-488.

[3]田志勇, 谭继文, 文妍.钢丝绳断丝信号处理技术[J].工矿自动化, 2006 (4) :13-15.

[4]许东, 吴铮.基于Matlab 6.X的系统分析与设计———神经网络[M].西安:西安电子科技大学出版社, 1998.

[5]谭继文.钢丝绳LF型损伤定量识别的神经网络方法[J].矿山机械, 2002, 30 (3) :15-17.

钢丝绳设计 篇10

荣华一矿副井JKMD-3.5×4 (III) 多绳摩擦轮式提升机采用4根Φ38mm 6V×37S钢丝绳作为首绳, 首绳从主罐顶端经上天轮、绳廊从滚筒上绕过去后再经绳廊至下天轮, 再到副罐, 全长1100米。

2主要工程量

2.1准备工作。

2.2新绳锁到旧绳上, 将四根新绳引入主、副罐。

2.3旧绳出勾头, 新绳入勾头, 完成锁头工作。

2.4将旧绳依次吐出。

2.5调绳试运转。

3主要施工方案

3.1换绳前准备工作

3.1.1在副井井棚内吊车轨道高出800mm高度搭设换绳平台。

3.1.2将吊罐用的钢管用绞车首绳带至2#天轮下方平台, 固定牢固后, 将Φ40mm钢丝绳缠绕 (两圈) 在吊罐钢管上, 打6道U型卡子卡牢固, 然后用55T鸭嘴将吊罐滑轮挂在两圈钢丝绳圈上。

3.1.3将30T回柱绞车运到井棚内合适的位置, 盘好Φ21.5mm的钢丝绳后, 将钢丝绳一头绕满上下两个滑轮后固定。

3.1.4把墩卡子和坐墩卡子用的两根开出缺口的30#工字钢梁用绞车首绳带到2#天轮下平台, 并将锁工字钢的对丝带到位。

3.1.5将转盘车运到副井井棚北侧正对井口方向放置平稳, 并将绳盘按照旧绳对应捻向分别坐在四个转盘车上。

3.1.6设专人检查锁头用的起重机、氧气、乙炔、绳扣子以及扳手等工具是否符合要求, 检查无误后运到换绳平台。

3.1.7在主罐下层内放一平板车, 换绳人员坐在主罐上层, 将主罐下放, 直至主罐下层来到井下-650m水平后, 将坐罐钢梁放在平板车上。

引绳工序 (图1) 。

a.派专人看守转盘车和绳盘的运转情况, 如发现异常, 应立即打停点并汇报。 (由C组负责) 。

b.在副井井口处搭跳板, 在1#-4#新绳5米处用红自喷漆做好记号后, 把主罐提升到地面0米停稳, 将1#-4#新绳通过导向滑轮按照滚筒绳槽引入副罐1#-4#旧绳, 用铁线绑好, 前四道铁线间距0.5米共绑9道。之后打2道U型卡子间距0.5米。 (技术要求:夹子要打牢固, 旧绳在里, 新绳在外。)

c.此时由B组 (至少5人) 负责在2#天轮下方平台处负责铁线过天轮、打卡子、解卡子, 在拆头道板卡子前, 必须先在井口0米处再打一道U型卡子。待绳头已进入天轮绳槽, 再在2#天轮下方平台拆板卡子和U型卡子;在绳头过2#天轮后, 同样在第9道铁线后打一道U型卡子和板卡子, 防止绳头到滚筒后随旧绳拧紧。

d.绳头引致主滚筒上方, 由A组 (至少五人) 负责铁线过滚筒、打卡子、解卡子。

e.绳头引致1#天轮处由原2#天轮人负责铁线过1#天轮打卡子、解卡子。待绳头标记处来到井筒0米处, 将铁线解开, 将绳头固定在钢梁处。如图2。

f.绳头锁好后, A组人员负责天轮处、C组人员负责滚筒处的新绳、旧绳分离工作, 此时, 引绳工作结束。 (如图2)

3.2带绳工序 (图3)

3.2.1所有参与换绳人员就位后, 在要害地点设专人看守, 并在副罐进车线方向准备两个矸石饱车 (配重用) 。此时通知绞车司机将主罐重新上提至0米处, 将平板车装入主罐下层。A组人员负责拆除天轮及滚筒处的分绳设施, 并将新绳放入对应的绳槽内。

3.2.2在主罐上装好锁头用工具, 然后新绳与旧绳在0米处开始带绳, 在预留的5米用铁线绑两道, 之后开始打第一道U型卡子和板卡子, 第二道U型卡子和板卡子从2#天轮下方平台开始打, U型卡子20米一道, 头两道板卡子20米一道, 打在U型卡子上面, 第三道板卡子开始40米一道, 打U型卡子和板卡子的人员要分工明确, 依次进行。直至带绳至-650m井下信号。

3.2.3待副罐上层罐来到地面0米处后, 将事先准备好的两个矸石饱车推入罐内, 用以吐绳时配重。

3.2.4当主罐到井下-650米位置时将坐罐钢梁放入平板车上继续放罐, 待坐罐钢梁成功横在摇台上后, A组人员负责将吊罐绳扣子 (两根Φ40mm长20米绳扣子) 从副罐上层穿过与吊罐滑轮通过两个卡环连接好后, B组在2#天轮下平台处打 (下转180页) 墩卡子, 并用对丝连接好工字钢。 (在主罐侧打顿卡子, 墩卡子打旧绳上)

3.2.5副罐成功吊起后, 通知井下旧绳出勾头, 新绳入勾头。完工后通知地面, 地面留出锁头长度开始断新绳, 之后旧绳出勾头, 新绳入勾头, 此时换绳完毕, 开始吐绳。

3.3吐绳工序 (图4)

3.3.1放副罐, 此时要派专人看守绞车滚筒处的绳子是否在对应绳槽内。

3.3.2待副罐全部放下后, 将吊罐绳扣子拆除后通知天轮处人员开始拆墩卡子。

3.3.3将副罐侧旧绳从吐绳平台拽入吐绳口。

3.3.4在1#天轮前方断绳, 断绳点前后0.5米处分别打一道U型卡子, 1#天轮处绳头随着副罐下方将绳头引入吐绳口, 绞车司机严格听点作业, 随着副罐下放, 井下主罐不断上提, 待主罐上提到下层对罐位置时, 将平板车和坐罐钢梁一同推出罐内。随着副罐的继续下放, 斜廊处的旧绳吐完。

3.3.5当主罐行驶至0米处, 在2#天轮平台吐绳口上方开始断旧绳 (断绳处同图四) 。断旧绳前, 保证断绳处和0米之间有一道U型卡子, 天轮侧绳头有一道铁线。待绳头过了1#天轮之后, 在绳头处再打一道U型卡子, 防止绳坠入井下。再将主罐下放, 将主罐侧旧绳从0米处吐出, 绳头上的U型卡子在0米拆除, 直到吐绳完毕。 (图5)

3.4试运行、调绳

3.4.1吐绳工作结束后开始试运行两趟后, 开始对罐、调绳。记下副罐低的高度, 然后将副罐下放到满足起吊高度的地点停稳, 然后在原来打墩卡子处打墩卡子, 重复吊罐步骤。副罐成功吊起后开始调绳。

3.4.2调绳结束后, 拆除妨碍运行的所有设施 (吊罐滑轮除外) , 给两个罐油缸打压, 试运行两趟后开始正常运行。

4结论

本文重点说明了如何更换落地式多绳摩擦提升机首绳的整个过程, 纵观各个步骤程序, 过程相对来说比较清晰, 其中的重点在于如何实现安全规范、效率和安全兼顾。关于摩擦式提升机首绳的更换方法有很多, 这里只是列举了其中的一种, 应该来说是比较先进的方法之一。不过随着技术和理论进一步的成熟, 一定会出现更好的方法, 或者是这种方法细节上的改进。

摘要：针对荣华一矿副井JKMD-3.5×4 (III) 多绳摩擦轮提升机更换钢丝绳 (首绳) 施工组织设计展开论述。