檢測小知識:鋼絲繩在發生彎曲時的彎曲應力

鋼絲繩彎曲應力

鋼絲繩正是由於其優異的抗彎曲疲勞效能而應用於各類場所,當鋼絲繩執行經過滾筒、天輪、滑輪等部件時而發生彎曲時,鋼絲繩內部各組成部分會發生調整以使得所受到的載荷重新均衡配置鋼絲繩金屬橫截面積上(外緣鋼絲受拉、內緣鋼絲受壓),然而這種“重新均衡”是部分的,部分鋼絲必將因為彎曲而遭受額外應力,減少鋼絲繩的抗疲勞壽命,上述兩種因彎曲造成的後果都與鋼絲繩遭受彎曲時的彎曲半徑成反比例關係。即彎曲半徑越小,彎曲應力越大,抗疲勞壽命越短。

發生的鋼絲繩彎曲會在鋼絲繩內部形成附加彎曲應力很難透過理論精確計算出來,與鋼絲繩的結構、內部潤滑情況、鋼絲繩執行速度、繩槽形狀有關,下式為計算鋼絲繩承受彎曲時彎曲應力的經驗公式:

檢測小知識:鋼絲繩在發生彎曲時的彎曲應力

上式中,

P:鋼絲繩發生彎曲時所受的附加彎曲應力

E:鋼絲繩彈性模量

A:鋼絲繩金屬橫截面積

δ:鋼絲繩外層鋼絲直徑

D

:彎曲直徑(滾筒、天輪、滑輪等直徑,對於特定鋼絲繩結構,該半徑應高於推薦的最小值。)

下圖給出了不同的

D/d

值,鋼絲繩受彎曲時,附加彎曲應力佔鋼絲繩破斷力的比值。

檢測小知識:鋼絲繩在發生彎曲時的彎曲應力

我國《煤礦安全規程》中第

418

條對繩輪與鋼絲繩直徑比值進行了相關規定:

提升裝置的天輪、捲筒、摩擦輪、導向輪和

導向滾等的最小直徑與鋼絲繩直徑之比值

檢測小知識:鋼絲繩在發生彎曲時的彎曲應力

顯而易見的是,

D/d

比值越大,對鋼絲繩的使用效果越好,國外部分國家規程中對於該值的規定為大於

100

,然而大直徑的繩輪意味著更大的提升機、提升能耗增大、投資也將增大,礦山設計者應該根據礦山實際情況,合理選擇、科學設計,以獲得更好的經濟、效益平衡。

對於礦山摩擦式提升系統,落地式比塔式的缺點在於增加了鋼絲繩的彎曲次數,這對於鋼絲繩的使用是不利的。塔式摩擦提升系統設計有偏轉輪時,偏轉輪與滾筒間距應格外需要注意,當鋼絲繩自離開滾筒到達偏轉輪距離過短時,鋼絲繩內部應力無法得到及時釋放、各組成部分無法及時恢復至重新平衡,極易導致鋼絲繩出現結構變形,迅速降低鋼絲繩的使用壽命,對於阻旋轉鋼絲繩將會導致鋼絲繩扭曲變形而報廢。

部分學者建議該距離最小值透過下式計算:

L

min

=0。5V

max

上式中,

L

min

:為鋼絲繩自離開滾筒到達偏轉輪距離的最小值;

V

max

:鋼絲繩執行的最大速度;

t

0。5s

,鋼絲繩重新調整時間。

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