CC BY
46
© А.Ю. Прокопов, С.В. Борщевский, М.В. Прокопова, 2011
УДК 622.9
А.Ю. Прокопов, С.В. Борщевский, М.В. Прокопова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНО- И МНОГОКАНАТНЫХ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМОВ
Выявлены целесообразные границы применимости формул, вычисляющих крутящий момент, передаваемый подъемному сосуду от кручения каната, для оценки дополнительных нагрузок на армировку, возникающих вследствие кручения подъемного каната или канатов.
Ключевые слова: подъемный сосуд, канат, концевая нагрузка, крутящий момент, одноканатная подъемная установка.
щ и ри движении подъемного сосу-И да вследствие растягивающих усилий в подъемном канате и возникающего от этого крутящего момента, на проводники передается дополнительная сила
Р =
где Ы — крутящий момент, передаваемый подъемному сосуду, Н-м; 5к — плечо вращения, т.е. расстояние от центра подъемного сосуда в плане до центра проводника, м.
Исследованиями [1] установлено, что крутящий момент, передаваемый подъемному сосуду от кручения каната, может быть найден по формулам:
• для одноканатной подъемной установки
Мок=ко ё а)
• для многоканатной подъемной установки
Ммк=ср кс ё &, (2)
где кс — коэффициент упругой связи; ё
— диаметр головного каната, мм; ак — концевая нагрузка, Н; ср — коэффициент результирующего момента, показывающий
какая часть момента передается подъемному сосуду многоканатной подъемной установки из-за неравномерного распределения нагрузки между головными канатами, принимаемый равным 0,175 на основании обработки статистических данных [1].
Концевая нагрузка Qк определяется массой груженого подъемного сосуда и его ускорением и при его движении с ускорением вверх может быть рассчитана по формуле
ак = mg + та = т^ + а),
(3)
где т — масса груженного подъемного сосуда, кг; g, а — ускорения соответственно свободного падения и движения подъемного сосуда, м/с2.
С учетом выражений (1)—(3) величина дополнительной силы на армиров-ку от крутящего момента в головном канате составит
Р =
с кс 4 т (д+а)
Следовательно, с увеличением грузоподъемности сосудов, глубины ствола и, как следствие, диаметра подъемного каната, возрастет крутящий момент.
Особенно высокий крутящий момент ожидается в момент ускорения подъемного сосуда, которое, предположительно также будет увеличиваться из-за повышения максимальной тахограммной скорости подъема до 18—20 м/с.
Значение диаметра каната d будем определять, исходя из требуемой массы 1 м (линейной плотности) каната тк, кг/м, которая обеспечит соблюдение запаса его прочности, установленного ПБ
т
О,
ё (
(4)
а
V"-1
д
где а — предел прочности материала проволок каната при растяжении, а = = 2000 МПа; Z1 — запас прочности каната, согласно [2] принимаем при одноканатном грузовом подъеме для глубин до 600 м — Zl = 6,5, свыше 600 м — Zl = 4,5; /0 — фиктивный объемный вес ма-
Л
о
М
И
о
Глубина ствола, м
Графики зависимости требуемой линейной плотности каната от массы подъемного сосуда и глубины ствола (пунктирной линией отмечена максимальная линейная плотность серийно выпускаемых канатов)
Результаты расчета параметров подъемных канатов
Масса груженого скипа, кг Максимальная концевая нагрузка Qк, Н Линейная плотность каната mк, кг/м Принятый диаметр каната й, мм Суммарное разрывное усилие проволок 'LFр, Н Фактический запас прочности Zl
Расчетная Принятая
11300 963000 5,48 5,7 37 963000 5,17
20300 211120 9,84 10,15 50 1797750 5,39
30000 312000 14,55 16,13 61 2513600 4,96
60900 633360 29,53 30,20* 4x40** 4292000*** 4,69
100000 1040000 48,48 64,52* 4x61** 10054400*** 5,53
Примечания. * суммарная линейная плотность всех канатов многоканатного подъема; количество канатов требуемого диаметра;
суммарное разрывное усилие всех канатов многоканатного подъема.
териала каната, /0 = 90 кН/м ; Н0 — максимальная длина отвеса каната, м,
Н0 Нст + ^к;
где Нст — конечная глубина ствола, м; Ьк — высота копра, м.
Найденный по тк канат будем проверять на соблюдение запаса прочности по условию
z =------------------й---------
g Q§ + тё g H o
> Z
(5)
где 'ZFр — суммарное разрывное усилие всех проволок в канате, Н.
Исходя из требуемой линейной плотности подъемного каната, определим рациональную область применения одноканатных подъемных машин. Для этого, используя выражение (4), построим графики зависимости требуемой линейной плотности каната от глубины ствола для скипов различной грузоподъемности (рисунок). Расчет производим для глубин ствола от 0 до 1200 м и высоты копра кк = = 30 м.
По графикам (рисунок) видна область рационального применения одно- или многоканатных подъемных установок:
• при использовании скипов массой до 30 т целесообразно использовать одноканатный подъем;
• массой 40—50 т до глубины 400 м
— одноканатный, а свыше 400 м — многоканатный;
• более 50 т целесообразно переходить на многоканатные подъемные установки при любой глубине ствола, так как для данных условий канаты с требуемой линейной плотностью серийно не выпускаются.
По расчетной линейной плотности каната (для глубины 1200 м) определим его требуемый диаметр и проверим выполнение условия прочности (5). Результаты расчета параметров канатов сводим в таблицу.
Таким образом, подтверждается рекомендуемая область применения одно-или многоканатных подъемов с точки зрения соблюдения Правил безопасности [2]. Кроме того, выявлены целесообразные границы применимости формул (1) или (2) для оценки дополнительных нагрузок на армировку, возникающих вследствие кручения подъемного каната или канатов.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шафранов Н.К., Ягодкин Ф.И. Канатная армировка вертикальных стволов. — М.: Недра, 1976. — 144 с.
2. Правила безопасности в угольных шахтах. — Самара: Самарск. дом печати, 1995. — 242 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------
Прокопов А.Ю. — кандидат технических наук, доцент, заместитель директора Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета по образовательной деятельности, доцент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», е-mail: prokopov72@rambler.ru
Борщевский С.В. — кандидат технических наук, профессор кафедры «Строительство шахт и подземных сооружений» Донецкого Национального технического университета, е-mail: bsv@mine.dgtu.donetsk.ua
Прокопова М.В. — кандидат технических наук, доцент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ(ф) ЮРГТУ(НПИ).
