Государственный комитет по топливной промышленности при Госплане СССР

Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности

М а к Н И И

М ЕТОДИКА

РАСЧЕТА ВЫСОТЫ ПЕРЕПОДЪЕМА ДЛЯ МНОГОКАНАТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК

МАКЕЕВКА- ДОНБАСС 19 6 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ТОПЛИВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ГОСПЛАНЕ СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

МакНИИ

Научно-исследовательский отдел рудничного транспорта и подъема

МЕТОДИКА

расчета высоты переподъема для многоканатных подъемных установок

ДИРЕКТОР ИНСТИТУТА, доктор техн.наук, профессор    И.БОБРОВ

НАЧ.НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ОТДЕЛА РУДНИЧНОГО ТРАНСПОРТА И ПОДЪЕМА,

канд.техн.наук    К.ЛЕСИН

Макеевка - Донбасс 1965

10

тивления движению одной величины, на участке, где происходит торможение скипа с углем, - другой величины, а на участке, пределов которого может достигать скип, груженный породой, должна создаваться сила сопротивления движению, имеющая третье значение.

3. Амортизаторы, обеспечивающие постоянное предельно допустимое замедление.

Величина силы сопротивления,развиваемой амортизаторами такого типа, зависит от положения сосуда в амортизирующем устройстве, а замедление сосуда при любом загружении его не превосходит определенной, наперед заданной величины.

РАСПОЛОЖЕНИЕ АМОРТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В КОПРЕ И В ЗУМПФЕ ШАХТЫ

I. Высота свободного перемещения сосуда ниже уровня нижней приемной площадки

Высоту, необходимую для свободного перемещения подъемного сосуда ниже уровня приемной площадки (рис.2), необходимо определять исходя из величины пути торможения системы, движущейся со скоростью, допускаемой ограничителем скорости при предохранительном торможении подъемной машины в режиме спуска расчетного для данного подъема груза по формуле:

ИсБз = Ькб ^{+ V}<tap ⁺ \    ⁽¹⁾

где Ь-й .    -    расстояние    по    вертикали    от    уровня    нижней    прием-

^УчЭ ной площадки до амортизирующих устройств, располагаемых в зумпфе шахты;

- высота установки концевых выключателей, предназначенных для отключения двигателя подъемной машины от сети в случае переподъема сосудов.

II

12

Согласно § 463 Правил безопасности

НкЬг 0,5 и;

скорость подхода сосудов к приемным площадкам при нормальной работе ограничителя скорости.

В соответствии с § 463 Правил безопасности следует принимать Vq * 1*5 м/сек ;

замедление подъемной установки при предохранительном торможении подъемной машины в режиме спуска расчетного груза. Согласно § 472 Правил безопасности j = 1,5 м/сек2. Так как спуск груза является нормальной технологической операцией лишь для клетевых подъемных установок, то при определении высоты свободного перемещения сосудов ниже уровня нижней приемкой площадки для скиповых подъемов можно принимать j = 0,9 ♦ I м/сек^;

время срабатывания тормоза - время от момента подачи импульса на включение тормоза в работу (например, от момента разрыва цепи защиты двигателя подъемной машины в результате срабатывания концевого выключателя) до начала замедления системы (когда величина тормозного момента достигает значения статического момента М_т = М_с;р). При выполнении расчетов следует принимать:

0,8 сек    -    для    тормозов    с    гидравлическими приводами;

О,9*1,0 сек    -    для    тормозов    с    пневматическими приводами;

0,5 сек    -    для    тормозов    с    пружинными приводами.

Такое расположение амортизирующих устройств в зумпфе шахты следует считать наиболее целесообразным исходя из тех соображений, что рекомендуемые в настоящее время для этих целей амортизаторы (канатно-винтовые амортизаторы и амортизаторы резания) требуют дополнительной настройки либо замены отдельных элементов после каждого срабатывания. В связи с этим при уменьшении высоты,необходимой для свободного перемещения сосудов ниже уровня нижней

13

приемной площадки в сравнении со значениями, определенными по приведенной выше формуле, амортизирующие устройства будут вступать в работу не только при переподъеме сосудов на больших скоростях, но и в тон случае, когда скорость подхода сосудов к приемным площадкам не будет превосходить значений, допускаемых ограничителями скорости. Как известно, в практике переподъем сосудов на больших скоростях сравнительно частое явление. В связи с необходимостью проведения частых настроек амортизирующих устройств возникает опасение, что в практике эти устройства в нужный момент могут оказаться в нерабочем состоянии.

Уменьшение высоты свободного перемещения сосудов ниже уровня нижней площадки в сравнении со значениями,полученными по приведенной выше формуле, может быть допущено лишь в порядке исключения, когда это диктуется особыми условиями (например, при реконструкции подъемной установки действующей шахты и др.).

2. Высота установки амортизирующих устройств в копре

Высоту, необходимую для свободного перемещения сосудов выше уровня верхней приемной площадки (рис.2), необходимо определять с учетом упругой вытяжки подъемных канатов от веса порожнего сосуда по формуле:

(2)

где, кроме ранее оговоренных величин:

расстояние по вертикали от крыши подъемного сосуда в момент нахождения его на уровне верхней приемной площадки до нижней кромки амортизирующего устройства;

- упругое удлинение подъемных канатов, вызываемое весом порожнего сосуда;

(3)

14

Q - вес порожнего сосуда, кг ;

£ - длина вертикальных участков подъемных канатов -расстояние по вертикали от точки схода каната со шкива кашины до подъемного сосуда, в момент входа его в нижнее амортизирующее устройство, см ;

р - суммарная площадь поперечного сечения металла всех подъемных канатов, см² ;

£    -    модуль    упругости    стальных    канатов, кг/см². При

выполнении расчетов следует принимать:

Е « 1,2.10® кг/см² - для круглопрядных канатов с органическим сердечником;

Е = 1,5.10® кг/см² - для трехграннопрядных канатов с органическим сердечником и круглопрядных канатов с металлическим сердечником;

С    р

Е * 1,7.10 кг/см - для канатов закрытого типа;

£ - коэффициент, учитывающий необходимость увеличения уровня установки амортизирующих устройств в копре из-за посадки опускающихся сосудов на амортизаторы, а не на жесткое основание:

£ а 1,5 - для шахт глубиною до 1000 м;

£ * 1,75 - для шахт, глубина которых превышает 1000 м.

Для тех подъемных установок, с помощью которых предусматривается спуск в шахту длинномерных материалов, высота для свободного переподъема сосудов в копре должна определяться высотою, необходимой для выполнения атой технологической операции.

Согласно требованиям § 147 Правил безопасности высота свободного переподъема на многоканатных подъемных установках должна быть не менее 3 м. Следовательно, в тех случаях когда значение высоты свободного переподъема, определенное из (2)

16

з

jnt()(A_rl)So+^M, (n+lflS,

^Нг    АП

Л

йг

Qo

д _    -    коэффициент загрузки сосуда (промежу-

* Qo точное значение);

У₀ - скорость входа сосуда в амортизирующее устройство; г) при амортизаторах, обеспечивающих постоянное предельное замедление подъемного сосуда

Shp* *    //^П+    М    ^    ⁺    (?)

Для верхних амортизирующих устройств

Рабочий ход амортизаторов верхних амортизирующих устройств может быть определен по следующим формулам:

а) при амортизаторах с постоянным режимом торможения

б) при амортизаторах, обеспечивающих двухступенчатый режим торможения

- 17

I , (x-D(h-i)

л«

(9)

в) при амортизаторах, обеспечивающих трухступенчатый режим торможения

Sбры. ^а 5бо⁺ Ssi⁺S6z сю).

где

V о

ЦК

I

(к-0(л,-1

ЛК ^ъ°

² лк

путь торможения порожнего сосуда в верхнем амортизирующем устройстве (длина основной ступени торможения в верхнем амортизирующем устройстве);

путь, проходимый сосудом весом в верхнем амортизирующем устройстве за пределами основной ступени торможения (длина первой дополнительной ступени верхнего амортизирующего устройства) ;

путь, проходимый сосудом весом в верхнем амортизирующем устройстве за пределами основной и первой дополнительной ступени амортизатора (длина второй дополнительной ступени);

г) при амортизаторах, обеспечивающих постоянное предельное замедление подъемного сосуда

2дк

(к-w-ikH

(II)

18

П. РАСЧЕТНОЕ ЗНАЧЕНИЕ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ АМОРТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

I. Для амортизирующих устройств, располагаемых в зумпфе шахты

а) в случае амортизаторов, обеспечивающих постоянное значение силы сопротивления.

Величину силы сопротивления, развиваемую вивши амортизатором, следует определять исходя из веса порожнего сосуда и допускаемого условиями безопасности для человеческого организма показателя режима торможения для нижнего амортизатора по формуле:

Кн=йо(П + 1)    (12)

где, кроме ранее оговоренных величин:

- расчетное значение силы сопротивления, развиваемой нижним амортизирующим устройством;

Г1 - показатель режима торможения порожнего сосуда в нижнем амортизирующем устройстве,

J_H - предельно допустимая из условий безопасности величина замедления порожнего сосуда в нижнем амортизирующем устройстве.

Как указывалось ранее, Jn± 50 м/сек. Следовательно, для грузолюдских и людских подъемных установок следует принимать П ^    5.

б) для амортизаторов, обеспечивающих двухступенчатые режимы торможения.

19

Для определения величины силы сопротивления на обоих участках могут быть использованы следующие формулы:

R₀ ⁼ &o(n+<)    (и>

R -Qzp(n+i)    (i*o

где R₀ - сила сопротивления, развиваемая амортизирующим устройством на участке торможения порожнего сосуда;

R - сила сопротивления амортизирующего устройства

на соседнем участке, пределов которого может достигать лишь груженый сосуд.

в) для амортизаторов, обеспечивающих трехступенчатый режим торможения.

Величина силы сопротивления, развиваемая амортизатором на каждом участке, может быть определена из формул:

На участке торможения порожнего сосуда

R₀ ^sQo(n+0    (15)

На участке торможения сосуда весом 6/, (например скипа, груженного углем):

(16)

r, * а, (пн)

На участке торможения сосуда весом ^(например скипа, груженного породой при условии, что

(17),

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методика расчета высоты переподъема для многоканатных подъемных установок составлена на основании результатов, получениях при выполнении научно-исследовательской работы "Разра -ботка рекоиендаций по обеспечению безопасности работ нногоканат-ннх подъемных установок для глубоких шахт", выполненной в соответствии с тематическим пленой МакНИИ на 1964 г.

Названная работа содержит краткое описание применяемых в заграничной практике технических средств для торможения сосудов при первподъеме, исследования процесса торможения сосуда при различных типах амортизаторов: амортизаторов с постоянной силой сопротивления; амортизаторов, обеспечивающих ступенчатые режимы торможения сосуда, и амортизаторов, обеспечивающих постоянное, предельно допустимое замедление сосуда, а также рекомендации по расчету высоты переподъема для иногоканатных Подъемных установок.

В работе содержатся также результата стендовых испытаний амортизаторов клинового типа, подменяемых в шведской практике для торможения сосудов многоканатных подъемных установок при первподъеме.

Методика расчета высоты переподъема для многоканатных подъемных установок составлена с учетом замечаний, присланных в адрес МакНИИ проектнс-кодструкторскИми организациями после рассмотрения проекта методики.

20

г) для амортизаторов, обеспечивающих постоянное предельно допустимое замедление сосуда.

Величина силы сопротивления, развиваемой амортизаторами такого типа, при расположении их в зумпфе шахты может быть определена по следующей формуле:

где, помимо ранее упоминаемых величин:

R₀ - сила сопротивления, развиваемая амортизирующим устройством при торможении порожнего сосуда, может быть определена из (5);

Sq - путь торможения порожнего сосуда в амортизирующем устройстве

с - V о

°0 ~ <¹⁹)

V₀ - скорость подхода сосудов к амортизирующему устройству.

При выполнении расчетов следует принимать \/д равным величине рабочей скорости проектируемого подъема:

= 9,81 м/сек^ - ускорение силы тяжести.

S - длина дополнительной ступени амортизатора (текущая координата). Величина " может быть определена из (II).

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в горнодобывающую промышленность нашей страны внедряется многоканатная система подъема, для которой основные нормы проектирования и эксплуатации были разработаны Макеевским научно-исследовательским институтом по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ) еще в 1956-1957 гг.

Многоканатная система подъема более безопасная, чем одноканатная. Ведущий шкив трения многоканатной подъемкой машины представляет собой своего рода фрикционную защиту против чрезмерного возрастания усилий в подъемных канатах,которые могут возникать при ударе о различного рода препятствия движущегося вверх сосуда,и исключает возможность напуске и последующего обрыва канатов в случае застревания в стволе опускающегося подъемного сосуда.

Наличие нескольких канатов на шкиве большой ширины исключает возможность обрыва канатов вследствие схода их со шкива и удара об ось. Все это указывает на высокую степень безопасности многоканатной системы подъема и на отсутствие необходимости в оборудовании многоканатных подъемных установок специальными предохранительными устройствами, предназначенными для улавливания клетей в случав обрыва подъемных канатов, так как обрыв канатов на многоканатных подъемных установках немыслим.

Но сама по себе многоканатная система подъема не исключает опасности удара подъемных сосудов о междуэтажное перекрытие копра.

Оборудование многоканатных подъемных установок ограничителями скорости также не устраняет полностью этой опасности, так как удары могут быть вызваны как в результате отказа в работе ограничителей скорости, так и другими причинами, не зависящими от состояния ограничителей скорости.

Для того чтобы ликвидировать эту опасность, каждую многоканатную подъемную установку необходимо оборудовать специальными амортизирующими устройствами, позволяющими осуществить

4

плавное торможение подъемных сосудов в случае подхода их к приемным площадкам со скоростью, превышающей значение, допускаемое ограничителем скорости.

Учитывая вышеизложенное, Правилами безопасности рекомендуется высоту переподъема для многокаяатных подъемных установок представлять состоящей из высоты свободного переподъема и высоты, необходимой для размещения амортизирующих устройств (рисЛ),

В свою очередь последняя Правилами безопасности представляется состоящей из рабочего хода амортизатора ( ^и Ьрх") ^и дополнительного (резервного) хода ( "hqx" )•

Правилами безопасности установлены также минимальные допустимые значения высоты переподъема. Однако никаких рекомендаций, связанных с расчетом высоты переподъема для многоканатных подъемных установок, Правила безопасности, естественно, не содержат.

Ниже приводятся рекомендации по расчету высоты переподъема для многоканатных подъемных установок, разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в МакНИИ в 1964 г.

Использование этих рекомендаций проектными организациями будет способствовать повышению безопасности работ многоканатных подъемных установок,

В объем теоретических исследований входило исследование процесса торможения и определение величины пути торможения порожнего и груженого сосудов в амортизирующих устройствах, располагаемых в копре,и в амортизирующих устройствах, располагаемых в зумпфе шахты при следующих двух, возможных в практике, случаях переподъема:

а)    при переподъеме, вызванном скольжением подъемных канатов по футеровке ведущего шкива подъемной машины (при остановленном шкиве);

б)    при переподъеме, вызванном отказом в работе ограничителя скорости (при вращающемся шкиве).

5

Рис.I. Схематическое представление высоты переподъема для кногоканатных подъемных установок

6

С целью установления возможности выполнения расчетов высоты переподъема по упрощенным формулам для обоих случаев переподъема определение пути торможения сосудов в амортизирующем устройстве, располагаемом в копре, проводилось как с учетом веса подъемных канатов и сил трения, возникающих между канатами и футеровкой шкива подъемной машины, так и без учета этих факторов.

При сравнении полученных результатов установлено:

а)    путь торможения сосуда в амортизирующем устройстве, располагаемом в копре при первом случае переподъема,определенный без учета веса подъемных канатов и сил трения канатов о футеровку шкива, всего лишь на 20-30j£ меньше пути торможения, определенного с учетом этих факторов;

б)    путь торможения сосуда в амортизирующем устройстве,определенный с учетом веса канатов и сил трения канатов о футеровку шкива, для второго случая переподъема значительно (в 2-3 раза) больше пути торможения, определенного без учета этих факторов, и при безопасных для организма человека режимах торможения и скорости движения сосуда 10-12 м/сек составляет порядка 16-18 м. Совершенно очевидно, что наличие такой высоты переподъема на многоканатных подъемных установках связано с неоправданно большими капитальными затратами.

Поэтому более целесообразным следует считать следующий порядок проектирования многоканатных подъемных установок:

а)    определение пути торможения сосудов в амортизирующих устройствах независимо от места расположения их (в копре либо

в зумпфе шахты) следует вести без учета веса подъемных канатов и сил трения, развивающихся между канатами и футеровкой шкива подъемной машины;

б)    для того чтобы уменьшить вероятность переподъема сосудов из-за отказа в работе ограничителя скорости, необходимо предусматривать на каждой многоканатной подъемной установке вместо одного два ограничителя скорости;

7

в) принимая во внимание потенциальную возможность некоторого увеличения пути торможения сосудов в амортизирующих устройствах» располагаемых в копре в результате влияния на сосуд веса подъемных канатов и сил трения, возникающих между канатами и футеровкой шкива подъемной машины в копре,на каждой подъемной установке необходимо предусматривать некоторый резерв высоты (резервный участок), помимо высоты, определенной исходя из величин рабочего хода амортизирующего устройства.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АМОРТИЗИРУЮЩИМ

УСТРОЙСТВАМ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫМ ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ СОСУДОВ ПРИ ПЕРЕПОДБЕМЕ

С целью обеспечения безопасности как при переподъеме сосудов, так и во время нормальной работы подъемной установки амортизирующие устройства должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1.    Амортизирующие устройства должны обеспечить безопасные условия для людей и не допустить повреждения установки при пере-подъеме сосудов со скоростью, равной максимальному значению рабочей скорости подъема.

2.    Параметры их должны быть такими, которые обеспечили бы полное превращение энергии, накопленной движущимися сосудами,

в работу сил сопротивления движению на участке пути возможно меньшей длины.

3.    Расположение амортизирующих устройств в копре и в зумпфе шахты должно позволять свободное перемещение сосудов за пределы приемных площадок на высоту, достаточную для торможения подъемной установки с помощью предохранительного тормоза при подходе сосудов к приемным площадкам со скоростью, не превышающей значений, допускаемых ограничителем скорости.

4.    Расположение амортизирующих устройств и режимы торможения сосудов в них должны быть такими, при которых обеспечивалось бы снятие с вала подъемной машины нагрузки, обусловленной весом

8

опускающегося сосуда в течение всего периода торможения сосудов в амортизирующих устройствах.

Совершенно очевидно, что это последнее требование может быть выполнено при соблюдении следующих условий:

а)    при установке на каждом подъеме двух амортизирующих устройств, одно из которых должно располагаться ниже уровня около-ствольного двора - в зумпфе шахты (нижнее амортизирующее устройство), а другое - над верхней приемной площадкой (верхнее амортизирующее устройство). Места установки каждого из них при этом должны выбираться таким образом, чтобы обеспечивалось последовательное включение в работу сначала нижнего, а затем верхнего амортизирующих устройств;

б)    режим торможения сосудов в амортизирующих устройствах должен выбираться таким образом, чтобы при всех возможных случаях переподъема путь торможения сосуда в верхнем амортизирующем устройстве оставался бы равным, либо несколько больше пути торможения сосуда в амортизирующем устройстве, устанавливаемом в зумпфе шахты.

5.    Замедления сосудов в амортизирующих устройствах не должны превышать безопасных для человеческого организма пределов.

При торможении сосудов, движущихся вниз, безопасным для организма человека считается замедление до 50 м/сек^ ( 5 ^ ).Для того чтобы избежать травмирования людей из-за отрыва их от пола при торможении клетей, движущихся вверх, величина замедления должна быть не более 20 м/сек^. Превышение этих величин замедления при торможении клетей с людьми может быть допущено лишь на резервных участках амортизаторов при скоростях движения клетей не более 2 м/сек.

6.    Величину замедлений сосудов грузовых подъемов,а также замедления противовесов как грузовых, так и грузолюдских подъемных установок следует выбирать из условий прочности их. При этом наибольшее значение замедлений при движении сосудов и противовесов вниз, так же как и сосудов грузолюдских подъемов,не должно превосходить 50 м/сек^ (5 Q ).

9

Величина замедлений сосудов грузовых подъемов и противовесов при движении вверх должна определяться из условия (3) и в отличие от сосудов грузолюдских подъемов может превосходить значение 20 м/сек^.

ТИПЫ АМОРТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ, КОТОРЫЕ МОГУТ

БЫТЬ РЕКОМЕНДОВАНЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ НА МНОГОКАНАТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВКАХ

Для торможения сосудов многоканатных подъемных установок при переподьеме могут быть рекомендованы следующие типы амортизаторов:

1,    Амортизаторы с постоянной силой сопротивления. Амортизаторы этого типа могут применяться как на грузовых, так и на грузолюдских подъемах.

2.    Амортизаторы, обеспечивающие ступенчатые режимы торможения (двухступенчатые, трехступенчатые).

Амортизаторы, обеспечивающие ступенчатые режимы торможения, должны выполняться таким образом, чтобы обеспечивали на разных участках торможения сосуда разную по величине силу сопротивления. Например, на участке, где происходит торможение порожнего сосуда (либо сосуда с людьми на клетевых подъемах), создавалась бы сила сопротивления одной величины, а на участке, пределов которого достигают лишь груженые сосуды, другой величины.

Совершенно очевидно, что путь торможения сосуда при этом будет иметь наименьшее значение лишь в тон случае, если на обоих участках будет осуществляться торможение сосудов с замедлением предельно допустимой величины.

Амортизаторы, обеспечивающие трехступенчатые режимы торможения, могут быть рекомендованы для применения на подъемных установках, где вес сосуда может принимать три фиксированных значения (например, на скиповых подъемных установках, предназначенных для выдачи из вахты угля и породы. В этом случае на участке, где происходит торможение порожнего скипа, должна создаваться сила сопро-