Обоснование метода повышения долговечности шахтных канатов с учётом контактного взаимодействия проволок

• Автор: Талтыкин, Виктор Сергеевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение
Глава I. Обзор конструкций канатов горных подъёмных машин. Развитие теории стального каната
1.1 Шахтные подъёмные машины
1.2 Стальные канаты и их применение на подъёмных машинах
1.3 Анализ работ по исследованию, эксплуатации и производству
стальных канатов
1.3.1 Исследования стального каната
1.3.2 Исследование эксплуатационных факторов, влияющих на работу каната
1.3.3 Развитие теории стального каната
1.3.4 Технология производства стальных канатов
1.3.5 Исследование фреттинга в стальных канатах
1.4 Анализ проблемы быстрого разрушения канатов
Выводы по главе I, цели и задачи исследования
Глава II. Математическая модель стального круглопрядного каната
2.1 Описание структуры каната
2.1.1 Структурные элементы
2.1.2 Структурные параметры
2.2 Математическое моделирование
2.2.1 Основные взаимосвязи
2.2.2 Система координат
2.2.3 Векторные уравнения одинарной и двойной спирали
2.2.4 Пример модели стального каната
2.3 Применение математической модели
2.3.1 Определение положения проволок
2.3.2 Вычисление геометрических свойств
2.3.3 Анализ деформаций
Выводы по Главе II
Глава III. Анализ напряжений в канате
3.1 Взаимодействие проволок в канате
3.1.1 Контактные напряжения между центральной и наружными проволоками
3.2.2 Контакт наружных проволок друг с другом
3.3 Трение в пряди с приложенной осевой нагрузкой
3.3.1 Трение при изгибе пряди и осевом нагружении
3.3.2 Трение в канате
3.4 Уточнение решения задачи контактного взаимодействия двух
цилиндров применительно к проволокам каната
3.4.1 Определение нормальных контактных напряжений
3.4.2 Определение касательных контактных напряжений

3.4.3 Определение условия проскальзывания проволок
3.5 Явление фреттинга при контактном взаимодействии проволок
каната
3.6 Антифреттинговые присадки
Выводы по Главе III
Глава IV. Определение фреттинг-усталостной прочности внутренних проволок каната
4.1 Объект исследования и исходные данные
4.2 Описание экспериментальной установки
4.2.1 Экспериментальная установка
4.2.2 Растровая электронная микроскопия
4.3 Методика проведения эксперимента
4.4 Результаты эксперимента
4.5 Профиль пятна разрушения
4.6 Анализ результатов эксперимента
Выводы по Главе IV
Глава V. Оценка долговечности каната
5.1 Основные используемые показатели надёжности
5.2. Описание методики определения долговечности каната
5.3. Определение вероятности обрыва проволок каната
Выводы по Главе V
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Канаты находят широкое применение на горных предприятиях: на подъёмных устройствах, экскаваторах, конвейерах, для канатной резки и др. Особенно жёсткие требования предъявляются к канатам шахтных подъёмных установок, так, на грузолюдском подъёме применяются канаты с девятикратным и более запасом прочности. Это объясняется тем, что подъемные установки являются важным оборудованием рудника или шахты, от надежности работы которых зависит безопасность персонала предприятия, а также технико-экономические показатели всего предприятия.
В настоящее время для обеспечения безотказности работы каната применяют следующие способы, основанные на принципе избыточности: увеличение запаса прочности и уменьшение назначенного ресурса каната. Помимо этого, состояние каната постоянно должно контролироваться, в том числе и с помощью средств магнитной дефектоскопии.
Практика свидетельствует, что даже при этом безопасная эксплуатация подъемных установок не может быть гарантирована. Кроме того, указанные методы требуют значительных материальных и трудозатрат. Так, средний срок службы подъёмного каната скиповой машины обычно составляет 2 года. При этом канат является неремонтируемым, металлоёмким и дорогостоящим изделием. Стоимость замены одного каната может составлять 1-2 млн. руб. Учитывая количество используемых канатов, среднее предприятие тратит 5-10 млн. руб. ежегодно на замену канатов.
Особое значение для обеспечения безотказности работы канатов имеет прогнозирование долговечности и улучшение обслуживания каната. При этом следует отметить, что в настоящее время прогнозирование долговечности канатов в большинстве случаев осуществляется на основании эмпирического опыта. Наибольшие сложности возникают при прогнозировании и предотвращении внутренних дефектов каната, в частности, обрывов проволок.
Понимание внутренних деградационных процессов, происходящих в канате, позволит определить и научно обосновать влияние различных
прядей, называется крестовой свивкой. Когда проволоки уложены в том же
направлении, конструкция называется параллельной свивкой. Если пряди
сплетены так, что напоминают правостороннюю резьбу, то такая свивка
называется правосторонней. И наоборот, свивка аналогичная левосторонней
резьбе называется левосторонней. Различные конструкции каната
представлены на Рис. 2.2. Большинство производимых в мире канатов
являются преформированными,
т.е. при производстве этих канатов
проволокам придаётся форма спирали,
которую они займут в канате.
Эта технология уменьшает
тенденцию каната к самораспусканию,
опасную, если канат отрезают или он
свободно подвешен за один конец.
В данном исследовании
предполагается, что все проволоки
имеют круглое сечение и когда они
изгибаются или растягиваются.
Центральная ось проволоки выбрана Рис. 2.2. Различные типы свивки канатов для представления геометрических
характеристик проволоки вне зависимости от напряжений. Ось центральной проволоки также характеризует геометрические свойства пряди.
В соответствии с вышеуказанными допущениями в канате существует только одна прямая проволока. Эта проволока находится в сердечнике каната (СС). По геометрической характеристике остальные проволоки можно разделить на две группы: с формой одинарной спирали и с формой двойной спирали. Наружные проволоки сердечника имеют форму одинарной спирали, так как они намотаны на прямую центральную проволоку. Также форму одинарной спирали имеют центральные проволоки прядей. Все остальные проволоки имеют форму двойной спирали, так как они намотаны дважды: вокруг оси пряди и вокруг оси каната. Тем не менее, они представляют собой одинарную спираль по отношению к пряди, в которую они вплетены. Это важно для моделирования геометрии проволоки имеющей форму двойной спирали.