架空人車鋼絲繩的選型及優(yōu)化

井下架空人車是解決上下山以及遠(yuǎn)距離輸送人員的較好運(yùn)輸工具，具有載人量大、速度快、投資少、安全可靠、大大減少礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率等優(yōu)點(diǎn)，因而被礦山廣泛采用。

鐵法能源公司大明煤礦-410水平現(xiàn)有一部斜長(zhǎng)為870m的架空人車。架空人車自投運(yùn)以來(lái)設(shè)備運(yùn)行良好，極大程度地減輕了井下職工的工作勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，架空人車鋼絲繩的使用壽命較短一直是困擾我們的技術(shù)難題，最長(zhǎng)的一條鋼絲繩的使用壽命為1年，最短的僅為5個(gè)月。其原因是因疲勞引起的斷絲超限（《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：一捻距內(nèi)斷絲達(dá)到總絲數(shù)的25%時(shí)必須更換。我礦架空人車原鋼絲繩規(guī)格為：6×W36-φ26.5，即一捻距內(nèi)斷絲數(shù)達(dá)到28絲時(shí)必須更換）。一條鋼絲繩的價(jià)值為60000余元，需要至少50名職工努力工作1個(gè)班才能完成。頻繁更換鋼絲繩不僅影響井下職工正常乘坐人車，而且要投入大量不必要的人力、物力。

為了解決這一難題，我們重新對(duì)人車設(shè)備及運(yùn)行狀況進(jìn)行了全面研究和分析，對(duì)架空人車鋼絲繩進(jìn)行了重新選型。

1 選擇鋼絲繩的因素

（1）鋼絲繩破斷拉力。在鋼絲繩直徑和抗拉強(qiáng)度一定的條件下，應(yīng)選擇金屬密度系數(shù)（即鋼絲截面積與繩載面積之比）大的鋼絲繩。一般情況下鋼絲繩的密度系數(shù)的大小順序?yàn)槊娼佑|繩大于線接觸繩，線接觸繩大于點(diǎn)接觸繩。

（2）耐疲勞性。一般情況下，面接觸繩比線接觸繩好，線接觸繩比點(diǎn)接觸繩好；預(yù)張拉繩比非預(yù)張拉繩好；相同結(jié)構(gòu)時(shí)同向捻比交互捻好；纖維繩芯繩比金屬芯繩好。

（3）耐磨性。鋼絲繩的表面鋼絲與滑輪或卷筒接觸面越大，接觸應(yīng)力越小，耐磨性能就越好，因此，耐磨性優(yōu)劣的順序?yàn)槊芊饫K、異型股繩、多股繩、圓股繩。對(duì)于耐外部磨損，外層鋼絲直徑較粗的有利；對(duì)于耐內(nèi)部磨損，線接觸、面接觸比點(diǎn)接觸優(yōu)越。

（4）耐劑壓性。主要表現(xiàn)在受到橫向劑壓時(shí)鋼絲繩抵抗結(jié)構(gòu)變形的能力。一般金屬繩芯優(yōu)于纖維繩芯，股絲少的優(yōu)于股絲多的，線接觸優(yōu)于點(diǎn)接觸，面接觸優(yōu)于線接觸，相同結(jié)構(gòu)交互捻優(yōu)于同向捻。

（5）柔軟性。繩徑相同時(shí)鋼絲根數(shù)越多，撓性系數(shù)（鋼絲繩直徑與繩中最粗鋼絲直徑之比）越大，柔軟性越好。

（6）耐蝕性。鋼絲繩大多在大氣環(huán)境甚至酸或堿腐蝕性介質(zhì)中使用，實(shí)踐證明選擇鍍鋅，鋅鋁合金，油封防銹，減少繩芯含水率，涂覆尼龍，塑料等防腐措施，將會(huì)成倍地提高鋼絲繩使用壽命。

（7）結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)和彈性模量。在定長(zhǎng)使用或繩子調(diào)整比較麻煩或困難的場(chǎng)合，應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)小、彈性模量較大的鋼絲繩。正常情況下金屬繩芯鋼絲繩結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)約為0.1%-0.2%，纖維繩芯鋼絲繩為0.5%-0.6%，采用預(yù)張拉加工的鋼絲繩結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)可減少0.1%-0.3%，同時(shí)可提高彈性模量。

根據(jù)上述規(guī)定并查閱相關(guān)資料可以得出，斜井對(duì)鋼絲繩銹蝕較輕、磨損嚴(yán)重的地點(diǎn)，鋼絲繩多應(yīng)用6×19S和6×7股繩纖維芯結(jié)構(gòu)。架空人車道全長(zhǎng)870余米，托繩輪每9米一個(gè)，這就造成鋼絲繩在托繩輪上的磨損現(xiàn)象比較普遍且不易克服，若選鋼絲繩的鋼絲較細(xì)，則不耐磨損，會(huì)縮短鋼絲繩的使用壽命。為此，我們選用捻制方式是西魯式鋼絲繩

此種鋼絲繩結(jié)構(gòu)為：內(nèi)股細(xì)絲填充，外面粗絲包圍，大家所說(shuō)的粗包細(xì)。這種繩子耐疲勞性相比點(diǎn)接觸鋼絲繩要好。橫截面積大，因此破斷力就大。還有外面粗絲，經(jīng)過托繩輪時(shí)具有更強(qiáng)的耐磨性且內(nèi)層鋼絲直徑相同不被擠出壓斷。所以在繩子的耐用度及耐磨性上，西魯式鋼絲繩規(guī)格比組合式的要好。

2 兩種型號(hào)鋼絲繩的比較

通過對(duì)鋼絲繩的受力分析，依據(jù)分析結(jié)果并在滿足安全要求的基礎(chǔ)上重新對(duì)鋼絲繩進(jìn)行了選型：6×19S+NF-26，與原繩的區(qū)別在于鋼絲繩的捻制方式不同，通過鋼絲繩在檢測(cè)檢驗(yàn)中心的試驗(yàn)報(bào)告對(duì)新舊鋼絲繩各項(xiàng)性能指標(biāo)比較如下表：

表1 新舊鋼絲繩技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)照表

從上表中我們可以直觀地看出：西魯式捻制鋼絲繩比組合式捻制鋼絲繩的強(qiáng)度拉力和彎曲值都大，于是我們將架空人車的鋼絲繩更換為西魯式捻制鋼絲繩。

在更換的同時(shí)，我們將鋼絲繩的插接長(zhǎng)度也進(jìn)行了調(diào)整，《煤礦安全規(guī)程》第四百零九條第（二）項(xiàng)規(guī)定：在傾斜井巷中使用的鋼絲繩，其插接長(zhǎng)度不得小于鋼絲繩直徑的1000倍。我們將插接長(zhǎng)度由原來(lái)的26米加長(zhǎng)到50米。這樣有效的避免了鋼絲繩接頭抽出現(xiàn)象。使用至今己近3年且尚未出現(xiàn)斷絲，既為我礦節(jié)省了更換鋼絲繩時(shí)大量人力和物力的投入，也節(jié)約了鋼絲繩材料費(fèi)又減少了在更換鋼絲繩期間下井職工不得不爬山行走的勞頓之苦。