无极绳单轨吊中钢丝绳的分析与选型

许　夏,刘阳阳,陈凯旋,徐华超,李嘉维（安徽理工大学　机械工程学院,安徽　淮南　232001）



无极绳单轨吊中钢丝绳的分析与选型

许夏,刘阳阳,陈凯旋,徐华超,李嘉维
（安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001）

摘 要：本次设计主要对无极绳单轨吊中的钢丝绳做了单独的研究，首先对其进行选型，而后进行理论计算及相关分析，最后借助Ansys Workbench对钢丝绳进行力学分析，通过分析结果确保整个装置运行的安全性，为以后的设计生产提供了理论依据。

关键词：无极绳单轨吊；钢丝绳；Ansys Workbench；力学分析

0　引言

近年来煤炭行业发展飞速，无极绳单轨吊凭借着其特有的爬坡优势受到了越来越多的关注。钢丝绳作为连接的重要组件，一直来也备受关注，本文主要研究无极绳单轨吊钢丝绳的力学分析及选型。

1　研究目标

在矿井采掘工作的过程中，钢丝绳应用最广泛的是煤矿提升设备和井下运输设备，其质量优劣直接制约煤矿生产效率，对矿井的安全性有很大影响。

本次研究的目标是固定于无极绳单轨吊装置根座的钢丝绳。

2　钢丝绳的力学理论计算

2.1钢丝绳运行阻力计算

在无极绳单轨吊运输过程中，把钢丝绳和整个装置加在一起计算整体的运行阻力。

钢丝绳在水平巷道运输时通常按照如下公式计算：

式中：WL——运行阻力，N；Gzi——装置总重量，t；Z——牵引车数量；qR——钢丝绳单位长度的重量，kg/m；L——运输距离，m；μ——坡度阻力系数；ω——运行阻力系数。

煤矿巷道路程崎岖，运输可依据如下公式：

式中：βmax——坡道最大倾角，º。

2.2钢丝绳张力计算

在无极绳单轨吊运行过程中，钢丝绳所受到的最大张力点位于6点，为克服运阻力，钢丝绳与无极绳绞车摩擦轮相遇点6处的最大张力S6与无极绳绞车摩擦轮分离点1处的张力S1有如下关系：

式中：k——张力增加系数，WL——运行阻力

钢丝绳与摩擦轮之间的传动方式为摩擦传动，这里可使用挠性体摩擦传动公式S6=S1eμα，同时考虑到一定的备用摩擦力，防止运行过

程中出现打滑现象，S6与S1的关系式如（4）所示：

式中： n——摩擦力的备用系数；

α´——钢丝绳在摩擦轮上的围包角，º；

μ——钢丝绳与摩擦轮之间的摩擦系数。

2.3钢丝绳的受力计算

对单位长度的钢丝绳进行受力分析，所需公式如式（7）所示这里坡度取20º。

式中Z=1，L=1m，ω取0.02，g=9.8N/Kg，β=20º。

通过公式(2-2)可以求得运行阻力：

3　钢丝绳的选型

钢丝绳作为无极绳单轨吊动力系统的组成部分，其安全性是提高效率的保障，对钢丝绳进行相关计算与合理选型至关重要。

钢丝绳的选型计算

（1）矿井机器作业时合格的钢丝绳在被破坏的瞬时实测所受拉力总和比上钢丝绳的额定最大静拉力所得结果即为钢丝绳的安全使用系数（M）：

（2）按现行钢丝绳产品标注的技术参数(Fmin和Kˊ)分别给出了式（7）安全系数计算的转换公式：

通过以上公式的计算，本装置中所选用的钢丝绳其直径大约为26 mm。

4　钢丝绳的力学分析

对于钢丝绳的力学计算，首先可通过AnsysWorkbench软件对单位长度的钢丝绳模型进行网格的划分、施加约束和载荷以及计算求解，最后可得出钢丝绳的压力云图如图1所示。

从上面图中可以看出，钢丝绳的最大应力446MPa，满足强度要求。

5　钢丝绳的选型

钢丝绳的选型较为复杂，根据上几个章节的受力分析和计算知，为保证绳体上下受力平衡，选等直径圆形股较为合适，直径为26mm为最佳。

6　小结

本文主要是对无极绳单轨吊中的钢丝绳做了力学计算和仿真分析，通过计算的结果可以确定钢丝绳的选型完全符合强度要求，为工作生产提供了很好的理论依据。

参考文献:

[1]孙建芳.钢丝绳捻制成形数值模拟与制品力学强度分析[D].华中科技大学,2004.

[2]叶丽娜.浅论在用钢丝绳的维护和报废[J].海峡科学,2011(09):20+32.

[3]浦汉军.起重机用不旋转钢丝绳理论研究及其寿命估算[D].华南理工大学,2012.

作者简介：许夏（1989-）,女,安徽淮南人,在读硕士。

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