单层缠绕提升机改双层缠绕时的卷筒强度分析.pdf

S e r i e s No . 3 5 0 A u g u s t 2 0 0 5 金属矿山 ME T AL MI NE 总第3 5 0 期 2 0 0 5 年第8 期 单层抢免提升机改从层握免时的卷筒根度合析 邹 新 斌 ‘熊 细 鹏 2赵 江 农 ， 1 . 江西机电职业技术学院; 2 . 江西铜业公司武山铜矿; 3 . 南昌矿山机械研究所 摘要武山铜矿为了深部开拓的需要， 经过科学分析和生产试验， 成功实现在原有单层缠绕提升机上直接 进行双层缠绕， 节约了大量技改资金。主要描述了武山铜矿2 K J 3 x 1 . 5 A单层缠绕提升机改为双层缠绕时卷筒强 度分析校核的方法。 关键词提升机双层缠绕卷筒强度 武山铜矿有 1台2 K J 3 x 1 . 5 A单层缠绕提升 机， 其提升深度为2 7 0 m 。为了充分利用资源， 挖掘 潜能， 持续生产， 武山铜矿决定进行深部开拓， 将竖 井深度由2 7 0 m增至4 2 0 m 。经计算， 在提升机卷 筒直径不变的情况下， 钢丝绳必须采用双层缠绕才 能满足井深增加后的要求。是在现有的提升机上直 接进行双层缠绕， 还是需要在对该机卷筒进行技术 改造后进行双层缠绕呢为此有必要对双层缠绕时 卷筒的强度进行分析。 1 提升机卷筒的主要参数 卷筒名义直径 D 二 3 0 0 0 m m ; 卷筒宽度 B 1 5 0 0 m m ; 筒壳材料 1 6 M n ， 许用应力 〔 6 ] 1 7 8 . 4 M P a ; 轮辐数 n 6 ; 轮辐材料 Z G 3 5 ， 许用应力 [ 6 ] 9 0 . 1 6 M P a ; 轮毅半径r , 3 2 5 m m ; 钢绳张力T 7 0 0 0 0 N ; 钢绳直径d 3 1 m m ; 钢丝金属断面面积 F , 3 5 8 m m 2 ; 钢丝绳缠绕节距t 二 3 5 m m , 2 正常工作时卷筒上的外载荷 作用于提升机筒壳上的外载荷有以下几种。 1 钢丝绳的张力和自 重， 它使筒壳像空心轴 一样被弯曲; 2 钢丝绳张力作用于缠绕半径上， 它使筒壳 像空心轴一样被扭转; 由于卷筒的直径很大 尽管筒壳较薄 ， 因而惯 性矩 包括极惯性矩 很大， 故由上述2 种载荷所产 生的应力都不大， 计算时可以略去。 3 钢丝绳螺旋缠绕在卷筒上， 当钢丝绳有张力 时， 会产生一个沿圆周分布的力， 压缩筒壳， 使其半径 有缩小的趋势。这是使筒壳产生应力的主要载荷。 3 双层缠绕时的卷筒强度分析 在双层缠绕时， 由于受力情况复杂， 卷筒上的载 荷并不是简单的单层缠绕时的2 倍， 而是以一个缠 绕系数入 按倍数增加， 人 值为 A1 1 / [ 1 E S x F S / E x 8 x t ]1 . 7 6 5 ， 1 式中， E 、 为 钢丝绳的弹性模量, 1 . 1 7 6 x 1 0 5 M P a ; E 为钢的弹性模量， 1 . 9 6 x 1 0 5 M P a ; F 、 为钢丝绳金属 的断面积， 3 5 8 m m ; s 为 筒壳厚度， 2 0 m m ; t 为缠绕 节距， 3 5 m m , 对于卷筒强度的分析， 一般从筒壳和支轮2个 方面来考虑。 3 . 1 筒壳强度分析 根据该卷筒的结构及实际受力情况， 可将筒壳 分为以下区域。 1 自由筒壳区 不受支撑影响的区域; 2 支轮区 受支轮支撑影响的区域; 3 支环区 受支环支撑影响的区域。 3 . 1 . 1 自由区筒壳的强度 由于不受支撑影响， 故该区无弯曲应力， 仅受压 缩应力。 1 作用于筒壳上的均布载荷4 。 4T / r x t 1 . 4 3 M P a ， 2 式中， T 为钢丝绳的静张力， 7 0 0 0 0 N ; 为筒壳的平 均 半径， 1 4 0 0 m m , 2 自由筒壳区钢丝绳的张力降低系数 Co C1 / [ 1 0 . 5x E S x F s / E x 5 x t 〕0 . 8 6 7 . 3 3 自由 筒壳区的压缩应力。 邹新斌 1 9 6 5一 ， 男， 江西机电职业技术学院， 工程师， 3 3 0 0 1 3江西 省南昌市下罗。 总第3 5 0期 金属矿山2 0 0 5 年第8 期 氏gx Cx r x A / S1 5 3 . 1 8 M P a . 4 由于筒壳材料为 1 6 M n ， 其许用应力 仁 司 二 1 7 8 . 4 M P a ， 可 见氏C 。 通常C ， 不易计算， 可通过实际结构 进行估计， 一般CC ， 1 。 本结构支撑类型属于接 近固 定的， 故取C , 0 . 9 5 另外， 考虑到弯矩的影响区为X m 0 . 6 1 x V r x S 1 0 2 m m ， 而轮缘向 筒壳内 伸的 部分长度为 1 0 5 m m， 故它能在此影响区内对筒壳补强。由于轮 缘的厚度为筒壳的1 . 5 倍， 故当它与筒壳一起作整 体弯曲时， 筒壳的应力可大大降低。 支轮处筒壳的弯曲应力为 氏 1 . 8 2x gxC , xr xA / 6l . 5 x 5 1 2 2 . 1 9 M P a . 5 可见， 6 ,「 司， 因而在支轮区筒壳的强度满 足要求。 3 . 1 . 3 支环区筒壳的强度 支环的断面积为 F h 1 4 4 0 m m z ; 支 环的 刚 度系 数为 凡 凡 / F 、 十 1 . 5 6 x 5 x 丫 r x S 0 . 2 1 6 ; 6 支环处的钢丝绳张力降低系数C h 可取在C和 C ， 之间， 此处取C h 0 . 9 ; 支环处筒壳所受应力为 氏 gxC , xr xA x 1 0 . 2 7 x K h / S 1 6 8 . 2 8 M P a . 7 可见， 6 h6 2 ， 故轮辐的总 应力6 , ‘ ， 6 3 5 3 . 9 5 M P a . 因为轮辐材料为 Z G 3 5 ， 其许用应力 「 司 9 0 . 1 6 M P a ， 可见， 氏〔 司， 所以左轮辐强度满足 要求。 综上所述， 支轮强度满足要求。 4 计算筒壳的稳定性 筒壳的临界长度为 L1 . 5 x 1 0 6 x 8 2 ’ / ， ’ x g x C x A x n o 1 1 4 c m ， 1 2 式中， n 。 为筒壳稳定安全系数， n 。 二 2 ; q 为作用于筒 壳 上的 均 布 载 荷， 此 式中 应 按1 4 . 6 k 盯 c 耐代人。 应加支环数为 iB / L一1 i0 . 3 ， 1 3 邹新斌等 单层缠绕提升机改双层缠绕时的卷筒强度分析2 0 0 5年第8 期 式中， B为卷筒宽度， 1 5 0 e m o 现有2 个支环， 故可满足要求， 即筒壳是稳定的。 5 结论 在钢绳张力不变的情况下， 经过计算， 武山铜矿 现有的2 K J 3 x 1 . 5 A单层缠绕提升机可W直接采用 双层缠绕， 以适应深部开拓的要求。经过半年的生 产试运行也证明了这一点。武山铜矿在现有单层缠 绕提升机卷筒上直接进行双层缠绕， 节约了大量的 技改资金， 在“ 安全第一， 挖掘潜能， 开源节流， 提高 效益， 持续生产” 的探索中取得了成效。 参考资料 1 李仪饪. 矿山机械 提升运输机械部分 . 北京 冶金工业出版社， 1 9 8 6 收稿日 期2 0 0 5 -0 6 一 8 . 州 卜一卜. . 州 卜一 卜目刊 卜一 卜的刊 卜一 十..州 卜” 州 卜..州 卜一 卜.. 刊 卜 一 卜. . -I一一十 ..刊 卜一十”」 一一 干.. 州 卜一 十， 州 卜一 十” . 十 一卜” 州 卜.十 . 刊 卜. . _ l 卜. 一 卜.十 一 卜.十 一 十..讨 一 ， 一 十“」 一 十“ 州 卜一 卜” 州 卜.. 十 一 卜. 上接第6 页 可以看出产品价格的变化对项目 最为敏感， 其次是 经营成本和产品产量， 再次为建设投资。 1 60 0 0 1 20 0 0 叹限\AdN “ L1 一一2 一- 3 - 一 4 5 变动幅度 / 图1 单因素变化敏感性分析 一 基准方案; 一 产品价格; ‘ 一 经营成本; ， 一 建设投资; *一 产品产量 表 3 单因素变化敏感度 敏感度 范围 一洲n八﹄勺 404 ZJeeZ ;. 000 20八 q4 心. 1︸4 4八汽 14 24 产品价格 经营成本 建设投资 产品产量 一1 0 一5 7 . 2 9 7 . 2 9 4 . 4 9 4 . 6 6 1 . 9 2 1 . 9 2 4 . 4 8 4 . 4 8 1 0 7 . 2 9 4. 4 9 均值 . 2 9 . 5 3 1 . 9 7 4. 4 8 项目 评价一般以N P V 0 作为评价项目 取舍的 依据， 因此N P V0 是风险评价指标的临界值。 根据 式 1 或项目 敏感性分析结果， 用解析法或图例法求 得各个风险因素的临界值L i 。 通过计算求得产品价 格、 经营成本、 建设投资和产品产量风险因素的临界 点分别为一 1 3 . 7 2 , 2 2 . 2 7 , 5 1 . 9 8 , - 2 2 . 3 2 o 以产品价格为例， 一1 3 . 7 2 说明风险因素产品价格 降低1 3 . 7 2 时， 风险评价指标N P V 将小于0 ， 其它风 险因素与此相同。 然后确定出各风险因素的最乐观值 和最悲观值相对于最可能值的变动范围， 产品价格 卜 3 0 ， 2 0 ] ; 经营成本 [ 一 1 0 ， 3 0 ] ; 建设 投资 〔 一1 0 , 3 0 ] ; 产品产量 仁 一3 0 , 1 0 」 。 再根据三角形概率分布特点， 确定风险变量发 生在最悲观值和临界值之间的概率为P 0 . 1 8 , 0 . 0 5 , 0 , 0 . 0 5 。 按式 6 归一化处理， 计算结果为 0 0 . 6 4 3 , 0 . 1 7 9 , 0 , 0 . 1 7 8 。 根据 式 7 得R 0 . 3 4 0 按照风险等级划分表可知该项目 风险等级为nl 级， 属候选项目。根据风险评价结果， 不宜对该项目 立即投资， 应再深人研究项目内外部条件， 确定各主 要风险因素对项目的内在原因， 优化方案， 如条件较 好， 可转人上一级别的 设计研究。 3 结论 1 探讨了一种矿业投资项目 风险性评价的实 用方法， 建立了 矿业项目 综合风险影响因素评价指 标数量化模型， 并提出用敏感度作为风险因素权值。 2 结合某钨矿开采建设项目 进行了投资风险 的可能性评价。给出了项目敏感性分析、 风险性分 析的结果。研究结果表明， 价格是影响项目 经济性 的最敏感因素， 该项目 风险等级属IU级， 项目 为候选 项目。评价结果基本可靠， 可为决策部门提供参考 依据。评价方法同样适用于其它领域工程项目的风 险性分析和评价。 3 该方法的关键是合理确定最乐观值、 最悲 观值和最可能值。风险评价时， 各个风险因素均从 最悲观角度考虑， 测算时可能加大了项目 风险程度。 参考文献 1 傅家骥. 工业技术经济 第三版 . 北京 清华大学出版社， 1 9 9 7 2 于守法. 投资项目可行性研究方法与案例应用手册 上册 . 北 京 地震出版社， 2 0 0 2 3 戴家权， 王世远， 等. 煤矿投资项目 风险性经济评价模型研究. 煤 炭学报， 1 9 9 7 , 2 2 6 5 9 1 一5 9 3 4 连达军， 汪云甲. 墒一 理想点法在“ 三下” 开采风险决策中的应用 研究. 金属矿山， 2 0 0 4 , 3 3 7 7 5 一7 5 陈宝峰， 等. 项目 投资财务分析中致险因素辨识的敏感性分析方 法及改进. 中国 农业大学学报， 2 0 0 2 , 7 7 1 1 3 一1 1 6 6 谢贤平， 柴建设. 矿产资源综合开发利用决策中的风险分析 矿产 与地质， 2 0 0 5 , 9 6 5 1 4 一5 1 9 7 王志宏， 等. 矿业投资风险评价. 煤炭学报， 1 9 9 8 , 2 3 2 2 1 7- 2 21 8 昊爱祥， 张卫锋. 矿山投资项目 净现值的蒙特卡罗模拟. 金属矿 山， 2 0 0 0 , 2 9 4 1 2 4一6 9 连民杰， 祈建东. 矿山低品位矿利用经济分析模型与应用. 金属矿 山 ， 2 0 0 4 , 3 3 3 3 5 - 7 收稿日期2 0 0 5 -0 6 一 6 7 5