提升鋼絲繩力學性能研究現(xiàn)狀
很多使用者和國內(nèi)外研究人員對提升鋼絲繩力學性能進行了大量的探索，并取得了一定成果。
在國內(nèi)，由于提升鋼絲繩失效事故的頻繁發(fā)生以及國家對提升鋼絲繩安全使用的特別重視，很多學者對提升鋼絲繩力學性能的關(guān)注不斷增加，并取得了一定進展。孔萌2l]
通過金相分析儀研究了內(nèi)部鋼絲的內(nèi)在特性，包括鋼絲材質(zhì)的晶粒大小，珠光體形態(tài)等。對比分析了鋼絲在冷拔前后的金相圖譜，并分析了兩種形態(tài)下組織晶粒度及珠光體的不同之處，進而找出該現(xiàn)象的原因，以及由此引起的對鋼絲繩韌性、機械性能等所產(chǎn)生的影響。通過試驗研究了鋼絲在拉伸、彎曲作用下的破斷形式及其外觀表現(xiàn)，并由此得出其機械性能的差別。王文巖[2]對常用立井主提升鋼絲繩的制作特性及力學性能進行了分析，尤其對各種絲股結(jié)構(gòu)類型提升鋼絲繩在使用過程中的優(yōu)缺點進行了總結(jié)，闡明了在較深主提升系統(tǒng)中大都采用圓股鋼絲繩的原因和依據(jù)，并通過實例加以驗證。倪松遠23]
認為鋼絲繩能否更好的應用和它的自身的性質(zhì)緊密相關(guān)，針對這方面問題，通過大量試驗研究探討了鋼絲的機械性質(zhì)以及鋼絲繩的破斷拉力、彈性模量和抗拉強度與其結(jié)構(gòu)、長度、繩芯、捻制方法、拉力等因素的關(guān)系，得出鋼絲捻制前后機械性質(zhì)的變化。通過對試驗數(shù)據(jù)得出的結(jié)論，對鋼絲繩機械性質(zhì)今后進一步的研究提供一定的參考價值；同時對鋼絲繩的使用選擇和有關(guān)鋼絲繩的設(shè)汁提供參考依據(jù)。袁國忠20分析了礦井提升鋼絲繩機械性能的影響因素，包括斷絲、銹蝕及磨損等；并給出了相應的防治措施，具體有：減少磨損及接觸應力以防止斷絲發(fā)生，減少彎曲應力以避免疲勞損傷，定期涂油以防止鋼絲銹蝕，合理選型以提高壽命。李鐵萍等[2]以纖維芯鋼絲繩為對象，研究其粘彈性力學性能。從理論上推導出鋼絲繩在單向拉伸作用下的拉力與位移關(guān)系，確定鋼絲繩變形的時間相依性；基于應力松弛試驗，建立了鋼絲繩的粘彈性力學模型，試驗結(jié)果表明，所建立的模型能較好地反映鋼絲繩在單向拉伸作用下的應力松弛情況。纖維芯鋼絲繩被廣泛用于立井提升系統(tǒng)中，在考慮提升鋼絲繩的粘彈性性能后，提升機滾筒所受的徑向壓力會隨時間而變化，滾簡的屈曲失效分析應考慮此特性產(chǎn)生的效應。張仿等2]認為提升鋼絲繩受到外力作用時，多數(shù)結(jié)構(gòu)類型的提升鋼絲繩都會以其自身為軸線進行旋轉(zhuǎn)，這是提升鋼絲繩難以克服的力學性能。闡述了現(xiàn)有IS021669：2005所使用的吊鉤提升方式來測定扭轉(zhuǎn)的裝置存在弊端。研發(fā)了運用材料試驗機測試提升鋼絲繩旋轉(zhuǎn)特性的新型檢測裝置，并選取典型結(jié)構(gòu)類型的提升鋼絲繩進行旋轉(zhuǎn)度試驗，提升鋼絲繩的長度為其直徑的100及150倍，試驗結(jié)果表明：長度為直徑1000倍的提升鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)誤差在0~1.7圈內(nèi)，同時也驗證了提升鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)特性及抗旋轉(zhuǎn)提升鋼絲繩的優(yōu)越性。趙曉博2]和王溪溪等[28]根據(jù)以往現(xiàn)場的應用經(jīng)驗，闡明了礦井提升鋼絲繩的選型應遵循以下原則，即提升鋼絲繩結(jié)構(gòu)類型、應用環(huán)境、力學性能、使用場合等，并對以上因素作了一定的分析，從而得出了提升鋼絲繩選型的依據(jù)和方法，通過應用實例驗證了其合理性。孫小東21認為礦用提升鋼絲繩分線接觸和點接觸兩種，兩者的不同之處表現(xiàn)在：線接觸類型破斷力大于點接觸類型鋼絲繩，線接觸類型較點接觸類型鋼絲繩使用壽命高1~1.5倍，線接觸類型較點接觸類型鋼絲繩耐磨性表現(xiàn)好。由此特性區(qū)別得出在對鋼絲繩的檢驗時應重點集中在疲勞、銹蝕及磨損情況的檢驗。趙瑜[3l論述了鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特性、維護及保養(yǎng)過程。通過對鋼絲繩結(jié)構(gòu)特性的分析來明確其在維護保養(yǎng)環(huán)節(jié)的目的，以降低使用中鋼絲繩的強度損耗。
在國外，Rebel，G/3l認為由于提升鋼絲繩內(nèi)部鋼絲為螺旋結(jié)構(gòu)且繩股為三角形狀，所以當處于約束和張力載荷時就會產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)力。當提升鋼絲繩被垂直懸掛時，由于自重將會產(chǎn)生一種初始扭轉(zhuǎn)載荷。隨后建立了提升鋼絲繩扭轉(zhuǎn)實驗平臺，測試結(jié)果可以用來預測拉伸載荷下提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)情況；運用所得到的變化規(guī)律對井深為2500米的礦井系統(tǒng)中提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)力進行了求解，討論了這種沿長度方向變化的扭轉(zhuǎn)載荷對提升鋼絲繩的安全系數(shù)及使用壽命的影響，該礦使用中的提升鋼絲繩存在一定的扭曲變形。Kusnick，Len3]詳細論述了K-2礦井提升鋼絲繩的性能及維護過程，認為盡管大量研究都探討了在立井提升系統(tǒng)中主提升鋼絲繩應遵循的實際維護準則，但嚴格把關(guān)提升鋼絲繩的制作程序以提高或優(yōu)化其內(nèi)在特性同樣至關(guān)重要。Guse，A.J/3]認為常用提升鋼絲繩較小的強度與重量比是其難以適應深井工礦的主要原因。隨著提升系統(tǒng)的井筒加深，運行中的提升鋼絲繩會由此產(chǎn)生較高內(nèi)應力和物理變形，從而導致其使用壽命大幅降低。具有較高強度與重量比的合成提升鋼絲繩能夠承受更大的有效載荷，在同等提升條件下，同規(guī)格合成繩的這種優(yōu)異內(nèi)在特性有助于提高提升系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性，尤其適用于更深的立井提升。Giglio，Marcol3認為提升鋼絲繩的應力和應變狀態(tài)分析是評價機械強度的基礎(chǔ)，提出了不同的解析公式來估計提升鋼絲繩內(nèi)部和外部的應力狀態(tài)，建立了提升系統(tǒng)模型，以研究提升鋼絲繩所受的軸向力和彎曲力矩。將計算理論在現(xiàn)場進行了應用，與實驗數(shù)據(jù)比較得出提升鋼絲繩力學的分析應以其可靠性和使用壽命為基準。Basu，A.K[3]認為影響提升鋼絲繩的載荷能力有很多方面，如抗拉強度、彈性、耐磨性、疲勞值、靜態(tài)和動態(tài)載荷等。另外還有鋼絲的材質(zhì)、工藝、是否存在微觀組織缺陷、存儲方式、維護方式、井筒的濕度和溫度等等。使用者應該根據(jù)實際工況經(jīng)濟地選擇提升鋼絲繩，使其達到最優(yōu)化。Pavel Peterkal3l對提升鋼絲繩進行了試驗測試，并對樣品進行了力學測試和微觀組織研究，研究結(jié)果表明提升鋼絲繩損壞的一個重要原因是繩股中各鋼絲的強度等級不同，制造廠商往往以材料的最大值進行標識其許用強度，這是提升鋼絲繩發(fā)生提前損壞的主要原因。
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