РАЗДЕЛ 2
УЧЁТ ДИНАМИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА НАГРУЗОК ОТ РАБОЧЕГО НАТЯЖЕНИЯ ПОДЪЁМНЫХ КАНАТОВ
2.1. Анализ норм по определению нагрузок от рабочего натяжения подъёмных
канатов
Нагрузки от натяжения подъёмных канатов являются основным видом технологических
нагрузок шахтных копров [27, 35, 177, 253, 263, 314]. Для одноконцевой
подъёмной установки нагрузка от натяжения подъёмного каната состоит из одной
равнодействующей, которая линейно зависит от внутренних усилий в отвесной и
наклонной части подъёмного каната (см. рис. 2.1,а).
а)
б)
Рис. 2.1. Схема передачи нагрузки от натяжения подъёмного каната: а) для одного
направляющего шкива; б) для двух направляющих шкивов
Поскольку силы сопротивления в подшипниках вращающегося шкива незначительны (не
более 2%), внутренние усилия в отвесной и наклонной части подъёмного каната
можно полагать равными между собой, тогда равнодействующая определяется
следующей формулой:
, (2.1)
где - угол наклона струны подъёмного каната;
- внутреннее усилие в подъёмном канате, Н.
В соответствии с «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах» [242],
угол наклона струны подъёмного каната обычно составляет =35-550, вследствие
этого угол наклона равнодействующей к вертикали составляет:
. (2.2)
В соответствии с формулой (2.1) нагрузка на конструкции шахтного копра является
линейной функцией от усилия натяжения подъёмного каната, и составляет
(1,77…1,85).
Для двухконцевой подъёмной установки, оборудованной подъёмной машиной
барабанного типа, нагрузка от натяжения подъёмных канатов состоит из двух
равнодействующих, имеющих отличия в углах наклона к вертикали 2,5…3,50. В
зависимости от схемы расположения направляющих шкивов (см. рис. 1.4)
равнодействующие могут располагаться на одном уровне (см. рис. 1.4,а) на
некоторых расстояниях от оси сооружения и на разных уровнях (см. рис. 1.4,б) по
оси сооружения или с некоторым смещением. В первом случае нагрузка от натяжения
подъёмных канатов может быть представлена в виде обобщённой силы (главного
вектора) и трёх моментов приведения, приложенных к центру масс сооружения на
уровне опирания направляющих шкивов (см. рис 2.2). Во втором случае нагрузка
может быть представлена в виде двух главных векторов, приложенных к центрам
масс сооружения на соответствующих уровнях опирания направляющих шкивов (см.
рис.2.1).
Рис. 2.2. Схема приведения нагрузки от натяжения подъёмных канатов к главному
вектору
В случае смещения плоскости шкива относительно оси сооружения во втором случае
также действуют моменты приведения (см. рис. 2.2). Таким образом, при натяжении
подъёмных канатов происходит деформация конструкций шахтных копров по следующим
направлениям: вертикальном; горизонтальном к подъёмной машине; кручение в
горизонтально плоскости. Поскольку при движении подъёмной машины усилия в
подъёмных канатах имеют динамический характер, массы копра совершают
вынужденное колебательное движение. Таким образом, задача определения нагрузок
от натяжения подъёмных канатов, сводится к определению переменных во времени
внутренних усилий в подъёмных канатах. Вследствие наличия угла девиации струны
подъёмного каната (1,50) (рис. 1.7), на конструкции шахтного копра также
действуют горизонтальные силы в направлении, перпендикулярном плоскости
направляющих шкивов, однако величина этих сил составляет около 2% от величины
внутреннего усилия в подъёмном канате и в практических расчётах этими силами,
как правило, пренебрегают [28].
В соответствии с действующими нормами [35, 253, 314], нагрузки на конструкции
шахтных копров от натяжения подъёмных канатов определяются по условной схеме
как статические. Для всех видов подъёмных установок (клетевых и скиповых)
расчётные значения усилий в подъёмных канатах определяются для стадии
ускоренного движения загруженного сосуда в начале подъема [27, 28, 177, 263].
При определении нагрузок от рабочих усилий в ветвях подъёмного каната
учитываются: нагрузки от собственного веса канатов и подъёмных сосудов; вес
грузов в подъёмных сосудах; силы инерции, возникающие при ускоренном движении
подъёмной машины; силы сопротивления движению сосуда в шахтном стволе [27, 28,
263, 314]:
(2.3)
(2.4)
где - натяжение подъёмного каната в начале подъёма, Н;
- натяжение подъёмного каната в начале спуска, Н;
- вес полезного груза, Н;
- линейный вес подъёмного каната, кг/м;
- высота подъёма (расстояние от уровня нижней приёмной площадки до уровня
верхней приёмной площадки), м;
- расстояние от уровня разгрузки до оси направляющего шкива, м;
- ускорение подъёмной машины, м/с2;
k – коэффициент сопротивления перемещению всех движущихся частей подъёмной
машины.
В формулах (2.3), (2.4) сомножитель учитывает силы инерции, возникающие при
движении подъёмной машины с ускорением. Коэффициент k=1,06-1,15 учитывает силы
сопротивления движению подъёмных сосудов в шахтном стволе [28, 177, 285].
Поскольку углы наклона к горизонту струн ветвей подъёмного каната двухконцевой
подъёмной установки отличаются на 1,5-2,50 (см. рис. 2.1), для выявления
максимальных значений вертикальной и горизонтальной составляющих
равнодействующих натяжения подъёмных канатов, в литературных источниках [27,
28] предлагается рассматривать два варианта нагрузок: 1) сосуд, подвешенный на
верхнем канате в начале подъёма, сосуд, подвешенный на нижнем канате в начале
спуска; 2) сосуд нижнего каната внизу в начале подъёма и сосуд верхнего каната
в начале спуска. В практике проектирования шахтных копров иногда в запас
прочности применяют следующий приём: для определения вертикальной составляющей
принимают первый вариант нагрузок, а для горизонт
- Київ+380960830922