斜井提升用钢丝绳的选择.pdf

第 z 7 卷 第1 期 Vd． 2 了 N o ． 1 盒 一 制 品 S t e d Wir e P r o 2 0 0 1年 2 月 V e hu r 2 0 0 1 斜 井提升 用钢 丝绳的选择 张德英李广宇向卫国 鞍山钢 铁集 团钢绳 厂l 1 4 0 4 2 摘要合理选择钢丝绳是保证钢丝绳使用安全、 可靠、 寿命长的前提。介绍适合于斜井提升用的4种结构 钢丝绳 ． 提供钢丝绳公称抗拉强度及直径选择的计算方法， 并介绍捻法及用途的选择 。 美t词斜井提升钢丝绳选择 Z h a n g t ,A n g U Gu a n g y u Xia n g Wo ig u o 跏R o p e 胁o fA mh a nI r o n a n d C , , o u p C o ． 1 1 4 0 4 2 Al m l e t R a ti o n a l s e l e c t i o n o f I e r o p ei sIm e r e q u i sd t ef o r∞ s u n g s a f eI J∞ ．r e l i a b i l i t y a n dl o n g B e o el i f e o f w i r e r o p e ． T o in - t m d t f o u r k i n d s of s tr u c t u r e w i r e r o p e mi t a b l e f ori t w 2 i n e d蝴I | 0 i 咄 T h e P ,I t I I X l I B o ／ I I 0 f s e l e c t i on d “ n o m i n a l w i r e r o p e t e n s i l e a n d g l v , ．T h e s e l e c t i o n o f me t h o d a n d 0 fw i r e r o p e in m,d u c e d K _O r d b i n c l i n e d s h a f t n g ； w i l e r o p e ； s e l ecti o n 钢丝绳选择适当和使用合理是保证钢丝绳使 用寿命长的前提。不同的使用条件应选择不同结 构、 不同强度、 不同直径 、 不同捻法及不同用途 的 钢丝绳 。钢丝绳 选择正 确 ， 则安全 、 耐 用 、 使用 寿 命长， 反之， 不仅使用寿命短， 还可能造成不应有 的损失， 甚至出现重大事故。笔者曾遇到过这样 的事例 某矿斟井提升用钢丝绳， 选用 2 1 ． 5 N A T 6 3 7F ℃ 1 6 7 0 z s一般用途钢丝绳， 结果使用 3 2 天， 绳断造成井损人亡的事故。诸多事例提醒人 们， 在选择钢丝绳时， 一定要根据使用条件经仔细 斟酌后确认。本文对如何选用钢丝绳从 以下几方 面予 以介绍。 1 结构的选择 斜井t Y t - 用钢丝绳由于使用条件特殊， 磨损是 钢丝绳报废的主要原因。选择钢丝绳时， 首选条件 是耐磨。如三角股钢丝绳、 面接触钢丝绳比圆股钢 丝绳耐磨。圆股钢丝绳中同样绳径， 股中钢丝数少、 钢丝直径粗的耐磨； 同样绳径、 同样丝数情况下， 外 层钢丝直径粗的耐磨。 1 1 三角股钢丝绳 三角股钢丝绳是由6 个具有一定螺旋状的等边 三角形股围绕绳芯紧密扣合而成。三角股的结构有 多种， G B ／ T 8 9 1 8 --1 9 9 6 标准钢丝绳分类表中列出了 3 类 7个典型结构。其中 6 V1 8 是斜井用6 7 的 替代产品， 它的股外层钢丝由9 根组成。由于股中 钢丝数量少， 钢丝直径相对较粗， 使用中耐磨， 寿命 远远高于普通圆股钢丝绳。鞍钢钢绳厂生产的此类 产品经用户多年使用， 效果 良 好。 三角股钢丝绳与普通圆股点接触钢绳相 比， 具 有 以下优点 1 钢丝绳与滚筒或绳轮沟槽的接触面积大， 使 用时各钢丝分担的压力减小， 耐磨性能好； 2 股与股之间接触点增多 ， 因而抗压性能好； 3 金属断面积大， 与同直径的普通圆股钢丝绳 相比， 其总破断拉力提高2 0 ％一 2 5 ％ 4 钢丝绳在制造时， 由于预先形成 了螺距， 采用了预变形和强有力的矫直定径装置 ， 消除了 捻制残余应力， 股和绳均不松散。因而， 钢丝绳结 构更加坚实、 稳定， 使用时不易断丝， 且换绳操作 方便 。 1 ． 2面接 触钢 丝绳 从钢丝绳股内各层钢丝之间的接触状态来看， 当前国内外的发展趋势是点线一面。由于点接触 钢丝绳的使用寿命低 ， 国外已很少使用， 而由线接触 钢丝绳所代替。为进一步提高使用寿命 ， 国内鞍钢、 石嘴山、 湘钢等厂先后研制生产了面接触钢丝绳。 从钢丝绳使用寿命来看， 点接触、 线接触和面接触 3 维普资讯 4 6 金 属 制 品 第 刀 卷 种类型， 后者依次比前者提高 5 0 ％以上。面接触钢 丝绳品种在 G B ／ T1 6 2 6 9中分为 4 类 4 个结构， 多种 规格 。 面接触 圆股钢丝绳与普通圆殷钢丝绳相比， 具 有以下优点 。 1 耐磨性好 ， 钢丝表面平滑 ， 与绳轮之间的接 触面积大 ， 单位压力小 ， 减少绳轮磨损 ； 2 耐疲劳性能好 ， 钢丝之 间呈面状 接触 ， 接触 应力小 ， 不易断丝； 3 钢丝绳破断拉力高， 6 T 7 F C与 6 7 F C相 比， 金属充填率高， 钢丝绳破断拉力可提高 4 ％ 一 9％ 4 不松散性能好。由于制造时， 股采用塑性压 缩， 成品合绳时又采用预变形和后变形， 股和绳均达 到不松散 ， 捻制应力大部分被消除， 安装使用方便。 面接触钢丝绳用于斜井提升， 当首选股中钢丝 数少， 钢丝直径粗的 6 T 7 结构。鞍钢生产的这种 产品， 经用户多年使用， 结果表明， 比点接触钢丝绳 使用寿命提高 5 0 ％一 1 0 0 ％。 1 ． 3 线接 触 圊股 钢丝 绳 线接触圆股钢丝绳不仅股内的同层钢丝之间为 线接触， 而且相邻层钢丝之间也是线状接触。线接 触圆股钢丝绳品种结构很多， G B ／ T 8 9 1 8 --1 9 9 6 标准 中仅 6 股绳就有 3类 1 3 个结构。适于斜井提升用 的钢丝绳推荐两种结构， 一种是 6 9 W， 另一种是 6 7。 1 ． 3 ． 1 6 9 W钢丝绳 6 9 W结构， 股中心丝由 3 根组成， 外层排列粗 细相间各 3 根钢丝， 粗丝位于内层丝凹处， 细丝位于 内层丝的凸处， 与点接触钢丝绳相比， 具有以下优 点 1 线接触钢丝绳的股内钢丝呈线状接触 ， 因此 股内结构较点接触紧密， 从而在使用时可减少股内 钢丝的相对滑动 ， 叉线接触钢丝绳股内钢丝 的捻距 相等， 故其内层的捻角较小， 因而线接触钢绳的结构 伸长较点接触钢绳为小。 2 线接触钢绳的股内相邻层钢丝， 在全长上呈 线接触状态， 接触面积较点接触大， 因而在使用时股 内钢丝所受的接触应力小。 3 线接触钢丝绳的密度系数高， 在其它条件相 同时， 捻制后的强度损失小， 因而在相同强度和直径 时， 承受载荷比点接触的高8 ％一1 0 ％。 鞍钢钢绳厂曾生产过 6 9 W结构的产品， 由于 多种原因， 目前尚未得到普遍推广使用。 1 ． 3 ． 2 6 7 钢丝绳 6 7 钢丝绳， 属于简单结构 中心线外包捻一 层钢丝 老品种， 实质上属于丝数少的线接触钢丝 绳， 但一般情况下， 都把它当点接触钢丝绳看待。相 同直径的钢丝绳， 股中钢丝数少， 钢丝直径粗， 耐磨 性好， 这种结构的钢丝绳当首选 6 7 。 由于 6 7 结构股中钢丝直径粗， 耐磨性好， 而 且生产方便， 价格便宜， 现在多数煤矿斜井提升仍在 普遍使用。鞍钢钢绳厂生产的此类产品， 占有较大 的比例。 2 公称抗拉强度的选择 钢丝绳 的公 称抗 拉强度 ， 按 G B ／ T 8 9 1 8 --1 9 9 6 标准的规定， 从 1 4 7 0 M P a 到 1 8 7 0 M P a 共列出 5 个 强度级， 级差 1 0 0 M P a 。选择强度高的钢丝绳， 使用 中的安全系数高。但强度高， 弯曲、 扭转值相应低 些 ， 叉会影响使用寿命。钢丝绳的强度选择要依据 计算来确定。按 煤矿安全规程 的规定 根据钢丝 绳在使用中所承受的最大静拉力和钢丝绳内钢丝破 断拉力总和来计算， 使其具有一定的安全系数。可 用下式表示 ≤鲁 1 式中 最大静拉力， N ； n钢丝绳内钢丝破断拉力总和， N ； m 使用中的安全系数。 最大静拉力 不仅包括绳端荷载质量 r 0 ， 而 且包括钢丝绳的自身质量 M L ， 见图 1 。图 1 是立井 提升系统的钢丝绳计算示意图。图中 是钢丝绳 的悬垂长度 1 0 0m 。按 G B ／ T8 9 1 8 - - 1 9 9 6钢丝绳的 田 1 钢丝绳计算示意田 近似线质量为 M k g ／ 1 0 0 n 3 。 这时在钢 丝绳上部截 面 A处承受的最大静拉力为 ML Mo g 2 维普资讯 第 1 期 张德英等 斜井提 升用钢丝绳 的选择 4 7 式 中 g 重力加速度， m s 2 。 斜井提升钢丝绳的计算原则 与立井相 同， 只是 其最大静拉力应考虑倾 角以及阻力的影 响 如 图 2 M u gs i n 围 2 斜井提升钢 丝绳计 算示意 围 所示 ， 斜井提升系统在天轮切点 A处钢丝绳的最大 静拉力 为 g ‘ f 0 s i n日 o 0 s 日 g M。 L s i n日 o 0 s 日 3 式中 ￡ 钢丝绳的倾斜长度。即容器在井下装 载位置 或甩车场 时， 由绳端到绳与天轮切点的距 离。LS 。 1 0 0m； s 装载点与卸载点间的距离， 即提升斜长， 1 0 0m 卸载点到绳与天轮切点的距离， 1 0 0 m ； 8 一轨道倾角； 提升容器运 动 的阻力 系数 ， _ 0 ． O 1 0 ． 0 1 5 ； 钢 丝绳 与底板 和托辊间摩擦 因数 ， 钢丝 绳全部支承在托辊上时取 0 ． 1 5 0 ． 2 0 ， 局部支 承在托辊上时可取 0 ． 2 5 0 ． 4 0 。 钢丝绳提升的最大静拉力已知， 按 煤矿安全规 程 规定的安全系数， 即可按 1 式计算出钢丝绳内 钢丝的破断拉力总和。按相应标准查表并按钢丝绳 最小破断拉力和钢丝绳内钢丝破 断拉力总和的换算 系数 ， 即可确定钢丝绳的公称抗拉强度。 3 钢丝绳直径的选择 3 ． 1 确定钢 丝 绳直径 钢丝绳的结构和公称抗拉强度选定之后， 查表 可初步确定钢丝绳 的直径 。这时需按 1 式校核钢 丝绳的安全系数， 除安全系数满足 煤矿安全规程 的规定外， 还要校核提升装置的最小直径同钢丝绳 直径之比， 校核提升装置的最小直径同钢丝绳中最 粗的钢丝直径之比。这两个比值必须满足 煤矿安 全规程 中的规定。以上条件均满足了， 钢丝绳的直 径即可确定 3 ． 2 钢 丝绳直径的计算公式 太原理工大学苏世晨高级试验师在 矿用钢丝 绳基础知识和钢丝绳标准培训教材 中推导了钢丝 绳直径计算的如下公式 ／ I M o 一 地 4 式 中 钢丝绳重量系数， k 1 0 0m m m 2 ； 某一指定结构 钢丝绳最 小破 断拉力 系 数 h破断拉力换算系数 ； 钢丝绳公称抗拉强度 ， M P a 。 式 4 是计算钢丝绳直径的一般公式 ， 通常称为 静力计算公式。 斜井提升用钢丝绳直径的计算公式， 基本上与 立井相同， 只是用 M0 s in日 c o s 0 代替 f 0 ， 用 ￡ s in 日 f z o 0 s 日 代替 ￡ ， 仿照 4 式写出斜井提升钢 丝绳直径的计算公式为 d≥ 式 5 是斜井提升用钢丝绳直径的计算公式。 确定了钢丝绳 的结构和公称抗拉强度， 查找 G B ／ T8 9 1 8 、 G B ／ r 1 6 2 6 9中 k 、 k 三个系数， 将已 知 f 0 、 L 、 m、 0 、 ， 1 、 ， 2 和 g代人公式。 就可求出斜井 提升用钢丝绳 的直径。 计算出钢丝绳的直径后， 仍需按 3 ． 1 的方法校 核安全系数、 提升装置直径与钢丝绳直径之比和提 升装置直径与钢丝绳中最粗的钢丝直径之比。这些 均需满足 煤矿安全规程 的规定。 4 捻法的选择 钢丝绳的捻法分为 4种， 即左 同向捻、 右同向 捻、 左交互捻、 右交互捻。 同向捻的钢丝绳在使用中外层钢丝曲率与滑轮 槽的曲率较吻合， 接触面大， 在与托辊等接触中， 在 整个钢丝绳的外表面上， 钢丝磨损比较均匀。而在 相同条件下， 交互捻钢丝绳磨损就要大些 ， 而且在整 个钢丝绳的表面上钢丝不是均匀磨损， 而是某一局 部磨损大， 断丝的机率就大， 使用寿命较同向捻钢绳 短。 同向捻的钢丝绳 ， 由于殷 内钢丝的扭转力矩与 钢丝绳的扭转力矩方 向相同 ， 这种扭转力矩在生产 制造时不可能彻底消除， 在使用中若终端是 自由端 维普资讯 第2 7 卷 第1 期 V0 l 2 7 No． 1 金 属 制 品 S t e e l e t o d 2 0 0 1年 2 月 n出 n l a 2 0 0 l 我 国柔性抽油杆 的应 用及发展 王峰静恩志 宁夏恒力 钢铁集 团有 限公司石嘴山 7 5 3 2 0 2 摘要柔性抽油杆具有强度高、 重量轻、 不易结蜡等优点 ， 可替代机械采油中的D级钢抽油杆。宁夏恒力钢 铁集团有限公司研制的柔性抽油杆已在青海、 华北、 辽河、 中原、 胜利等油田安装使用， 取得了较好效果。实践证 明， 采用柔性抽油杆可降低能耗 1 5 ％， 泵效提高 2 0 ％I-3 , f _ ， 单井增加效益 1 3 5 0万元／ a 。 关键词柔性抽油杆应用增产钢丝绳 Ap pl i c a l l ma a n dDe v e l o l n ne n to fFl e x i b l el [ h t n n pOi lBa ri n Ou rCo u n t r y Wa n g F e n g d i n g E n z h i H e n g ／ i I r o n ∞d S te edD C o ． ， ． 鼬 m 7 5 3 2 0 2 A l l r a e t F l e x i b l e p L 叮 o i l b a r h a s s u c h a c l v a m a fi t s h i 曲 g 岫r 曲 ， l i t 蝴a n d w i l i a o u t 1 l g哪 ， s o i t 哪l 陀 p e e D p u m p0 丑b a r u s e di Ⅱt h em e e h a t l le a l o i l n ． T h e fl e x i b l e p u m p 0 丑b 白 『 吕 d e v e l o p e d b yN in g x i aH 砌I r o n a n d S t e e l G r o u p C o ． ， L t d ． h a v e b e e nf x e d a n d a p p l i e a t e dt o s u c h o i l fi e l dfi ts Q i n ， H u a b e l ， L i a o h e ， 丑 岫 a n d s I 瑚 ， w h i c h h a s a e h -e d 0 d e ff e c t ． I t i s c 0 r 血 b y p r a c t i c efl a reI l 8 i J 】g n p o i l b a r c a I 1 r e d u c e e n e r g y c o I I Ⅻ蛳1 5 ％， r a i s e e f fi e i e n e y o f o i l p u mp n m f e 2 0 ％ a n d i n c e e ∞ r c b e n e fi t RMB 1 3 ． 5 mi l l h m y u a n m a n u a l l y p e r s ,r e U y 出n 洲e p u mp棚 b a r ；a p p l i c a ti o n ； o u t p u t i I 1 c r e a s i I l g ； w i r e r o p e 1 柔性抽油杆的发展 有杆泵抽油是当前世界石油开采行业中应用最 广的抽油方式， 我国陆地约 帅％的油井均采用有杆泵 抽油 泵杆普遍采用的刚性抽油杆由于自身结构特 点及加工工艺造成的金属内部组织缺陷 主要是靠近 刚性抽油杆端头部位的热处理过渡区 ， 在使用过程 中易从此处断脱、 结蜡， 再加上刚性抽油杆长度短、 强 度低、 易结蜡、 无法消除“ 活塞” 效应等缺点。因此， 自 ∞ 世纪 印 年代， 国外一些发达国家研制连续柔性抽 油杆， 以弥补刚性抽油杆的许多不足。例如 美国和 前苏联用外包防腐层的钢绞线作为抽油杆， 但其伸长 大、 弹性横量低且安装复杂， 另外油田安装时还要对 抽油系统进行改造， 给油田带来许多不便。后来美国 又开发一种高级石墨、 玻璃纤维、 芳纶纤维和乙烯基 酯树脂等材料复合而成的带状柔性抽油杆， 在油井中 运行较为稳定， 其塑性好、 重量轻、 耐磨损， 目 前 已定 型批量生产， 但成本较高； 加拿大研制开发的一种半 刚性连续金属抽油杆， 重量轻、 作业快， 需配备装有专 时容易引起物体旋转。在斜井提升中， 终端虽不能 自由旋转， 但在使用中若注意不到， 容易使钢丝绳扭 结 ， 不利于安全 。交互捻钢丝绳 ， 由于股内钢丝的扭 转力矩与钢丝绳的扭转力矩方向相反， 可抵消一部 分钢丝绳的扭转力矩， 因而在使用中较“ 老实” ， 不易 产生旋转 、 扭结等不安全因素。 煤矿在实际使用中， 交互捻、 同向捻钢丝绳均有 使用， 需根据各矿的使用经验和使用效果确定。据 了解， 使用同向捻的钢丝绳要远远多于交互捻的钢 丝绳 。 5 用途的选择 G B ／ T 8 9 1 8 --1 9 9 6 标准中规定 钢丝绳按用途分 为一般用途和重要用途。重要用途钢丝绳与一般用 途钢丝绳相比， 拆股钢丝的弯曲次数高2 次左右， 扭 转次数高 2 0 ％左右。 重要用途钢丝绳适用于矿井提升、 大型浇铸 、 石 油钻井、 吊装起重、 索道承重、 缆车运行等用途。一 般用途钢丝绳适用于机械建筑、 林业、 矿业、 船舶、 渔 业等行业的牵拉、 捆绑等用途。矿井提升用钢丝绳 一 定要选择重要用途钢丝绳 。 收稿 日期 2 0 O O一1 2 2 2 作者简介 张德英士， 1 9 5 0年生， 高级工程师， 鞍钢钢绳厂科研技术开 发 中 主任 。 李广宇1 9 7 1 年生， 鞍钢钢绳厂科研技术开发中 工程师。 向卫国1 9 7 0 年生， 鞍钢钢蝇厂科研技术开发中 工程师； 维普资讯