提升钢丝绳丝间应力分析及疲劳寿命预测

发布时间：2020-06-02 06:32

【摘要】：在立井提升过程中,钢丝绳是承接设备正常运行的关键部件,运行时钢丝绳会受到不同程度的损伤主要包括钢丝间的摩擦磨损和疲劳破坏,严重的甚至出现断丝现象,致使钢丝绳的承载能力下降,而在深井提升中对绳股的机械性能要求更高。因此,为了保障提升安全,本文以6×19+FC-2b规格的矿用钢丝绳为载体,对钢丝绳的丝间应力及疲劳特性进行了研究。主要内容如下:根据Costello的钢丝绳弹性理论,推导出简单直股及螺旋圆股绳内钢丝拉伸应力的计算方法,得出绳股中钢丝距离绳芯越远拉伸应力越小;基于赫兹接触理论推导出交叉钢丝接触应力及接触区域的计算公式,得出钢丝间的接触应力随着接触压力的增大呈抛物线状增长;在接触线长度为0-2mm时接触应力急剧降低,之后基本保持不变。运用有限元法对绳股进行应力分析,根据绳内钢丝的螺旋线方程建立绳股的三维模型,在绳股两端采用耦合约束的方式,加载线性递增载荷。结果得出,在绳股的两端均存在耦合约束的影响,在绳股中间截面上应力关于绳芯呈对称分布,对于简单直股芯丝应力最大且分布均匀,内层丝应力变小且分布不均,外层丝应力最小且分布不均,对于螺旋圆股绳相邻股与股间及丝与丝间应力较大。建立了两钢丝交叉接触微元模型,以交叉角和摩擦系数为参数对接触点处的应力变形进行研究。结果表明,当交叉角为0°(线接触)时,接触区域呈矩形,接触应力呈对称分布,从接触点向两边应力逐渐降低;随着交叉角度的增大(点接触),接触区域呈现椭圆形状,接触应力逐渐增大;随着摩擦系数的增大,接触应力呈降低趋势,在摩擦系数在0-0.12时线性降低,0.12-0.24时线性上升,之后线性降低;且随着摩擦系数的增大,接触区域变形呈线性下降趋势。运用有限元法对绳股进行拉伸疲劳分析,在立井提升中,矿井越深绳股所受的交变应力幅值越大,因此通过改变交变应力幅值来模拟矿井的深度。结果看出,沿捻制方向钢丝的寿命呈空间螺旋状分布,股与股间接触点寿命最小,且在股与绳芯接触点也是寿命较低点;随着应力幅值的增大,绳股的疲劳寿命降低,因此,矿井越深绳股所受到的损伤越严重;通过实验验证结果与仿真结果一致,证明了仿真的准确性。图[62]表[19]参[71]
【图文】：

示意图,钢丝绳,绳股,股线

钢丝绳之所以能在各种复杂工况中应用，主要是因为其特殊的机械结构 1.1 所示，为钢丝绳的机构示意图，从图中可以看出绳股的基本尺寸类包括的参数如表 1.3 所示。表 1.3 钢丝绳的结构参数Table 1.3 Structural parameters of wire rope类型定义钢丝绳的直径包括理论直径（钢丝绳的公称直径）和实际直径（实际测直径）钢丝的直径组成钢丝绳绳股中钢丝的直径绳股间距沿绳芯方向外侧两相接处股线之间的距离捻距指的是相同股线沿绳芯一周的轴向距离，对应于螺距，其值上等于股线间距和股数的乘积。

示意图,点接触钢丝绳,示意图,面接触

图 1.3 点接触钢丝绳示意图Fig 1.3 Schematic diagram of point contact wire rope图 1.4 线接触钢丝绳示意图Fig 1.4 Schematic diagram of wire contact wire rope方式为面接触的钢丝绳，其内部的股线中的钢丝一般要压制成特定的几何形状，然后捻制而成。面接触钢 1.5 所示。由于股线中的钢丝间面接触，接触应力小具有更高的耐磨性，更高的最小破断力，良好的疲劳
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD532

【参考文献】