Министерство угольной промышленности СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

по безопасности работ в горной промышленности

М а к Н И И

ВРЕМЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВКЛАДЫШЕЙ НАПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ СОСУДОВ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК С КАНАТНЫМИ ПРОВОДНИКАМИ

РЕКОМЕНДАЦИИ

на проектирование направляющих устройств сосудов подъемных установок с канатными проводниками

Макеевка — Донбасс 1972

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛйЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ( МвкНИИ )

УТВЕШАЮ:

Начальник управления главного механика и главного энергетика Минуглепрома СССР

В.СИДОРОВИЧ " 26 ^и октябрт 1972 г.

ВРЕМЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВКЛАДЫШЕЙ НАПРАВЛЯЩИХ УСТРОЙСТВ СОСУДОВ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК С КАНАТНЫМИ ПРОВОДНИКАМИ

Макеевха-донбэсс

1972

где Л⁷ - коэффициент упругой связи, ми d - диаметр головного каната, мм;

Q - осевое растягивающее усилив (концевая нагрузка,

Величина коэффициента упругой связи "к" определяется конструкцией каната. Для расчета величину "к" следует принимать равной 0,092, как для канате ГОСТ 7668-55, рекомендуемого в настоящее время в качестве головного для вертикальных подъемных установок.

Величина крутящего момента, передаваемого от головных канатов подъемному сосуду многоканатной подъемной установки , определяется так:    .

, кгм,    (7)

где, кроме ранее упомянутого:

С - коэффициент результирующего момента, показывающий, какая часть момента передается подъемному сосуду МК установки из-88 неравномерного распределения нагрузки между головными канатами. На основании обработки статистических данных методами теории вероятностей и математической статистики величина "с" принятв равной 0,175; d, - диаметр головного каната UK подъемной установки,мм;

О, - осевое растягивающее усилие (номинальная концевая нагрузка) на один канат, кг.

Нагрузка от неточности установки проводников (Ру) определяется выражением:

Ру- C_t kf_n U , кгс,    (8)

где С_г - величина коэффициента, учитывающего взаимное влияние проводников друг на друга; kf_n - коэффициент сопротивления канатного проводника поперечному усилию, кг/м;

Ц - величина отклонения канатного проводника, от проектного, м.

Согласно проведенных исследований величина Cj равна 5.

Величина коэффициента табл.I или И8 выражения:

_к _с* fin (i* <*>)

- коэффициент массивности проводникового каната;

относительное расстояние от точки приложения выевших сил к проводнику до натяжного груза.

Коэффициент массивности проводника определяется так:

О - вас единицы длины проводникового каната, кг/м;

Е - длина канатного проводника ,м;

Qip - вес натяжного груза, кг.

В соответствии с "Временной инструкцией по эксплуатации шахтных подъемных установок о канатными проводниками*, принятой Техническим Советом ИУП СССР 31 января 195? г., отклонение от проектного расстояний центров проводниковых канатов между собой и по отношение к центру подъемного маната для верхних точек закрепления допускается £ 5 мм.

Отклонение проводниковых канатов от отвесного положения допускается 10 мм на каждые 100 и глубины ствола»

При расчете нагрузки от неточности установки проводников можно пренебречь отклонением их верхних точек, а величину отклонения ^w Ц " в нижней части определять в зависимости от глубины ствола по следующей формуле:

ц э. .-Д.-..    ,    м    , где Н - глубина стволе , м

Графики сил, действующих на направляющее устройство по глубине ствола,приведены на рис.З,

Условная площадь контакта якладыва с проводниковым жена*

том определяется по формуле:

5к = о it. •^см2

12

Таблице I

5 ! __ 1 ! при значениях сС 1 ! 0,5 ! 1»0 I 1,5 0,01 101,49 101,98 102,49 0,02 51,51 51,99 52,44 0,03 34,86 35,34 35,80 0,04 26,54 27,03 27,49 0,05 21,56 22,05 22,51 0,06 18,24 18,74 19,21 0,07 15,88 16,38 16,85 0,08 14,II 14,62 15,09 0,09 12,74 13,25 13,73 0,1 Д.65 12,16 12,66 0,2 6,86 7,44 8,01 0,3 5,46 6,13 6,79 0,4 4,98 5,77 6.55 0,5 4,98 5,94 6,88 0,6 5,40 6,61 7,80 0,7 6,41 8,04 10,10 0,8 8,73 11,19 13,64 0,9 16,09 21,05 26,00 0,91 17,5 23,28 28,77 0,92 19,15 26,05 32,22 0,93 22,07 29,61 35,05 0,94 25,06 34,40 38,48 0,95 29,42 41,04 47,71 0,96 36,98 51,0 63,40 0,97 46,77 67,69 83,65 0,98 72,76 101,46 125,63 0,99 126,09 201,45 247,55

13

(X - длина хорды, образовавшейся во вкладыше, вследствие его взноса проводниковый канатом;

Ч* - длине вкладыша одного проводникового каната.

Длина хорды, см.риоЛ» определяется выревением: а * 2 г- к¹ , _0Ы|

Z - радиус проводникового каната, см; к - высота изношенного одоя, ом.

Как видно из графиков, представленных на рио.З, усилие, действующее на напрявляющее устройство (его вкдадыв) в течение цикла подъема, изменяется в значительных пределах, оовхому износ вкладыша sa цикл подъема можно определить так:

hgt+ h*    ,    мы    (II)

где h_Ith_f,    к* - иэнос вкладыша на отдельных участках ствола.

Анализ графиков нагрузок (рис.З) показывает, что достаточную для практических целей точность расчетов иокно получить при К * 10.

Величина износа вкладыша на I участке определяется из

выражения:    .    ^    _с

hj«Jj • Оj    (мм),    (12)

где V] - интенсивность износа на I участке , определяемая по графику (см. рис Л,2) по величине Р, $ для этого участка; iSj - длина первого участка, км.

Удельное давление на вкдадыв на I учаотке будет:

Pi - яЬ •^{кгс/оиг}

где, кроме упомянутых:

Р *• средняя нагрузка на вкладыш на I участке, кг;

Sk₀T У^{словная} площадь контакта вкладыяа с проводниковым канатом, при ияносе вкладнма от 0 до I им по высоте

Р*о. 3. Графики сил,действующих на направляющее устройство:

It-корволисова сила; 2т- аэродинамическая сила; Зтсила от момента; 4 -сила от неточности установки проводников.

3

ВВЕДЕНИЕ

Одним из вакнейишс звеньев технологического комплекса современных вахт являются подъемные установки, от технического состояния котооых зависит бесперебойная работа ввхты и безопасность транспортировки людей. В настоящее время в навей стране четко определилась тенденция в более широкому использованию канатных проводников не шахтных подъемных установках. Вели до 1965 г .в эксплуатации находилось всего 5 и выполнены проекты 4-х установок с канатными проводниками, то в 1965-1969 гг* выполнены проекты 52 подъемных установок и пущено в эксплуатацию 14. Среди запроектированных установок 17 весьма крупных о концевой нагрузкой 25*55 тонн и скоростью 10*14 м/сек.

Столь вшрокоыу распространению канатных проводников способствовало то, что их применение дает ряд очень вакных преимуществ - они позволяют значительно повысить скорость подъема, не оказывают разрушающего воздействия не головные канаты и подъемные сосуды, исключают возможность выхода подъемлого сосуда из проводников, увеличивают коэффициент полезного действия подъемной установки, оказывают значительно меньшее сопротивление вентиляционной струе, значительно оокрещают время армирования ствола, повышают коэффициент использования и. обеспечивают наибольшую безопасность эксплуатации всей подъемной установки.

Опыт эксплуатации подъемных установок о канатными проводниками позволил определять один ив наиболее несовершенных гас элементов. Таким элементом является направляющее устройство подъемных сосудов и его вкладыш.

Направляющие устройства служат для овяэи подъемного сосуда с проводниковыми канатами, обеспечивают направленное движение подъемного сосуда в стволе и являются одним иэ оонов-ных конструктивных элементов, от которых зависит экономичная и безопасная рвбота подъема в целом.

4

В настоящее время в качестве направляющих устройств исподь-вуются разрезные цилиндрические втулки. Изготавливаются такие втулки, в основной, способом литья из серого чугуна (СЧ 21-40),а также ив цельной прессованной березовой древесины, пропитанной в парафине.

Изучение работы направляющих устройств типа втулок скольжения из чугуна поквззло, что они обладают рядом существенных недостатков:

а)    имеют малый срок.службы (1-3 суток работы), вследствие быстрого износа;

б)    оказывают разрушающее воздействие на проводниковый канат, ввиду чего срок службы прядевого каната не превышает 2-3, а закрытого - 4-5 лет;

в)    при неправильном конструктивном выполнении опасны в эксплуатации при применении канатов закрытой конструкции на людских и грузолюдских подъемных установках.

Применение втулок из цельной древесины невыгодно экономически из-за высокой стоимости втулок и их малого срока службы (1-2 днп).

На практике имело место эпизодическое использование роликовых направляющих на подъемных установках при проходке стволов и при строительстве шахт. Они также быстро разрушались.

Анализ отечественных и зарубежных конструктивных решений как направляющих скольжения, так и качения показывает, что их конструктивные размеры принимаются без учета параметров, характеризующих работу подъемной установки, 8 выбор материала вкладыша носит совершенно необоснованный характер.

Необходимость совершенствования существующих конструкций направляющих устройств подъемных сосудов, работающих с канатными проводниками, определена з результате проведенной научно-исследовательской работы, выполненной в МакНИИ в I970-I97I гг.

В указанной выше работа показано, что в настоящее время невозможно создать роликовое направляющее устройство на принципе качения о полным охватом проводникового каната 688 увеличения

6

габаритов подъемного сосуда.

Поэтому были разработаны временная методика расчета вкладышей направляющих устройств сосудов подъемных установок о канатными проводниками”*) и "Рекомендации на проектирование направляющих устройств для сосудов подъемных установок с канатными проводниками”, основанных на принципа скольжения.

Выбор параметров вкладышей по предлагаемой "Методике а танке выполнение проектов направляющих устройств на основе "Рекомендаций на проектирование..." позволят создать направляющие устройства, обеспечивающие приемлемый для эксплуатации срок службы вкладыией и увеличить срок службы проводниковых канатов не менее чем в 2 раза.

"Методика ..." и "Рекомендации на проектирование ..." составлены сотрудниками отдела рудничного транспорта и подъема МакНИИ к.т.н.Лесиным К.К., к.т.н.Самородовым А.И. и инж.Исеровым Б.И.

х) В дельнейием ъ тексте называется "Метедикой

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВКЛАДЫША, ИСХОДЯ ИЗ ТРЕБУЕМОГО СРОКА СЛУЖБЫ

По характеру работы и выполняемый функциональным задачам направляющее устройство представляет собой узел трения-скольжения. Для такого рода узлов обычно производится тепловой раочет и кинематический по сроку службы*

Характерной особенностью работы рассматриваемого узла является то, что:

1)    между вкладышем и канатом имеютоя значительные зазоры;

2)    вкладыш при движении сосуда постоянно соприкасается с новым участком каната*

Указанные особенности создают благоприятные условия с точки зрения охлаждения узла* Благодаря этому, как показали исследования, нет необходимости в его тепловом расчете.

Расчет по сроку службы производится исходя из допустимых норм износа вкладыша, определяемых из условия обеспечения выполнения направляющими своих основных зэдач-осуществление овязи подъемного сосуда с проводниками.

Износ в технике обычно определяют одной из следующих

характеристик: линейной ; весовой    или энергетической

интенсивностью износа. Так квк работоспособность вкладышей направляющих устройств определяется допустимой величиной линейного износа вклэдыша, то в данном случае будет удобно характеризовать износ вкладышей линейной интенсивностью изнооа.

Линейнвя интенсивность износа представляет собой высоту изношенног^ слоя, приходящегося на единицу пути трения:

-jg- мы/км, где ^ - величина изношенного слоя, мы; е£? - путь трения , км.

Линейнвя интенсивность износа для конкретной трущейся пары зависит от удельного давления, скорости скольаения, окружающей сроды (запыленность, абразивность, влажность, наличие смазки и пр.). В связи с отсутствием данных о линейной интенсивности износа

7

доя пары трения канат-материал вкладыша в лабораторных условиях ИакНИИ на специально разработанном стенде и не ш&хтах Донбасса были проведены исследования по ее определению»

Всесторонним исследованиям подвергались модифицированная древесина, капролон, текстолит. Фторопласт, полихлорвиниловые пдастикаты ПП-45 и ПИР-1, резине, чугун и латунь» Наименьшей интенсивностью износа среди иоследованных материалов, как выяснилось, обладают капролоы а чугун»

Зависимость интенсивности износа капролоыа и чугуна от удельного давления (р) и скорости ( J*) при омоченном водой и смазанном ом88коЙ канете представлена на рис.1 и 2»

Удельное давление (условное) на вкладыш определяется выражением:

(I)

где: г⁰ - нагрувка на вкладыш, (кго);

$_к - условная площадь контакта вкладыша о проводниковым

Основными Факторами, определяющими величину нагрузок не направляющие устройства, являются кориолисова и аэродинамический силы, силы от момента, возникающего в канате под действием осевой растягивающей нагрузки, а такие силы, развивающиеся в резуль тате неточной уотановки проводников.

Величина макоииального усилия, воздействующего на вклады»*, монет быть определена как оуыма перечисленных выше усилий, п

именно:

^р = ^РК ^{+ F}a ⁺ vu * 'у • “^го

Кориолисова оила (Р_к) является результатом вращательного движения земли и поступательного движения подъемного сосуда вдоль ствола:    «

Р_к = А' и v , кгс,

где К - коэффициент, учитывающий географическую широту места

располования шахты, угловую скорость вращения земли и ускорение силы тяжести, сек/м;

8

Рис. I. График интенсивности износа капролона:

1.    Скорость 16 м/сек, канат смачиваетоя водой

2.    Скорость 12 м/сек,канат смачивается водой

3.    Скорость 16 м/сек, канат смазан смазкой 39у

4.    Скорость 12 м/оек, канат смазан смазкой 39у

Рис.2. График интенсивности износа чугуна: 1.    Скорооть 16 м/оек,канат смачивается водой 2.    Скорооть 12 м/сек, канат смачиваетоя водой 3. Скорость 16 м/сек, канат смазан смазкой 39у 4. Скорость 12 м/сек, канат смазан смазкой 39у

9

- концевая нагрузка, кг;

* скорость движения подъемного сосуда, м/сек.

Для условий Донбасса (географическая широта 48°),

К = I . Ю-^оек/м.

Аэродинамическая сила ( Р_в) " оме» действующая на подьеиный сосуд в стволе, в результате его взаимодействия о воздушной струей.

Величине этой силы зависит от скорости движения подъемного сосуда, окорости движения воздушной струи, расположения подъемного сосуда в стволе и определяется выражеаием;

^и’°* (*>

где И_а - коэффициент , учитывающий неравномерность распределения

скорости воздуха у грэней обтекаемого тела, удельный вес воздуха и ускорение силы тяжести, ^вг • ^сек2 •

«.     В5--

Vi - скорость воздушного потока в пространстве между стенками подъемного сосуда и ствола, м/сек;

Sc ~ площадь боковой стенки подъемного сосуда, м2

К_й * 2,2 , ИГ»    -

^а 1*

Сида от крутящего момента ( Р_ц) , возникающего в головном канате под действием осевой растягивающей нагрузки.

При симметричном расположении проводников:

'ts;—    • ^{кгo,    (5)}

где М - крутящий момент, передаваемый подъемвому сосуду, кгм;

Sn ” плечо вращения, т.е. расстояние от центра подъемного сосуда в плане до канвтного проводника, м. При попарно симметричном расположении проводников (для скипов) Sn определяет ся квк среднее арифметическое двух плечей.

Крутящий момент для одноканатной установки определяется из выражении:

, кгм