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礦用提升機(jī)鋼絲繩銹蝕對其力學(xué)性能的影響及改

發(fā)布時間：2021-10-27 16:44　文章來源：未知　文章作者：admin　點(diǎn)擊數(shù)：

引言 隨著煤炭資源需求量的不斷增加，淺表礦井資源采掘產(chǎn)量逐年增加，儲量日趨枯竭，極大地推動了深井煤炭資源的開采事業(yè)。礦井提升機(jī)作為深井煤炭掘進(jìn)的重要運(yùn)輸設(shè)備，其對工


引言
隨著煤炭資源需求量的不斷增加，淺表礦井資源采掘產(chǎn)量逐年增加，儲量日趨枯竭，極大地推動了深井煤炭資源的開采事業(yè)。礦井提升機(jī)作為深井煤炭掘進(jìn)的重要運(yùn)輸設(shè)備，其對工作的可靠性要求較高，尤其是提升機(jī)鋼絲繩的工作載荷極為復(fù)雜、環(huán)境條件極差，出現(xiàn)事故的概率較高，故而對其力學(xué)性能要求較高。
目前提升機(jī)鋼絲繩力學(xué)性能研究聚焦于新生產(chǎn)的鋼絲繩，對于使用過程中銹蝕對力學(xué)性能的影響研究較少，尤其是因潤滑不當(dāng)產(chǎn)生的銹蝕，對于提升機(jī)鋼絲繩力學(xué)性能的影響較大，也是極度危險的因素，必須引起高度重視。因此針對某煤礦提升機(jī)鋼絲繩運(yùn)行過程中存在明顯銹蝕的問題，開展銹蝕原因分析及其對鋼絲繩力學(xué)性能的影響研究工作具有重要意義。

1存在的問題
某煤炭企業(yè)提升機(jī)服役近3年多，在運(yùn)行維護(hù)過程中其鋼絲繩表面存在較為嚴(yán)重的銹蝕情況，導(dǎo)致鋼絲繩的安全性和穩(wěn)定性急劇下降。查閱相關(guān)技術(shù)資料顯示，提升機(jī)懸掛的是AB級鍍鋅鋼絲繩，截面結(jié)構(gòu)為6Vx37，銹蝕狀態(tài)表現(xiàn)為麻芯外露，能夠明顯看出鋼絲繩的直徑變小了。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第406條的規(guī)定內(nèi)容：“以鋼絲繩標(biāo)稱直徑為準(zhǔn)計(jì)算的直徑減小量達(dá)到一定數(shù)值時必須更換，其中對于提升機(jī)鋼絲繩的界限要求為10%”回。為了確定提升機(jī)鋼絲繩是否需要更換，需查找銹蝕的原因，有必要開展提升機(jī)鋼絲繩銹蝕問題分析工作。

2試驗(yàn)檢測
2.1鋼絲取樣處理
為了分析提升機(jī)鋼絲繩表面出現(xiàn)銹蝕的原因及其對鋼絲繩力學(xué)性能的影響，截取生銹鋼絲繩樣品進(jìn)行試驗(yàn)，如圖1所示。圖1-1為現(xiàn)場實(shí)際提升機(jī)鋼絲繩銹蝕狀態(tài)照片，可以看出表面基本全部被銹蝕，存在明顯的麻芯外露情況；圖1-2為拆開清洗后繩股的照片，選取銹蝕部位鋼絲繩進(jìn)行除銹，得到除去鐵銹之后的鋼絲繩，明顯看出此股鋼絲繩的粗度明顯減?。粓D1-3為繩股中鋼絲的照片，可以看出6根鋼絲繩中的4根已經(jīng)出現(xiàn)了斷絲，斷絲部位存在明顯的擠壓變形情況。
1-1現(xiàn)場提升1-2拆開清洗1-3繩股中鋼機(jī)鋼絲繩照片后繩股的照片絲的照片圖1失效后提升機(jī)鋼絲繩照片
2.2鋼絲直徑檢測
為了定量表征鋼絲繩銹蝕程度，用汽油對即將脫落的鍍鋅層和鐵銹鋼絲繩進(jìn)行清洗，得到表面存在較多不規(guī)則鐵銹坑的鋼絲，運(yùn)用游標(biāo)卡尺對其直徑進(jìn)行檢測，結(jié)果如下頁表1所示。由下頁表1所示的數(shù)據(jù)可以看出，嚴(yán)重銹蝕位置的鋼絲繩股內(nèi)的鋼絲直徑均存在較大的縮減，并且不同位置的縮減情況存在一定的差異。鋼絲繩內(nèi)部的鋼絲由內(nèi)至外縮減程度表現(xiàn)出了明顯的增大趨勢，最內(nèi)層的鋼絲縮減的直徑尺寸為0.2mm，約占原始直徑的14.8%，相應(yīng)的鋼絲繩截面積縮小了近27.4%；而最外層的鋼絲縮減最為嚴(yán)重，縮減直徑尺寸為0.67mm，約占原始直徑的29.1%，相應(yīng)的鋼絲繩截面積縮小近49.8%。
2.3力學(xué)性能檢測
為了驗(yàn)證鋼絲繩銹蝕之后對其力學(xué)性能的影響程度，對取樣之后的鋼絲進(jìn)行了最大拉伸應(yīng)力檢測。查閱鋼絲繩所用鋼絲材料的抗拉強(qiáng)度，其數(shù)值約為1750MPa，之后分別檢測鋼絲繩的股芯絲、補(bǔ)棱鋼絲、中間層鋼絲、外層鋼絲.檢測結(jié)果如圖2所示。由圖2鋼絲繩不同部位鋼絲的最大拉伸應(yīng)力數(shù)值可以看出，相較于銹蝕之前的鋼絲，各個位置的鋼絲抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)了明顯的降低，主要原因是銹蝕導(dǎo)致了各位置鋼絲直徑出現(xiàn)了縮減。同時可以看出，鋼絲繩由內(nèi)至外的鋼絲抗拉強(qiáng)度降低程度逐漸增大，股芯絲的抗拉強(qiáng)度降低了近29.4%，而外層鋼絲的抗拉強(qiáng)度降低了近42.4%。通過計(jì)算可得，銹蝕之后的鋼絲繩承載能力約為388kN，提升機(jī)鋼絲繩中最大繩段的靜載荷為320kN，靜載安全系數(shù)為1.2。眾所周知，提升機(jī)鋼絲繩工作過程中載荷存在波動頻繁的情況，銹蝕之后的鋼絲繩如果繼續(xù)工作存在過載斷裂的可能，會給媒礦工作人員及相關(guān)設(shè)備帶來極大的安全隱患。
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圖2鋼絲繩力學(xué)性能檢測結(jié)果

3原因分析
因提升機(jī)鋼絲繩工作環(huán)境及載荷較為惡劣，對安全性能要求較高，為了避免提升機(jī)鋼絲繩在使用過程中出現(xiàn)事故，需要對其銹蝕產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。查閱相關(guān)技術(shù)資料可得，提升機(jī)鋼絲繩材料屬性及其性能均滿足相關(guān)要求，并不存在生產(chǎn)制造缺陷，因此，排除了新設(shè)備鋼絲繩存在質(zhì)量缺陷的可能。根據(jù)現(xiàn)場使用人員反饋，結(jié)合鋼絲繩試驗(yàn)檢測結(jié)果數(shù)據(jù)可以確定，提升機(jī)鋼絲繩嚴(yán)重銹蝕的原因是未對使用的提升機(jī)鋼絲繩進(jìn)行定期潤滑及防銹處理，使得提升機(jī)鋼絲繩內(nèi)部麻芯干枯、鋼絲銹蝕嚴(yán)重。

4改進(jìn)措施
4.1定期潤滑的作用
提升機(jī)鋼絲繩定期潤滑能夠很好地保護(hù)鋼絲繩主體，延長鋼絲繩的使用壽命，保證其工作的可靠性。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
1）減緩磨損。因提升機(jī)鋼絲繩運(yùn)行時工作載荷復(fù)雜多變，同時承受著拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷，其內(nèi)部鋼絲表面之間必然存在相對摩擦滑動，如果潤滑條件和時間間隔合適，能夠保證各個鋼絲表面之間始終存在潤滑油膜。潤滑油膜可降低內(nèi)部鋼絲之間及鋼絲與滑輪等位置的磨損，使內(nèi)部絲股受力均勻，提高鋼絲繩的使用壽命。
2）防止鋼絲繩腐蝕。雖然鋼絲繩內(nèi)部鋼絲表面存在鍍鋅層，能起到很好的防腐作用，但也要對這一點(diǎn)引起足夠的重視。
4.2具體措施
通過分析提升機(jī)鋼絲繩銹蝕對于內(nèi)部鋼絲直徑尺寸和抗拉強(qiáng)度的影響得出，銹蝕減低了鋼絲繩內(nèi)部所有鋼絲的直徑，同時大大降低了鋼絲的抗拉強(qiáng)度。產(chǎn)生上述問題的原因是未能對鋼絲繩進(jìn)行及時潤滑，導(dǎo)致鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生磨損及快速氧化，嚴(yán)重地影響了提升機(jī)鋼絲繩的使用安全性?；谏鲜鲣P蝕結(jié)果及原因，提出了定期涂油的改進(jìn)策略，要求提升機(jī)連續(xù)運(yùn)行15d左右進(jìn)行一次潤滑油涂刷，保證鋼絲表面不會出現(xiàn)干摩擦情況。為了更好地做到鋼絲繩的潤滑，要求運(yùn)行維護(hù)人員根據(jù)提升機(jī)鋼絲繩的實(shí)際狀態(tài)給予及時的維護(hù)，從而使提升機(jī)鋼絲繩長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，延長其使用壽命。將該改進(jìn)策略進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了很好的防銹效果，預(yù)計(jì)使用壽命能夠延長近10%。

5結(jié)論
經(jīng)過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重銹蝕位置的鋼絲繩股內(nèi)的鋼絲直徑均存在較大的縮減，并且鋼絲繩內(nèi)部鋼絲由內(nèi)至外縮減程度表現(xiàn)出了明顯增大的趨勢，其中最內(nèi)層的鋼絲直徑縮減比例為14.8%，相應(yīng)截面積縮減27.4%；最外層鋼絲直徑縮減比例為29.1%，相應(yīng)截面積縮減49.8%。相較于銹蝕之前的鋼絲繩，各個位置的鋼絲抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)了明顯的降低，且由內(nèi)至外的鋼絲抗拉強(qiáng)度降低程度逐漸增大。究其原因，主要是未對使用的提升機(jī)鋼絲繩進(jìn)行定期潤滑及防銹處理?；诖?，提出了對提升機(jī)鋼絲繩定期涂油的改進(jìn)策略，并且需要及時維護(hù)，以便更好地使提升機(jī)鋼絲繩處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，延長其使用壽命，提升安全經(jīng)濟(jì)效益。