提升钢丝绳张力平衡状态的测定及调整

提升钢丝绳张力平衡状态的测定及调整 measurement & adjustment of steel wire ropess tensive balance state 一、多绳提升铜丝绳张力不平衡的分析 提升钢丝绳张力不平衡，是多绳提升机区别于单绳摩擦式提升机的主要特征。保持多绳提升各钢丝绳间张力一致，是保证提升安全、延长钢丝绳使用寿命的一个重要问题。由于影响钢丝绳张力不平衡的因素较复杂，要求钢丝绳张力 完全一致是不可能的。规程规定各钢丝绳张力与平均张力之差不得超过10，实践证明，当张力差能调整到10以下，可以大大延长钢丝绳的使用寿命。影响钢丝绳张力不平衡的因素主要有以下几点： (1)提升钢丝绳悬挂长度不同，或在运转过程中 产生伸长差；(2)提升钢丝绳几何尺寸和机械性能(包括钢丝抗拉强度、弹性模数等)有差别，在运转中又加大了这一差别； (3)摩擦轮衬垫机械性能不相同； (4)摩擦轮绳槽半径，亦即钢丝绳缠绕半径不相同。 为了减少钢丝绳张力不平衡的因素，有些国家的安全规程规定，多绳提升机必须采用同一几何参数和机械性能的钢丝绳，同时，由同一轧机轧出的同批钢丝在同一机器上编捻的。更换钢丝绳时应同时更换。摩擦衬垫要用相同的材料制成， 外形尺寸一致。对钢丝绳的悬挂长度，在悬挂时应特别注意要调整好。 多绳提升机缠绕半径的不同，对提升机的设计和运转关系很大，是影响钢丝绳张力平衡的主要因素。衬垫半径差对钢丝绳张力差的影响，随提升过程而变化。设衬垫为刚性，第n个绳槽半径较大为R+ R ，其余n1个为R，如图5(c)所示。分析距井底x处或距摩擦轮轴心Hc-x处，钢丝绳的瞬间应力：图5 绳槽直径不同钢丝绳受力状态图 第i绳(I=1，2，n-1)旋转角度为d 时，钢丝绳的位移为dx=R d ，由于第n根绳缠绕半径大，则其位移量增大为 ，当旋转一周后，第n根绳向另一侧输送的钢丝绳多，张力增大，其余第n1根绳张力减小。设第n根绳与其余n1根绳在x处位移力x所产生的张力差为 T， 式6设各钢丝绳的平均张力为TP，并积分式6，整理得： 式中 Tnmax第n根绳最大张力(kg)；TP各钢丝绳平均张力(ks)，Ti第i根(I=1，2，n1)钢丝绳张力，(kg) ；n钢丝绳根数；EP钢丝绳平均弹性模数(kgcm2)；A钢丝绳钢丝断面积(cm2)；R摩擦轮绳槽平均半径(mm)；R摩擦轮绳槽半径差 (mm)；Hc钢丝绳悬挂长度(由装载点至摩擦轴心距离),(m) ；Hs提升高度(m)。由式7可知， 大时，对钢丝绳张力平衡很不利，提升容器提升到井口卸载位置，x=Hs时，Tnmax之值为最大。 式7、8、9是假设绳槽衬垫为刚性，实际上衬垫为弹性，在相同直径差的条件下，钢丝绳张力端远比按公式8，9计算的张力差小。钢丝绳张力大的大绳槽，比压值大，衬垫弹性压缩量大，相应地缩小了绳槽缠绕半径，减小了张力差值。 目前多绳提升的设计和运转过程中应考虑以下因素： (1)尽可能加大Dd之比，不只是考虑减小钢丝绳的附加弯曲应力，同时考虑获得 RR之比值小，并减少了每提升循环的转数。 -(2)加大摩擦轮至井口卸载位置的高度，也就是加大Hc-Hs值，因此落地式提升机有利于各钢丝绳张力的平衡。 (3)摩擦衬垫材质相同、径向、切向弹性相同，且弹性好，绳槽直径一致，车削光滑。 (4)车削衬垫绳槽的装置，要安装准确，保证车削绳槽的精度。(5)提升钢丝绳几何尺寸、机械性质、单重等都要相同，低弹性模数对张力平衡有利。 (6)提升容器连接装置的平衡系统要合适，最好装有张力连续测量系统，或定期对钢丝绳的张力进行测定及调整。 二、钢丝绳张力和摩擦轮衬垫直径的测定 l直接法测量绳槽直径差 在摩擦轮两侧板事先选好的位置拉一直径为05毫米以下的钢丝如图6(a)所示，由钢丝侧旁垂直轴线向钢丝绳上放一个钢板尺，量出由各钢丝绳表面到钢丝的距离h，最大和最小h距离之差即为绳槽衬垫最小和最大半径之差： (式10)图6 直接测量摩擦轮绳槽直径示意图a一钢丝法；1一钢丝；2一钢板尺；3一钢丝绳；4摩擦轮侧板b梓板尺法1 样板尺；2一深度游标尺；3绳槽；4摩擦轮侧板用上述方法测量不提掌握，应为正对钢丝绳出各钢丝绳断面直径不一定全是测量直径(钢丝绳最大直径处)， 钢板尺精度也低， 所以测量误差较大。图6 为利用样板尺1测量法。作一样板尺卡在摩擦轮下部无钢丝绳处的两侧板上，用深度游标卡尺2测量绳槽3深度，其深度差即为绳槽半径差。直接测量法利用的摩擦轮两侧板，有的提升机没有经过精加工，偏差较大，因为基准面偏差大，所以测量结果误差也较大、，测量结果只能作为其他测量方法的参考，不能作为调整钢丝绳张力和车削绳槽的主要依据。 2振波法测量钢丝绳张力 在较深井用振波法测量钢丝绳张力是比较简单易行的方法，其原理为利用冲击力垂直打击钢丝绳就产生两个波，沿钢丝绳在其两固定点来回传播，如F力打击点A如图7所示在摩擦轮与钢丝绳切点附近，则只产生一个波，由薄的传播周期，可以计算出钢丝绳所受的张力。图7 振波法示意图 式中 C振动传播速度 ；g重力加速度 ； T钢丝绳张力(kg)， p 钢丝绳单重(kgm)。设提升容器在井底车场位置为x=0，在x处钢丝绳所受的张力： T=Q+px 式12式中 Q每根钢丝绳所受的终端载荷。 将式12代入11式得： 式13 当A点受力产生振波，在提升容器与摩擦轮之间传播，设t为振波传播周期，沿钢丝绳振波的位移dx=cdt。 式14积分式14整理得 式15式中 Hc钢丝绳悬挂长度 。由式式15可导出 式16 周期t可用秒表测量，因为振波反射回到最初受冲击点时，产生第二个冲击，用手握住钢丝绳很容易就感觉到。为提高测定的准确度，可测量几个波的周期，取其平均值。测出周期后，可由式16求出每根钢丝绳终端所受的实际荷重。 用振波法测定时，提升容器在井底位置，因此测得的钢丝绳张力差，主要是由于钢丝绳悬挂长度不一致而产生的。由式7可知，提升容器在井底位置时，绳槽直径差对钢丝绳张力无影响，由于绳槽直径差而产生的钢丝绳最大张力差是在井口卸载位置，所以振波法不适用于测量因绳槽直径差两产生的张力差。利用振波法测出的张力差，可以利用提升容器连接装置上液压缸进行调整。也可以根据振波周期，对钢丝绳进行调整，一般当各钢丝绳振波周期相差10时，应进行调整。如果液压缸调整范围不够或无液压调绳装置时，可以用减少张力小的钢丝绳长度方法来实现，被校正钢丝缚的长度可按下式计算： 式17式中 被调整钢丝绳的调整长度(m)；Qp每根钢丝绳的终端平均荷重(平均张力) ke)，Q被调整钢丝绳的终端荷重(kg)。 3标记法测量直径差(累计误整法或行程返回法) 设轮中心钱与相应钢丝绳中心线间的平均距离称为绳槽的有效半径， 相应的直径称为有效直径。 图8 标记法测量和调整绳槽直径 如图8a所示，当提升容器1到达A侧所示位置时，进入绳槽的各钢丝绳中最大有效直径的那一条绳的张力最大。此时由于提升容器在最高位置，因绳长较短，尽管绳和绳之间的张力差很大，但弹性伸长的差值却是很小的。在B侧也有同样的弹性伸长差值，不过B侧由于钢丝绳很长，各绳间张力差是不大的。因此在B侧，实际上所有钢丝绳的张力几乎是相同的，而与A侧钢丝绳间产生的张力差的大小无关。 当提升容器1下放时，有效直径最大的绳槽，在前一半提升距离内送往A边的绳量比其他绳槽大。因此当两个提升容器都在井筒中间时如图8b所示，在有效直径最大的绳槽中运行的钢丝绳，弹性伸长最小，张力也减小，而在B侧，这根绳的弹性伸长和张力最大。 当提升容器1从井筒中部向井底下放时， 如图 8c所示，B侧受最大张力的钢丝绳直径逐步变细 ，所以尽管它运行在 有效直径最大的绳槽中，被送往A侧的钢丝绳量也开始比其它绳槽为小。因此，所有钢丝绳的弹性伸长和张力在提升容器1到达井底时，又重新变成实际相等。如果提升容器在井筒中间时，给A侧靠近摩擦轮的各钢丝绳上做上标记，例如，在同一高度上将所有钢丝绳都粘上条胶带，那么，当提升容器1下放到井底时，由于弹性伸长，这些标记就会出现一定偏移。当容器由井筒中间下放时，具有最大有效直径的绳槽向下放侧运送的钢丝绳量最小，所以，在提升容器到达井底时，这根绳上标记间高于其它绳的标记，见图8 。 如果提升容器1再提升升到井筒中部，有效直径最大的绳槽向B侧送出的绳量此其它绳都大。结果这根绳的标记比起其它几根绳的标记向上移动最多。钢丝绳上标记最上的， 其绳槽直径最大最下的其直径小。标记差 H与绳槽直径差成比例关系， 与提升高度Hs、提升容器卸载位置和摩擦轮中心线间钢丝绳长度H0有关。当 H超过一定值时,需要车削绳槽进行调整。 表1给出的 max值可做为车削绳槽的参考，超过 max值应进行车削，车削完后再进行标志法测量，使标记位移量 H接近于 零，见图 8e、f、g 。 车削绳槽时，开始应少进刀并进行试验，找出车削量与标记位移的关系。表1 四种钢丝绳悬垂高度和最短悬挂长度 计算值Hc(m)H0(m)Hmax(mm)备注200 400800120010 15151517 336189最短悬挂长度 H0,不包括提升容器上的连续转置长度 根据上述情况，标记法测量顺序可归纳为： (1)首先用振波法测量因钢丝绳长度不向而造成的张力差，然后利用调绳器调整钢丝绳长度； (2)将提升容器放在井筒中间交锋位置，在无导向轮侧各钢丝绳上靠近摩擦轮位置作好标记，标记在同一水平上； (3)将有标记侧提升容器1下放到井底； (4)再将提升容器1提回到井筒中间位置，测出钢丝绳上最高与最低的高差 H，允许最大高差刀 ； (5)车削绳槽，直到提升容器1由井筒中间下放到井底再返回中间位置时；钢丝绳上标记接近为0为止。 4哪力计法直接测钢丝绳张力 以上叙述的测量方法，都不能直接测出钢丝绳实际张力，由于影响钢丝绳张力平衡的因素较复杂，经间接测定而计算出的张力误差较大，因此，在提升容器连接装置或钢丝绳上装上测力计，可直接测出各钢丝绳的张力，并求出张力差。图9 GHH环形测力计1一开缝环；2、3一销轴(压力轴)；4一记录器架；5一记录器 图9为GHH型环形测力计，装在提升容器楔形连接装置和主拉杆之间，由于钢丝绳张力不同，开缝环1开口大小不同，通过连杆等传动装置，在记录器上记录出张力的大小。 图10 弹簧测力计 图11 简易测力计示意图 1、3一绳卡；2一提升钢丝绳；4一钢球 图10为弹簧测力计，安装位置同环形测力计，它由弹簧盒1、弹簧2、螺母3、4、指针5以及拉杆6等组成，由于钢丝绳张力不同，弹簧压缩量不同，指针5在弹簧盒1的刻度表上指示出不同的张力值。 图11为一简易测力计，它的结构简单，由两个带基准面钢球4的绳卡子组成。在井底位置，提升容器空载时，每根钢丝绳上装两副绳卡子，用内径千分尺或外径千分尺，测量出绳卡子的间距，也就是两绳卡间钢丝绳长度 ，提升容器装载后，钢丝绳产生弹性伸长 ，可由式18求出钢丝绳平均弹性模数： 式18式中 Q提升容器中加载的荷重(kg)；n钢丝绳根数；A钢丝绳钢担断面积总和(mm 2；绳卡子基准面距离(mm)，加载Q重后钢丝绳弹性伸长(mm)。 然后由井底将提升容器提升到井口，如果各钢丝绳张力不同，则绳卡子间钢丝绳伸长量就不一同，从伸长量的差值，可计算出钢丝绳张力差，用简易测力计测量钢丝绳张力前，应先利用振波法和调绳转置，监钢丝绳的长度调整好。