無極繩單軌吊中鋼絲繩的分析與選型

許　夏,劉陽陽,陳凱旋,徐華超,李嘉維（安徽理工大學　機械工程學院,安徽　淮南　232001）

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無極繩單軌吊中鋼絲繩的分析與選型

許夏,劉陽陽,陳凱旋,徐華超,李嘉維
（安徽理工大學機械工程學院,安徽淮南232001）

摘 要：本次設計主要對無極繩單軌吊中的鋼絲繩做了單獨的研究，首先對其進行選型，而后進行理論計算及相關分析，最后借助Ansys Workbench對鋼絲繩進行力學分析，通過分析結果確保整個裝置運行的安全性，為以后的設計生產提供了理論依據。

關鍵詞：無極繩單軌吊；鋼絲繩；Ansys Workbench；力學分析

0　引言

近年來煤炭行業發展飛速，無極繩單軌吊憑借著其特有的爬坡優勢受到了越來越多的關注。鋼絲繩作為連接的重要組件，一直來也備受關注，本文主要研究無極繩單軌吊鋼絲繩的力學分析及選型。

1　研究目標

在礦井采掘工作的過程中，鋼絲繩應用最廣泛的是煤礦提升設備和井下運輸設備，其質量優劣直接制約煤礦生產效率，對礦井的安全性有很大影響。

本次研究的目標是固定于無極繩單軌吊裝置根座的鋼絲繩。

2　鋼絲繩的力學理論計算

2.1鋼絲繩運行阻力計算

在無極繩單軌吊運輸過程中，把鋼絲繩和整個裝置加在一起計算整體的運行阻力。

鋼絲繩在水平巷道運輸時通常按照如下公式計算：

式中：WL——運行阻力，N；Gzi——裝置總重量，t；Z——牽引車數量；qR——鋼絲繩單位長度的重量，kg/m；L——運輸距離，m；μ——坡度阻力系數；ω——運行阻力系數。

煤礦巷道路程崎嶇，運輸可依據如下公式：

式中：βmax——坡道最大傾角，o。

2.2鋼絲繩張力計算

在無極繩單軌吊運行過程中，鋼絲繩所受到的最大張力點位于6點，為克服運阻力，鋼絲繩與無極繩絞車摩擦輪相遇點6處的最大張力S6與無極繩絞車摩擦輪分離點1處的張力S1有如下關系：

式中：k——張力增加系數，WL——運行阻力

鋼絲繩與摩擦輪之間的傳動方式為摩擦傳動，這里可使用撓性體摩擦傳動公式S6=S1eμα，同時考慮到一定的備用摩擦力，防止運行過

程中出現打滑現象，S6與S1的關系式如（4）所示：

式中： n——摩擦力的備用系數；

α′——鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，o；

μ——鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦系數。

2.3鋼絲繩的受力計算

對單位長度的鋼絲繩進行受力分析，所需公式如式（7）所示這里坡度取20o。

式中Z=1，L=1m，ω取0.02，g=9.8N/Kg，β=20o。

通過公式(2-2)可以求得運行阻力：

3　鋼絲繩的選型

鋼絲繩作為無極繩單軌吊動力系統的組成部分，其安全性是提高效率的保障，對鋼絲繩進行相關計算與合理選型至關重要。

鋼絲繩的選型計算

（1）礦井機器作業時合格的鋼絲繩在被破壞的瞬時實測所受拉力總和比上鋼絲繩的額定最大靜拉力所得結果即為鋼絲繩的安全使用系數（M）：

（2）按現行鋼絲繩產品標注的技術參數(Fmin和Kˊ)分別給出了式（7）安全系數計算的轉換公式：

通過以上公式的計算，本裝置中所選用的鋼絲繩其直徑大約為26 mm。

4　鋼絲繩的力學分析

對于鋼絲繩的力學計算，首先可通過AnsysWorkbench軟件對單位長度的鋼絲繩模型進行網格的劃分、施加約束和載荷以及計算求解，最后可得出鋼絲繩的壓力云圖如圖1所示。

從上面圖中可以看出，鋼絲繩的最大應力446MPa，滿足強度要求。

5　鋼絲繩的選型

鋼絲繩的選型較為復雜，根據上幾個章節的受力分析和計算知，為保證繩體上下受力平衡，選等直徑圓形股較為合適，直徑為26mm為最佳。

6　小結

本文主要是對無極繩單軌吊中的鋼絲繩做了力學計算和仿真分析，通過計算的結果可以確定鋼絲繩的選型完全符合強度要求，為工作生產提供了很好的理論依據。

參考文獻:

[1]孫建芳.鋼絲繩捻制成形數值模擬與制品力學強度分析[D].華中科技大學,2004.

[2]葉麗娜.淺論在用鋼絲繩的維護和報廢[J].海峽科學,2011(09):20+32.

[3]浦漢軍.起重機用不旋轉鋼絲繩理論研究及其壽命估算[D].華南理工大學,2012.

作者簡介：許夏（1989-）,女,安徽淮南人,在讀碩士。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.249