CC BY
30
УДК 622.258.3 А.Ю. Прокопов
ИССЛЕДОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК НА АРМИРОВКУ, ВОЗНИКАЮЩИХ ВСЛЕДСТВИЕ КРУЧЕНИЯ ПОДЪЕМНЫХ КАНАТОВ
Определены характеристики подъема и армировки, при которых дополнительные нагрузки на проводники, передаваемые от кручения подъемного каната, необходимо учитывать, а также условия, при которых данными нагрузками можно пренебречь.
Ключевые слова: армировка, кручения подъемного каната, нагрузки.
Неделя горняка
ш ж ри растяжении сталепроволоч--1А. ного каната осевыми усилиями в нем возникают моменты, стремящиеся раскрутить канат, т.е. увеличить шаг свивки прядей. Для устранения этого явления используют многослойные прядеспиральные канаты, которые получили не совсем точное название некрутящихся канатов. Однако, даже для некрутящихся канатов полностью не исключена возможность вращения подъемного сосуда при увеличении его нагрузки или при изменении длины отвеса каната. Поэтому под воздействием крутящего момента М подъемный сосуд пытается повернуться на угол ф, тем самым воздействуя на проводники с силой Рм (рис. 1).
Исходя из расчетных диаметров подъемных канатов и параметров скипов (табл. 1), используя результаты исследований [1], рассчитаем значения Рм для скипов различной грузоподъемности и геометрии.
Рассмотрим, как разложится сила на проводник от крутящего момента в головных канатах на лобовую и боковую составляющие (рис. 1).
Вследствие наличия лобового зазора Ау между подъемным сосудом и проводником, сосуд под действием крутящего момента М, передаваемого подъемным канатом может повернуться на
максимальный угол ф, который зависит от ширины подъемного сосуда Ь и величины зазора Ау. Пренебрегая размерами поперечного сечения проводника по отношению к габаритам подъемного сосуда, найдем максимальный угла поворота скипа:
Ьс /2
* _ агсс05 Ь727д- •
с у
Определим величину максимального угла ф для скипов различных типоразмеров и двух профилей проводников -рельсового и коробчатого. Результаты расчета сводим в табл. 2.
С учетом разложения силы Рм на лобовую и боковую составляющие, дополнительные силы на армировку вследствие кручения подъемных канатов составят
м ср kc d т (е + а) рм = _р___с____^____-С0ч*
/Лоб 4 О Ч’ 1
к
рм _ ср kc d т (е + а)„;
БШ* .
(1)
4Ок
где ср - коэффициент результирующего момента, ср = 1 - для одноканатного, ср = 0,175 - для многоканатного подъема [1]; ^ - коэффициент упругой связи; d -диаметр головного каната, мм; т - масса подъемного сосуда, кг; е, а - ускорения соответственно свободного падения и
Рис. 1. Схема к определению максимального угла поворота скипаф
движения подъемного сосуда, м/с2; Ок - плечо вращения, т.е. расстояние от центра подъемного сосуда в плане до центра проводника, м.
Рассчитаем значения этих сил для скипов различных типоразмеров. Г рафики зависимости лобовой и боковой сил на проводник, возникающих от крутящего момента в головном канате, от максимальной скорости и массы скипа для одноканатного подъема приведены на рис. 2, а, б, для многоканатного подъема - на рис. 3, а, б. При расчете учитываем предполагаемое увеличение
а)
р м Д ^лоб
ускорения при повышении максимальной скорости сосуда.
Из формул (1) следует, что нагрузки и Рб^к непосредственно не зависят от интенсивности подъема, а только от
б)
р 250 ; 200
I 100
50
т = 30 т
т = 20,3 т
т= 11,3т
100
І 90 I 80
г 70-
т = 30 т
т = 20,3 т
-44^
5 10 15
Максимальная скорость сосуда, м/с
5 10 15
Максимальная скорость сосуда, м/с
Рис. 2. Графики зависимости сил на проводник, возникающих от кручения головного каната, от массы и максимальной скорости скипа при одноканатном подъеме: а - лобовой; б - боковой
Таблица 1
Параметры скипов, принятые для расчета
Масса груженого скипа, кг Размеры скипа в плане, мм Расстояние между проводниками (колея), мм Плечо вращения Sк, м Число и диаметр, мм, подъемных канатов
11300 1350 х 1700 1420 - 1450 0,95 37
20300 1540 х 1850 1680 - 1710 1,09 50
30000 1740 х 2230 1860 - 1890 1,25 61
60900 1900х2350 2070 - 2100 1,36 4x40
100000 2400 х 2750 2610 - 2640 1,68 4x61
700 1 600-І 500 ; 400; зоо-’ 200 і 100 і о
т = 100 т
т = 60,9 т
5 10 15
Максимальная скорость сосуда, м/с
20
: 100 т
т = 60,9 т
5 10 15
Максимальная скорость сосуда, м/с
Рис. 3. Графики зависимости сил на проводник, возникающих от кручения головного каната, от массы и максимальной скорости скипа при многоканатном подъеме: а - лобовой; б - боковой
массы и геометрических параметров скипов. Построим графики зависимости
рлоб и рмк от массы груженых скипов при одноканатном и многоканатном подъемах (рис. 4, а, б).
Исследуем, какую долю занимают дополнительные нагрузки на армировку вследствие кручения каната в эксплуатационных лобовой Рлоб и боковой Рбок нагрузках.
Для учета этих сил при определении эксплуатационных нагрузок на армировку
введем коэффициенты деляемые отношениями
р + рм рм
kм _ лоб лоб _ 1 | лоб Ллоб _ р ~ 1 р
лоб лоб
1 м
клоб
С опРе-
(2)
р + рм р
К м _ х бок бок _ 1 і ^
т-» А т
р
р
(3)
Подставив в уравнения (2) и (3) соответствующие значения усилий (1) и эксплуатационных нагрузок, рассчитываемых в соответствии с методикой [2], получим выражения:
Ср К d ^ + а) I
Ъ =1 + 60 д К2 ^2 У С08 *, (4)
60 лк дукр V уу
і м _ і + р о
Лбок — 1 ^ - - -
Ср К d ^ + а) 12
60 лк ДЛ; V2 У
smф.
(5)
где Ах, Ау - зазоры на сторону между рабочими или предохранительными направляющими скольжения и проводником; Кр - коэффициент влияния типа
Таблица 2
Расчетные значения максимального угла поворота скипов в горизонтальной плоскости
Масса груженого скипа, кг Размеры скипа в плане, мм Максимальный угол поворота скипа ф°, при использовании проводников
коробчатых рельсовых
11300 1350 х 1700 12,0 9,8
20300 1540 х 1850 11,2 9,2
30000 1740 х 2230 10,6 8,6
60900 1900х2350 10,1 8,3
100000 2400 х 2750 9,0 7,4
м
2
и
Таблица 3
Значения коэффициента пропорциональности Км
Тип подъема Направление действия нагрузки Профиль проводника Коэффициент Км* Среднее квадратическое отклонение Коэффициент корреляции В
Одноканатный Лобовая Рельсовый 0,204 0,147 2,30 10-4 1,12-Ю"4 0,977
Коробчатый 0,118 0,085 3,90 10-5 1,9810-5 0,986
Боковая Рельсовый 0,0367 0,0265 9,5710-6 4,47-10"6 0,971
Коробчатый 0,0255 0,0184 2,49 10-6 1,22 10-6 0,981
Многоканатный Лобовая Рельсовый 0,109 0,079 6,58 10-5 3,75 10-5 0,977
Коробчатый 0,0631 0,0456 1,12 10-5 5,74-10"6 0,986
Боковая Рельсовый 0,0169 0,0122 2,02-10"6 9,25 10-7 0,971
Коробчатый 0,0116 0,0084 5,1310-7 2,66-10"7 0,981
Примечания - В числителе приведены коэффициенты для упругих роликовых направляющих, а в знаменателе - для жестких лап скольжения.
. ** - среднее квадратическое отклонение между точками, найденными по уравнениям (4) и (5) и соответствующими им теоретическими значениями, полученными по формуле (6)
рабочих направляющих подъемного сосуда; I - шаг армировки, м; уу1, ух1 - коэффициенты соответственно в лобовой и боковой плоскостях, определяемые по методике [2]
С достаточно высокой точностью коэффициенты кмоб и kбIок могут быть рассчитаны по формуле
(6)
Сб(бок) _ 1 + К ^
где Км - коэффициент пропорциональности, зависящий от направления приложения нагрузки, профиля проводника, типа направляющих устройств и схемы подъема (одно- или многоканатный), принимается по табл. 3.
масса скипа, т
20
40 60
масса скипа, т
Рис. 4. Графики зависимости сил на проводник, возникающих от кручения головного каната, от массы скипа: а - при одноканатном подъеме; б - при многоканатном
Таблица 4
Удельный вес дополнительных лобовых и боковых усилий на армировку
Тип Направление действия Профиль Удельный вес дополнительной нагрузки , %, при шаге армировки , м
подъема нагрузки проводника 3 (3,125) 4 (4,168) 6 (6,25)
Лобовая Рельсовый 1 - 2 2 - 4 6 - 13
Одноканатный Коробчатый 0,5 - 1 1,5 - 2,5 3 - 7
Боковая Рельсовый 0,3 - 0,6 0,4 - 0,8 1 - 2,5
Коробчатый 0,1 - 0,3 0,2 - 0,5 0,6 - 1,5
Лобовая Рельсовый 0,7 - 1 1 - 2,5 3 - 7
Многоканатный Коробчатый 0,4 - 0,8 0,6 - 1,2 1,8 - 3,8
Боковая Рельсовый 0,1 - 0,3 0,2 - 0,4 0,5 - 1
Коробчатый 0,05 - 0,1 0,15 - 0,25 0,25 - 0,7
Примечания - Пределы значений даны для рабочих скоростей движения подъемных сосудов (8 -12 м/с). - Значения 3, 4 и 6 м соответствуют коробчатым проводникам; 3,125; 4,168 и 6,25 - рельсовым. Жирным шрифтом выделены сочетания условий, при которых дополнительные нагрузки от кручения каната должны учитываться.
Анализ результатов расчета коэффи-
1 м 1 м
циентов клоб и кбок позволяет определить характеристики подъема и арми-ровки, при которых дополнительные нагрузки на проводники, передаваемые от кручения подъемного каната, необходимо учитывать, а также условия, при которых данными нагрузками можно пренебречь. Сводные результаты такой оценки приведены в табл. 4.
Как следует из табл. 4, при расчете лобовых нагрузок на проводник, дополнительная сила от кручения подъемного каната должна учитываться:
- для одноканатного подъема - при использовании рельсовых или коробчатых проводников и шага армировки
6 (6,25) м, при этом коэффициент &л*об = 1,03 - 1,13;
- для многоканатного подъема (применении большегрузных подъемных сосудов массой 60 - 100 т) - при использовании только рельсовых проводников и шага ар-мировки 6,25 м, при этом коэффициент £лмоб = 1,03 - 1,07;
При расчете боковых нагрузок дополнительными силами от кручения подъемного каната можно пренебречь при любом типе проводников и шаге армировки как для одноканатного, так и многоканатного подъемов, так как кбок колеблется при рабочих скоростях движения подъемного сосуда от 1,0005 до 1,038.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шафранов Н.К., Ягодкин Ф.И. Канатная 2. Методика расчета жестких армировок
армировка вертикальных стволов. - М.: Недра, вертикальных стволов шахт.- ВНИИГМ им. 1976. - 144 с. М.М. Федорова - Донецк, 1985 - 170 с. НІШ
г Коротко об авторе
Прокопов А.Ю. - кандидат технических наук, доцент, заместитель директора Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета по образовательной деятельности, [email protected]
