煤矿立井提升系统中圆股钢丝绳与三角股钢丝绳研究

摘要：煤矿立井提升系统是煤炭生产中至关重要的环节，而钢丝绳作为提升系统的核心部件之一，其安全性能和可靠性具有重要作用。目前，圆股钢丝绳和三角股钢丝绳是两种常见的钢丝绳类型，在机械性能、使用寿命和安全性能等方面存在差异。本文通过对两种钢丝绳进行分析和比较，结合三角股钢丝绳提升系统在煤矿实际情况下的应用，探讨差异及其对提升系统的影响。研究结果表明，三角股钢丝绳在最小断丝数、检测精度范围和超载安全系数等方面更具优势，可以保障提升系统的安全性和可靠性。

关键词：煤矿立井提升系统；圆股钢丝绳；三角股钢丝绳

DOI：10.12433/zgkjtz.20240740

煤矿立井提升系统是煤炭生产中的关键环节，作用是将煤炭从井下输送到地面，为煤炭生产提供保障。而提升系统的核心部件之一是钢丝绳，是连接提升机和提升筒的关键部件。目前，圆股钢丝绳和三角股钢丝绳是常用的两种钢丝绳类型。它们在机械性能、使用寿命和安全性能等方面存在差异。因此，研究圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的差异，有助于选择更合适的钢丝绳类型，提高提升系统的安全性和可靠性。

一、圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的结构特点

（一）三角股

三角股钢丝绳的结构设计原理主要包括：

第一，钢丝直径。三角股钢丝绳的钢丝直径通常比圆股钢丝绳要大，三角股钢丝绳具有更高的承载能力和耐磨损性能。

第二，钢丝排列。三角股钢丝绳的钢丝排列为三角形，钢丝绳在承受拉力时能更好地分散载荷，减少钢丝之间的摩擦和磨损。

第三，润滑和防锈。三角股钢丝绳通常采用特殊的润滑和防锈材料，以减少钢丝之间的摩擦和腐蚀，延长钢丝绳的使用寿命。

三角股钢丝绳的钢丝是由圆股钢丝绳经过特殊加工，股内钢丝呈面接触，这类钢丝绳具有以下结构特点：

第一，结构紧密，表面光滑，和绳槽接触面积较大，耐磨损抗挤压性能好。

第二，钢丝绳的有效金属横截面积较大，破断拉力更高。

第三，具有较高的承载能力和耐磨损性能，适用于高负载、高冲击的场合。

第四，麻芯容积小，储油能力弱，前期容易出油，后期容易缺油。

（二）圆股

1.规格和捻向

圆股钢丝绳绳股内各层钢丝等捻距编捻，而内层钢丝绳和外层钢丝绳捻距相等，从而使层间的钢丝绳互相平行，而呈线接触，典型的瓦林吞型及西鲁型均为线接触钢丝绳。

圆股钢丝绳的规格和捻向有不同的分类和特点。

在规格方面，我国把圆股钢丝绳分为140kg/mm2、155kg/mm2、170kg/mm2、185kg/mm2、200kg/mm2，

而日本把圆股钢丝绳分为135kg/mm2、150kg/mm2、165kg/mm2、180kg/mm2，德国把圆股钢绳划分140kg/mm2、160kg/mm2、180kg/mm2和200kg/mm2。

在捻向方面，钢丝绳的捻向是指绞线和钢丝缠绕的方向。右捻时，绞线向右即顺时针捻转；左捻时，绞线向左即逆时针捻转。按照正规的捻法，钢丝的捻向和绞线的捻向相反，而外层的钢丝看起来和钢丝绳轴心平行。顺捻（即兰格捻）钢丝绳时，钢丝和绞线捻向相同，都与钢丝绳中心线呈对角线。正规捻法的钢丝绳较牢固，不容易扭结、散股或折断。

2.结构特点

第一，柔韧性好，避免了应力集中，减少了钢丝间的摩擦阻力。

第二，抗弯曲、抗疲劳的性能显著提高，在弯曲半径较小的滚筒上工作或受较大的挤压载荷时更有利。

第三，自身单重较同直径三角股钢丝绳低7%～

10%，在抗拉强度及破断力满足系统的情况下对于深井系统整个设备的负担有所降低，提升产能相对增加。

在选择钢丝绳时，需要综合考虑使用场合、负载要求、安全标准等因素，以确定适合的D/d比。同時，考虑钢丝绳的直径、结构、材料、制造工艺等，以确保钢丝绳的性能和安全可靠性。

二、圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的特性比较

（一）试验设备与方法

1.试验设备

第一，试验钢丝绳。选用同批次、同规格的圆股钢丝绳和三角股钢丝绳各一根，确保两种钢丝绳的初始状态一致。

第二，试验机。选用专业钢丝绳试验机，模拟实际工况，对钢丝绳进行循环加载和摩擦磨损试验。

第三，数据采集设备。选用高精度测力计和计数器，实时记录钢丝绳的承载能力和磨损情况。

2.试验方法

第一，将两种钢丝绳分别固定在试验机的两端，调整试验机使钢丝绳受到循环加载。

第二，设定循环次数、加载重量等参数，模拟实际工况进行试验。

第三，在试验过程中，实时记录两种钢丝绳的承载能力、磨损情况以及循环次数。

第四，根据试验数据，分析两种钢丝绳的使用寿命及其影响因素。

（二）圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的机械性能比较

1.试验目的

钢丝绳的机械性能是钢丝绳选择的关键指标之一。在圆股钢丝绳和三角股钢丝绳中，圆股钢丝绳具有较高的扭转刚度和扭转角度，容易在使用过程中发生断丝、绕线等问题，缩短钢丝绳的使用寿命。而三角股钢丝绳采用无扭转设计，具有更高的抗扭转性能和更长的使用寿命。

2.试验数据及分析

为了比较圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的机械性能差异，对两种钢丝绳进行了拉伸试验和扭转试验，并比较了强度、扭转角度和扭转刚度等参数。试验结果如表1所示。

3.结论

从试验结果可以看出，圆股钢丝绳和三角股钢丝绳在最大拉伸强度方面存在差异，三角股钢丝绳具有更高的拉伸强度，表明抗拉性能更好。在扭转角度和扭转刚度方面，圆股钢丝绳比三角股钢丝绳更具有扭转性能，但也会出现绕线和断丝等问题。而三角股钢丝绳采用了无扭转设计，可以避免这些问题的发生，并延长使用寿命。

（三）圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的使用寿命比较

1.试验目的

钢丝绳的使用寿命是衡量钢丝绳质量的重要指标之一，它不仅受到钢丝绳材料的质量和结构设计的影响，还受到煤矿立井提升系统运行环境和使用条件的影响。在煤矿立井提升系统中，钢丝绳需要承受大量的载荷和频繁的弯曲、扭转等变形，容易导致疲劳断裂和寿命缩短。

2.试验数据及分析

圆股钢丝绳和三角股钢丝绳在使用寿命试验中的部分数据记录如表2所示。

3.结论

第一，在相同试验条件下，三角股钢丝绳的使用寿命略高于圆股钢丝绳。这主要是因为三角股钢丝绳具有较高的抗弯曲、抗疲劳性能，以及较低的自身重量。

第二，圆股钢丝绳和三角股钢丝绳在使用过程中都存在一定磨损。其中，圆股钢丝绳的磨损主要发生在与接触表面摩擦较大的部分，而三角股钢丝绳的磨损主要发生在内部钢丝之间。

第三，随着试验时间的延长，两种钢丝绳的磨损情况逐渐加重。但在相同加载重量和循环次数下，三角股钢丝绳的磨损程度相对较轻。这表明三角股钢丝绳在承受较大载荷时仍能保持较好的耐磨损性能。

（四）圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的安全性能比较

1.试验目的

安全性能是钢丝绳的基本要求，也是评价钢丝绳性能的重要指标之一。本研究通过对圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的安全性能进行分析和比较，得出了二者的安全性能差异。

2.试验数据及分析

3.结论

第一，在相同试验条件下，三角股钢丝绳的最小断丝数明显低于圆股钢丝绳。这表明三角股钢丝绳在承受拉力时的性能更为稳定，抗疲劳性能更优。

第二，随着试验时间的延长，两种钢丝绳的断丝数均逐渐增加。但三角股钢丝绳的断丝数增长速度明显低于圆股钢丝绳，说明具有更长的使用寿命。

第三，根据实际应用需求，对于需要较高抗疲劳性能和较长使用寿命的应用场景，例如，矿井提升、港口装卸等，应优先考虑使用三角股钢丝绳。

（五）总结

综上所述，圆股钢丝绳和三角股钢丝绳在机械性能、使用寿命和安全性能方面都有各自的优势和劣势。在煤矿立井提升系统中的具体选择中，需要根据实际工作条件、提升系统的设计要求和操作需求等多方面因素进行综合考虑。

三、三角股钢丝绳提升系统煤矿实际情况

根据煤矿立井提升系统的实际情况，可以总结三角股钢丝绳的以下优点：

第一，抗扭转性能强。三角股钢丝绳的构造可以有效减少钢丝绳在工作中的扭转，提高系统的稳定性和安全性。

第二，承载能力强。三角股钢丝绳由多股钢丝绞合而成，每股钢丝的扭转方向不同，能最大程度上发挥钢丝的承载能力。

第三，耐磨性好。三角股钢丝绳采用表面防护处理，可以在恶劣的工作环境下减少磨损，从而延长钢丝绳的使用寿命。

第四，重量轻。相同直径的三角股钢丝绳重量要轻于圆股钢丝绳，可以降低设备的自重和能耗。

根据煤矿立井提升系统的实際情况，建议在以下情况下选择圆股钢丝绳：第一，需要进行大量的扭转操作，例如，电缆卷扬、绞车卷扬等。第二，需要使用大直径的钢丝绳。

在以下情况下选择三角股钢丝绳：第一，需要进行大量的拉伸操作，如提升系统的重载操作。第二，需要提高钢丝绳的使用寿命，降低维护成本和风险。

综上所述，结合实际情况，合理选择钢丝绳类型，能最大程度上提高煤矿立井提升系统的安全性和可靠性，同时降低维护成本和风险。

四、结语

本文通过对圆股钢丝绳和三角股钢丝绳的机械性能、使用寿命等方面进行比较研究，得出以下结论：

第一，圆股钢丝绳具有较好的扭转性能，但容易发生绕线和断丝等问题，使用寿命相对较短。

第二，三角股钢丝绳采用无扭转设计，具有更高的抗扭转性能和更长的使用寿命。

第三，在煤矿立井提升系统中，应根据实际情况选择合适的钢丝绳类型，以确保系统的安全运行。

本研究的结论对于煤矿立井提升系统的钢丝绳选择和安全性提升具有重要的参考价值，为钢丝绳的优化提供了一定的理论依据和实践经验。

参考文献：

[1]王昭，石青，王鹏，等.矿井提升钢丝绳结构选型与应用[J].机电新产品开发与创新，2017，30（04）：47-48+76.

[2]GB 8918-2006 重要用途钢丝绳[S].国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会，2006.

作者简介：寇磊（1990），男，山西省大同市人，工程师，本科，主要研究方向为煤矿立井提升系统设计应用。