CC BY
66
УДК 622.673.1:622.673.6 В.В. Зотов
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА КАНАТНОГО И РЕЗИНОТРОСОВОГО ТЯГОВЫХ ОРГАНОВ ПОДЪЁМНЫХ УСТАНОВОК
Семинар № 19
УЭ азвитие подземной добычи поЛ. лезных ископаемых требует совершенствования горной техники и, в частности, модернизации шахтного
подъёма. Повышение его технических и экономических показателей может быть достигнуто на основе использования прогрессивных научно-техни-ческих
решений. Одним из таких решений может стать замена подъёмных канатов одно- и многоканатных подъёмных установок (рис. 1, а) резинотросовыми конвейерными лентами.
Такое техническое решение позволит уменьшить диаметры приводных шкивов (барабанов), а значит, габариты и массу подъёмной машины, снизить передаточное отношение её привода, момент инерции последнего, а также уменьшить динамические моменты при запуске и реверсировании привода.
Снижение габаритов подъёмной машины влечёт уменьшение габаритов конструкций копра, что приведёт к сокращению капитальных расходов на его строительство, сокращает стоимость узлов подъёмной машины -приводного шкива, редуктора, электродвигателей, системы управления.
Масса подъёмных машин подъёмных установок оказывает существенное влияние на капитальные затраты при проектировании и строительстве подъёмных установок.
Применение резинотросовых лент взамен стальных канатов позволит сократить и эксплуатационные затраты. Несущие тросы резинотросовых лент защищены от коррозии обкладками и не требуют смазки, в то время как тяговые органы канатных подъёмных установок должны регулярно наполняться смазкой. В противном случае сокращается срок службы канатов, особенно в обводнённых шахтах. Для обеспечения высокого коэффициента сцепления канатов с поверхностью шкивов трения многоканатных подъёмных установок смазка должна быть фрикционной. Применение резинотросовых лент позволит исключить в процессе эксплуатации смазку канатов, увеличить надёжность и срок службы тяговых органов, а также сократить число их перенавесок.
С увеличением грузоподъёмности подъёмной установки, а значит, диаметра канатов и диаметров проволок, возрастают напряжения в них от изгиба. В канатных подъёмных установках требуется выдерживать регламентированные Правилами безопасности соотношения между диаметром барабана (шкива) и каната (для многоканатного подъёма D/d > 120), что обуславливает значительные размеры подъёмных машин, а следовательно, и их массу. Масса одних только многоканатных подъёмных машин без редуктора и электродвигателя может со-
Рис. 1. Схемы подъёмных установок: 1 - приводной барабан (шкив); 2 и 2’ - подъёмные сосуды, гружёный и порожний; 3 - головные канаты или ленты, 4 - уравновешивающие канаты или ленты; 5 - обводной барабан; 6 - подвесное устройство; 7 - подвесное устройство с подвижным барабаном (шкивом)
ставить 170 т. Диаметры канатоведущих органов могут достигать 7 м.
В резинотросовых лентах диаметры тросов не превышают 12 мм, поэтому напряжения на изгиб тросовой основы лент будут ниже. В связи с этим для подъёмных установок с ленточным тяговым органом значения диаметров барабанов подъёмных машин не превысят 2,5 м.
Применение резинотросовых лент вместо канатов подъёмных установок уменьшит и нагрузки от кручения тросов, так как все тросы основы ленты расположены с уравновешиванием их на скручивание. Это позволит рассмотреть возможности выбора более рационального запаса прочности резинотросовых тяговых органов. Распределение нагрузки между большим числом тросов резинотросовых лент может способствовать увеличению
грузоподъёмности подъёмных установок.
Уменьшение диаметров приводных и отклоняющих шкивов за счёт замены канатов резинотросовыми лентами даст возможность реализовать многобарабанный привод (рис. 1, б) и схемы с подвижными шкивами (рис. 1, в), что снизит нагрузку на тяговые органы и, соответственно, уменьшит расчётную разрывную прочность лент.
Достаточно сложным представляется осуществление крепления подъёмного сосуда к ленте, что связано с выравниванием нагрузок между её тросами. Неравномерность их нагружения может быть обусловлена неточностями изготовления лент, различным первоначальным натяжением их тросов, изменениями толщины обкладок и т.д.
Следует особо отметить возможность неустойчивого движения ленты на при-
водных и направляющих барабанах (шкивах). Поэтому необходимо наличие специальных устройств - центрирующих роликов на обеих ветвях ленты.
Уменьшение диаметров приводных барабанов (шкивов) при использовании ленточного тягового органа требует применения направляющих шкивов для разнесения подъёмных сосудов в стволе по его сечению. Минимальные размеры диаметров приводных барабанов без установки отклоняющих шкивов для двухконцевого скипового подъёма приведены в табл. 1. Эти диаметры превышают расчётные значения диаметров барабанов из условия допустимых напряжений изгиба тросов ленточного тягового органа.
На рис. 2 представлены графики диаметров Б канатоведущих органов Таблица 1
№ п. п. Грузоподъёмность скипа Qгр, т Минимальный диаметр Б приводного шкива, м
1 8,5-9,3 2,1
2 13-17,5 2,25
3 21-30 2,8
4 50 3,6
подъёмных машин одноканатных и с резинотросовыми лентами в зависимости от грузоподъёмности Qгp подъёмных установок при высоте подъёма Н = 500 м.
Следует отметить, что с увеличением грузоподъёмности установок с резинотросовыми лентами диаметр барабана подъёмной машины может оставаться постоянным. Грузоподъёмность ленты можно изменять за счёт ширины ленты, а на канатных подъёмных установках это осуществляется выбором каната соответствующего диаметра.
Недостатком резинотросовых лент при их использовании в качестве тягового органа шахтных подъёмных установок является значительная их погонная масса по сравнению с канатами.
Исследования [2, 3] показали нерациональность использования в подъёмных установках готовых лент для конвейерного транспорта из-за большой толщины их обкладок, что вызвано в основном необходимостью защиты тросовой основы лент в связи с их взаимодействием с транспортируемым грузом.
При применении конвейерных лент на подъёмных установках толщину обкладок можно уменьшить. В соответствии с рекомендациями [3] минимальная толщина ленты может выбираться исходя из условия обеспечения адгезии резино-
вой матрицы с тросами основы ленты и с учётом небольшой толщины специ-
Рис. 2. Диаметры канатоведущих органов Б одноканатных 1, многоканатных 2 и ленточных 3 подъёмных установок в зависимости от их грузоподъёмности Qгр
№ п.п. Тяговый орган Уравнение
1 Канаты Рк = 0,0086 Fp - 0,1383
2 КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА рл = 0,0089 Fp + 15,246
3 КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА рл = 0,0085 Fp + 5,403
(с минимальной толщиной обкладок)
4 TRANSPORTGUMMI рл = 0,0082 Fp + 11,459
5 WOLBROM рл = 0,1962 Fp 0,695
Рл’Рк’
кг/м
60
40
20
• 5 1/2 6. /♦ 4
X/v ^0*3
jr * WOLBF ОМ (1)
О КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА (2) О КАНАТЫ ТЛК (3) ♦ STEELCORD (4) * MATADOR (5) • TRANSPORTGUMMI (б) • КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА без обкладок (7)
Рис. 3. Зависимости погонной массы тяговых органов рл и рк от их разрывной прочности Гр
2000
4000
6000
Fp.KH
ального резинового слоя, предназначенного для защиты ленты от внешних воздействий, определяемых условиями эксплуатации.
Применение лент с минимальной толщиной обкладок позволит, в свою очередь, расширить область применения ленточных подъёмных установок по высоте за счёт увеличения рабочей длины ленты без стыковых соединений, что на сегодняшний день составляет 250-300 м (длина ленты в транспортном рулоне, имеющем ограниченные габариты и транспортную массу). Фирма Metso Minerals [4] предлагает новый способ изготовления лент и транспортирования их в специальных контейнерах, позво-
ляющих вместить ленту без соединительных стыков длиной до 800 м.
На рис. 3 и в табл. 2 для сравнения приведены зависимости погонной массы резинотросовых лент рл шириной 1 м и канатов рк от их разрывной прочности Fj,. Как видно из графиков, производимые конвейерные ленты обладают большей погонной массой, чем канаты.
Наиболее широкий диапазон прочностей охватывают ленты TRANSPORTGUMMI и MATADOR. Они же имеют наименьшие из рассмотренных лент значения погонной массы. Кроме лент с рекомендуемыми для конвейерного транспорта обкладками были рассмотрены ленты КУРСКРЕЗИНО-ТЕХНИКИ с минимальной толщиной обкладок, что значительно снижет массу ленты. Например, при разрывной прочности Fp =5000 кН/м с тонкими обкладками 1 м2 ленты может быть легче на 12 кг, то есть на 20 %.
На основе приведенных в табл. 2 аппроксимирующих зависимостей были определены соотношения погонных
Рис. 4. Зависимости пр от разрывной прочности ¥р для лент: 1 и 1’- КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА со стандартной и уменьшенной толщиной обкладок; 2 - ТРАКБРОРТОиМШ; 3 - ШОЬБРОМ
Рис. 5. Зависимости Пд от высоты подъёма Н для лент КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА: 1 - РТЛ-1500; 2 - РТЛ-2500; 3 -РТЛ-3150; 4 - РТЛ-5000
масс резинотросовых лент и канатов пр = рл/рк при их одинаковой разрывной прочности.
Из графика (рис. 4) видно, что при большой разрывной прочности параметр пр стремится к 1. При этом наиболее легкими являются ленты ТРАКБРОРТОиММ1, а наиболее тяжелыми - ленты WOLBРOM. При использовании же стандартных лент КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА масса тягового органа по сравнению с канатами увеличивается на 50-20 % при разрывном усилии свыше 4000 кН. При минимальной толщине резиновых обкладок ленты её погонная масса с ростом разрывного усилия приближается к погонной
массе канатов. Поэтому для подъёмных установок с ленточными тяговыми органами необходимо выбирать ленты с максимальными разрывными прочностями.
Повышение массы ленточного тягового органа по сравнению с канатным проявляется меньше при применении подъёмных установок со шкивами трения на неглубоких шахтах.
При решении вопроса выбора тягового органа (ленты или каната) имеет значение соотношение масс полезного груза па = 0Лр/0Кр ,
где ОЛр и ОКр - полезные
грузоподъёмности лент и канатов соответственно. На рис. 5 приведены зависимо-
то
с2/м
Ь2
0,8
0,4
1 . ■ •Л А РТЛ1500 (1) • РТЛ2500 (2) • РТЛ3150 (3)
!\- 1200 м * РТЛ501 □ Канат Ю(4) ы ТЛК (5)
|\| * 1 1 \ * Д 2\\з 4\/\5
Н=100м
10
20
30
Огр,т
сти параметра п от высоты подъёма Н, рассчитанные для канатов типа ТЛК максимальной прочности и типоряда лент КУРСКРЕЗИНОТЕХНИКА шириной В = 1м.
По сравнению с самыми мощными канатами типа ТЛК лента РТЛ-5000 обеспечивает большую грузоподъёмность при одноканатном подъёме. Остальные ленты такого преимущества при принятой ширине не имеют. Следует отметить, что коэффициент запаса прочности для лент принимался более высокий (т = 7), чем это рекомендуется ПБ для канатных подъёмных установок.
Таким образом, по грузоподъёмности резинотросовые ленты не уступают канатам, а при небольших глубинах могут их даже превосходить. Однако с увеличением высоты подъёма начинает сказываться относительно большая погонная масса резинотросовых лент, поэтому целесообразность применения подъёмных установок с лентами будет только при облегчённых лентах, например, за счёт замены металлических тросов каркаса лент тросами из синтетического во-
Рис. 6. Зависимости массивности тягового органа рто от грузоподъёмности Qгр подъёмной установки
локна, что уже предлагается компаниями [4].
Следует также отметить, что по сравнению с одноканатными подъёмными установками недостаток завышенной массы ленты при статических нагрузках может быть нивелирован в динамических режимах. Дело в том, что в подъёмных установках с ленточным тяговым органом эксплуатационная длина тягового органа короче как минимум на высоту подъёма ввиду того, что эта часть канатов наматывается на барабан. Поэтому общая масса тягового органа подъёмных установок с резинотросовыми лентами будет меньше, что сократит и маховые моменты на перемещение тягового органа.
Для сравнения тяговых органов удобно пользоваться их массивностью:
= р'1 д ■ а, ’
где Ь - полная длина тягового органа, м; р - погонная масса тягового органа, кг/м.
На рис. 6 приводятся зависимости массивности тягового органа Цт0 от их грузоподъёмности Огр. Зависимости определены для высот подъёма от 100 (нижняя граница) до 1200 м (верхняя граница). Из графика видно, что по сравнению с канатами все ленты имеют меньшую массивность в области высокой грузоподъёмности Огр = 20-40 т и небольших высот подъёма Н = 100-400 м.
Заключение
Применение резинотросовых ленточных тяговых органов вместо канатов может обеспечить подъёмным установкам некоторые преимущества:
• Уменьшение габаритов, массы и массивности элементов подъёмной машины;
• Снижение капитальных и эксплуатационных расходов на шахтном подъёме;
• Увеличение ресурса тяговых органов подъёмных установок;
• Применение высокопроизводительных подъёмных установок со шкивами трения на неглубоких шахтах Н = 100-400 м.
В то же время резинотросовым лентам присущи следующие недостатки:
1. Каталоги компаний КУРСКРЕЗИ-НОТЕХНИКА, MATADOR, CONTI TECH, TRANSPORTGUMMI, WOLBROM, BRIDGESTONE.
2. Зотов В.В. Определение области использования подъёмных установок с ленточным тяговым органом//Горный информационноаналитический бюллетень, № 10 - Москва, Издательство МГГУ, 2005 г., с. 277 - 280.
3. Колосов Л.В. Рациональные параметры высокопрочных резинотросовых кана-
• Возможность неустойчивого
движения ленты на приводных и направляющих барабанах;
• Необходимость выравнивания нагрузки между тросами основы ленты;
• Высокая погонная масса резинотросовых лент.
При проектировании подъёмных установок с ленточными тяговыми органами следует учитывать необходимость устройств, центрирующих движение ленты на приводном барабане, и подвесных устройств подъёмных сосудов с возможностью выравнивания нагрузки между тросами ленты. Использование схемы подъёмной установки со шкивом трения позволит уменьшить массивность тягового органа. При этом рекомендуется использовать ленты высокой разрывной прочности с уменьшенной толщиной обкладок лент.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тов//Изв. Вузов. Горный журнал. - 1989 г. №2, с. 105-109.
4. Пальке Ю., Гюнтер Р. Расширение сферы применения вертикальных конвейерных систем Иех(те11® («Флексовелл») и РоскеШй® («Покетлифт») за счёт использования высокопрочных элементов из стали и кевлара, работающих на растяжение // Горный журнал. - 2003 г. №1, с. 48-49.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------
Зотов В.В. - ассистент, кафедра «Горная механика и транспорт», Московский государственный горный университет.
