Многоканатный подъем с наземным расположением подъемных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Ю.В. Попов, 2013

УДК 622.67 Ю.В. Попов

МНОГОКАНАТНЫЙ ПОДЪЕМ С НАЗЕМНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН

При наземном расположении подъемной машины в схеме появляется ряд новых элементов, в частности наличие копровых шкивов, наличие струны каната. Эти элементы вносят новые реалии, которые не учитываются в существующих методиках расчета. Появление струны каната заставляет по-новому оценивать угол обхвата канатоведущего шкива.

Ключевые слова: многоканатные подъемные машины, наземное расположение, угол обхвата.

Непрерывное увеличение глубины ведения горных работ, углубление шахт и рудников и прямо связанное с этим проектирование все более мощных комплексов многоканатных подъемных установок (МКПУ) приводит к необходимости сооружения все более громоздких и дорогостоящих башенных копров. Строительство таких сооружений связано с большими капитальными затратами и, кроме того, со снижением уровня безопасности эксплуатации МКПУ, в то время как в мировой практике уже наметилась устойчивая тенденция перехода от башенного к наземному расположению подъемных машин (ка-натоведущих шкивов трения - КВШ). Однако в отечественном шахтном подъеме основные научно-техничес-кие аспекты данной проблемы остаются пока нерешенными, что зачастую сдерживает реализацию этого перспективного во всех отношениях направления развития подземных горных предприятий [1].

При наземном расположении подъемной машины в схеме появляется ряд новых элементов, в частности наличие копровых шкивов, наличие струны каната. Эти элементы вносят новые реалии, которые не учитываются в существующих методиках расчета. Появление струны каната заставляет по-новому оценивать угол обхвата канатоведущего шкива. При этом у копровых шкивов появляется новая функция - формирования угла обхвата канатоведущего шкива.

Во время работы провисание каната происходит не только под действием собственной силы тяжести, но и за счет центробежной силы, которая при наклонном расположении канатов увеличивает натяжение и стрелу провиса [2]. Распределенная равномерно по длине каната центробежная сила направлена по нормали к его оси, а сила тяжести вертикально. Поэтому, распределенную погонную нагрузку целесообразно разложить на тангенциальную (я-эту), направленную по хорде пролета, и нормальную (я-соэу), направленную по нормали к канату (рис. 1). В дальнейших расчетах тангенциальную нагрузку от действия силы тяжести при определении натяжения каната на отрезке между канатоведущим и отклоняющим шкивом можно не учитывать. При расстоянии между осями этих шкивов 20.. .80 м и угле наклона канатов к горизонту 30.85 градусов напряжения в канате вызванные собственным весом составляют 0,8.6 МПа.

Стрела провиса каната может быть определена после интегрирования дифференциального уравнения его изогнутой оси.

f (x)_

_ q - cosy- x - (1 - x)

25

(1)

где q-cosy - погонный вес каната (q=p-g), S - натяжение набегающей ветви каната^ const).

Максимальная стрела провиса каната (статическая стрела провиса)

_ q-cosrt 1 8 ■ 5 При подъеме скипа (клети) на канат начинает действовать центробежная сила, которая за счет его растяжения увеличивает

стрелу провиса.

Стрелу провиса каната от действия нормальной составляющей распределенной силы тяжести и центробежной силы (динамическую стрелу прогиба) с достаточной степенью точности можно определить из уравнения

Рис. 1. Расчетная схема для вычисления значения провисания струны каната

I ■

1 + 8 ■ f 3 ■ 12

2 Л

I ■

'1 + 8У12 Л 3 ■ 12

+

5 - I - Рст - g

q ■ E

(3)

где - стрела провиса каната от действия силы тяжести и центробежной силы; П - стрела провиса каната от действия силы тяжести (статическая стрела провиса); рст - плотность материала канатов; Е - модуль упругости каната; Б - натяжение каната длиной < =г-<<а; г - радиус кривизны каната. После преобразования уравнения (3) получим

( /-2 , 12 „ Л0'5

4 _

f;

+3V2 -12-pa

8 - E

(4)

Подставим значение статической стрелы провиса в уравнение (4) получим максимальную (динамическую) стрелу прогиба

2 2 п0,5

3-\г ■

L _ 0,5-1

V

4-5

+ •

у

_Рс

2-E

(5)

Уравнение (5) позволяет связать основные параметры подъемной машины: максимальное статическое натяжение канатов, расстояние между канатоведущим и отклоняющим шкивами, углом наклона канатов, их сечением (погонной массой) и скоростью подъема. Знание динамической стрелы прогиба позволяет определить координаты осей шкивов, обеспечивающих безопасную работу канатов.

Провисание каната оказывает влияние на угол обхвата канатоведущего шкива, кроме того, такое провисание в статическом положении подъемной

машины, может вызывать колебания струны каната при различных режимах работы подъемной установки с соответствующим изменением тяговой способности подъемных машин, определяемой по известному выражению с учетом фактических значений угла обхвата канатоведущего шкива а.

Анализ схем МКПНУ показывает, что провисание верхней струны каната вызывает увеличение угла обхвата ка-натоведущего шкива, а провисание нижней струны - его уменьшение. Общее изменение угла обхвата Д а будет равно разности углов провисания струн канатов

± Да = Дав - Дан , (6)

где ав и ан - углы провисания верхней

и нижней струн канатов.

Увеличение тяговой способности канатоведущего шкива (при положительном значении Да):

Рис. 2. Схема сил действующих на элемент каната (силы тяжести не показаны)

АЕ

Рсб. ^

нб сб ^ (7)

Аналогично может быть определено и уменьшение тяговой способности шкива (при отрицательном значении Да), а также увеличенное значение динамического коэффициента безопасности против скольжения

Есб (^(а^а)

(8)

а

Ув

дин

^нб ^сб

Полученные зависимости показывают, что провисание нижней струны канатов уменьшает угол обхвата КВШ.

Анализ полученных зависимостей показывает, что для реальных расстояний между осями шкивов, провисание верхней и нижней струн канатов несущественно изменяет угол обхвата КВШ (не более чем 0,02 рад.). Такое изменение угла обхвата не приведет к существенному изменению тяговой способности канатоведущего шкива и динамического коэффициента безопасности против скольжения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов Ю.В., Тимухин С.А., Садыков Е.Л. Проблемы повышения эффективности шахтных многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин. Известия Уральского государствен-

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

ного горного университета. Вып. 24. с.51-59

2. Дукельский А.И. Подвесные канатные дороги и кабельные краны. - М.: Машиностроение, 1966. - 348 е.. ШЗ

Попов Юрий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой горной механики, popov.y@mail.ru, Уральский государственный горный университет.