随着浅层矿产资源的日益枯竭,超深井矿产资源的开发利用已上升为国家战略。而在超深井矿产资源的运输过程中,钢丝绳作为提升装备的重要组成部分,其提升性能直接影响矿井提升设备的提升能力。本文在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“超深井矿井提升系统的变形失谐规律与并行驱动同步控制研究”(课题编号:2014CB049403)的资助下,选取钢丝绳为研究对象,对承受拉伸、扭转及弯曲载荷作用的钢丝绳摩擦学和力学性能进行深入研究,以期为超深井大型提升装备用钢丝绳的设计、制造和选用提供一定的理论参考。论文主要内容包括以下几个方面:首先,基于钢丝绳理论和接触理论,考虑钢丝表面粗糙度和泊松比效应的影响,建立了提升钢丝绳的粗糙丝间接触模型。利用自编程序代码,通过使用共轭梯度法和快速傅立叶变换等方法求解接触压力和变形,实现了上述粗糙丝间接触模型的快速而准确求解。数值结果表明非高斯或高斯钢丝接触表面会导致波动分布的接触变形和较大的接触压力;对于高斯或非高斯钢丝表面,减小钢丝表面粗糙度幅值有助于减小钢丝绳的丝间接触压力和钢丝的von Mises应力。同时,增大钢丝绳的侧丝直径和螺旋角有助于提高钢丝绳的载荷承载能力,降低钢丝绳钢丝的von Mises应力。然后,借助自主设计的钢丝绳对磨夹具对提升钢丝绳股的弯曲摩擦磨损行为进行试验研究。试验结果表明不同载荷或磨损时间下,钢丝绳股间的摩擦系数均出现了跑合期和稳定期,并且随着载荷的增大,钢丝绳的摩擦系数逐渐减小。在给定的磨损频率(磨损速度)范围内,钢丝绳的摩擦系数变化存在临界磨损频率(磨损速度);同时,高磨损频率下钢丝绳的摩擦系数经历跑合期的波动后随时间的增大而缓慢增大。另外,基于钢丝绳理论和钢丝材料的蠕变松弛理论,综合考虑芯丝与侧丝的接触和泊松比效应影响,建立了提升钢丝绳的应力松弛模型。通过使用共轭梯度法和快速傅立叶变换等方法,实现了钢丝绳应力松弛模型的快速而准确求解。数值结果表明拉伸载荷作用下钢丝绳的轴向拉伸应力和von Mises应力均出现松弛现象。同时,减小钢丝绳的侧丝直径和增大其螺旋角均会导致蠕变应变和轴向拉伸应力的逐渐增大,但是有助于减小钢丝绳的丝间接触压力、接触变形和钢丝von Mises应力。最后,基于所推导的异型股提升钢丝绳(包括椭圆股和三角股等)空间参数化方程,考虑钢丝材料的泊松比和弹塑性,使用三维建模软件NX和商用有限元软件ANSYS准确有效的建立了椭圆股和三角股提升钢丝绳的三维有限元模型。通过变化椭圆股和三角股钢丝绳的侧丝直径和螺旋角对比分析了两类钢丝绳股的拉伸、扭转和弯曲性能。数值结果表明拉伸和扭转载荷作用下,增大椭圆股和三角股钢丝绳的侧丝直径和螺旋角,两类钢丝绳股所受的应力随之增大;弯曲载荷作用下,椭圆股和三角股钢丝绳均存在明显的中性层。在中性层两侧,钢丝绳的丝间相互滑动易导致钢丝绳出现摩擦磨损。