黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司新岭煤矿 黑龙江省鹤岗市 154106
摘要：新岭煤矿建设区55绞车下料时所拉的矿车重车，在斜巷跑车钢丝绳断裂，运用材料力学观点进行分析，找出钢丝绳断了的根本原因。
关键词：55绞车 钢丝绳 受力分析
前提条件：55绞车的选型计算满足要求，钢绳符合国家标准。
1 现场勘查结果简介
1.1地质条件：斜巷长76米，坡角23.5°，绞车安装在倾斜巷道上端距变坡点16.8m处，滚筒出绳位置距变坡点17m；
1.2绞车工作情况：3t矿车载有沙子和水泥的比例是2：1，矿车载货从坡顶下行，钢丝绳突然断裂跑车，跑车后，钢丝绳断口平直、整齐，量得矿车上所带钢丝绳长度27m，所用钢丝绳的基本参数如表1。
2 推断
操作工人推矿车前，先预留一定长度的钢丝绳，然后让绞车闸抱死，之后推矿车至变坡点，矿车下行，钢丝绳突然断裂，跑车。根据断绳长度Ld=27m和滚筒出绳位置到变坡点的距离L0=17m，可知断绳前，矿车在斜坡上运行的距离L=Ld- L0=27m-17m=10m，此10m内矿车未受到绞车牵引力的作用，因此在这10m内钢丝绳上没有受到沿绳方向的任何力作用，当到达10米的瞬间，钢丝绳上瞬间加载沿绳方向的作用力F，当F小于钢丝绳的破断拉力总和时，钢丝绳将吸收载重矿车下行时的所有动能，致使矿车速度为零，停止运行，当F大于钢丝绳的破断拉力总和时，钢绳断裂，断裂时要损失一部分能量，所以断裂前后动能不相等，断裂后矿车将以不同于断裂前的速度继续运行。
3 钢丝绳受力前的受力分析
根据现场勘查结果，55绞车钢丝绳受力前的瞬间，以3t矿车的重力作用点O为中心受力分析如图1所示（注释：这个运动过程中钢丝绳质量比较小，可以忽略不计。）
G=mg G1=G sinθ G2=Gcosθ f=μG2= μGcosθ
G ——载重矿车的重力N；
G1——载重矿车沿运动方向的分力N；
G2——载重矿车垂直运动方向的分力N；
f ——摩擦力N；
m——载重矿车的质量kg 3t矿车自重1270kg 载货质量3.3m3×2000kg/m3（转载或为沙子和水泥按2：1的比例装载，沙子容重是1450kg/m3，水泥的容重是3100kg/ m3，所以混合物的容重2000kg/ m3）m=1270+3.3×2000=7870kg；
g——是重力加速度取g=9.8N/s2；
μ——矿车沿轨道运行的阻力系数，滚动轴承轮对取μ=0.05；
ΔL是钢绳的伸长量，由于ΔL<< L+Lc/2，所以ΔL段摩擦力所做的负功忽略不计，那么在矿车的运行满足下列能量守恒方程。
W =mv2/2= GH- f（L+Lc/2）
W——钢丝绳内储存的弹性势能为。W=F2Ld/（2EA）[1]
F ——钢丝绳上所受的力N；
Ld ——断绳长度Ld=27m；
E —— 6×19-FC φ21.5mm钢丝绳的弹性模量E=0.863×105MPa [2][3]；
A ——钢丝绳横截面积m2，直径21.5mm，A=3.14×（0.0215/2）2=36.29×10-5m2。
W =mv2/2= GX sinθ- fX
F’2（X+17）/（2EA）= GX sinθ- fX
代入各已知量得X=1.1m，则安全放钢丝绳长度X+17- Lc/2=1.1+17-1.5=16.6m。
结论
假设不成立，钢丝绳吸收不了断裂前矿车在斜坡上运动的所有动能，所以钢丝绳断裂，发生了跑车事故。质量7870kg的载重矿车后轮离开变坡点前，必须在绞车的牵引力作用下匀速缓慢下放。
参考文献：
[1] 刘鸿文. 材料力学第4版. 高等教育出版社，2005，5：37-39
[2] 刘志平，刘芳根，陈文娟. 钢丝绳索弹性模量及其测试方法. 第六届现代结构工程学术研讨会，工业建筑2006增刊：1093-1094.
[3] 吴沂隆. 钢丝绳弹性模量的研究. 福建林业科技，2003，30（3）：63-64.
论文作者:张杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/17
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