К вопросу организации защиты шахтной подъемной установки от напуска каната Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.673.6:62-59 И.Н. Латыпов

К ВОПРОСУ ОРГАНИЗАЦИИ ЗАЩИТЫ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ ОТ НАПУСКА КАНАТА

Исследования, проведенные в различные годы [1, 2, 3], показали, что подъемную установку невозможно защитить от напуска каната остановкой машины предохранительным тормозом, даже если устройство контроля напуска каната будет обладать высоким быстродействием. Это обусловлено длительностью действия предохранительного тормоза и образованием напуска каната опасной длины над зависшим сосудом. Действие этого тормоза продиктовано несколькими статьями ЕПБ, в том числе статьей 357, где указана недопустимость потери кинематической связи между подъемной машиной и поднимающимся подъемным сосудом в момент резкого торможения и остановки, дабы не допустить образования «жучка» на канате. Таким образом, повысить интенсивность действия предохранительного тормоза и сократить тормозной путь подъемной машины, т.е. уменьшить длину напуска над аварийным сосудом невозможно.

В качестве одного из вариантов защиты предлагается организовать её следующим образом [4]. На площадке копрового шкива, где канаты имеют стабильное вертикальное положение, под каждым шкивом установить устройство - ловитель, приводимое в

Рис. 1. Блок-схема способа зашиты подъемной установки от напуска каната с применением пружинно-клинового предохранительного ловителя

действие сигналом устройства контроля напуска каната (рис. 1). Опускающийся в ствол канат при этом будет тормозиться ловителем в режиме высокого быстродействия, а канат поднимающегося сосуда вместе с подъемной машиной - по существующему режиму действия предохранительного тормоза, т.е. в соответствии с требованием ЕПБ. Суть защиты заключается в том, чтобы канат, сматываемый с барабана за время действия предохранительного тормоза, не напускался в ствол и не накапливался над зависшим сосудом, а оставался между ловителем на копре и подъемной машиной. Следовательно, предлагаемая система защиты от зависания сосуда состоит из следующих основных устройств: устройства контроля напуска каната, ловителя экстренной остановки каната аварийного сосуда и предохранительного тормоза. В принятом ловителе в качестве исполнительного элемента выбран клин , над которым расположена приводная пружина, обеспечивающая

Аппаратура

контроля Ловитель

напуска

каната

I (редохранительный Х±1 Подъемный

тормоз канат

Рис. 2. Силы, действующие на клин при выборе им зазора А

безотказность действия и быстродействие ловителя. При выборе угла клина учтен опыт создания шахтных парашютов. Величина угла клина должна быть не более 12 градусов 5.

В данной работе рассматривается время действия ловителя, а также условия внедрения клина в канат, так как от этого зависит обоснование и выбор конструкции ловителя. После поступления сигнала о зависании подъемного сосуда ловитель приходит в действие и клин движется по наклонной плоскости станины и постепенно зажимает канат. Первоначально рассматривается движение клина до момента соприкосновения его с канатом на наклонном пути, равном А (А - суммарный зазор между спинкой и канатом и клином и канатом при верхнем положении клина, мм). В этих условиях дифференциальное уравнение движения клина будет (рис. 2) иметь вид

ш^х = т^дсоэ а + К - Р' ; (1)

где ткл - масса клина, кг с2 м-1; К-упругая сила приводной пружины (кг), равная К = К0 - с0х ; К0 - упругая сила пружины в сжатом состоянии, кг; с0 - жесткость пружины, кг/ мм; Р' -сила трения между клином и станиной, кг она находится по формуле Р' = !№ = йт дэт а .

кл •->

С учетом вышеизложенного уравнение (1) приведено к виду:

(2)

x + k2x = h, где

k2 = , h = (cos a - f sin a) + . (3)

m„„

Решение уравнения (2) при очевидных начальных условиях X (0) = 0

X = —(1 - coskt).

(4)

и X (0) = 0 имеет вид _h k

Время холостого хода „лина находится из формулы (4), полагая в ней, что X = A(sin a)-1

txk = — arccos(1 - k2A / h sin a). (5)

k

Осциллограмма холостого хода „лина, полученная при стендовых испытаниях ловителя, приведена на рис. 3. Расхождение данного времени, полученного по формуле (5) и по осциллограмме не превышает 9 процентов 4.

Из выражения (5) следует А < hsin a /k2. (6)

После замены в неравенстве (6) значения h и k из формулы (3) имеем

Ay'S in c<

W*—

A '

Момент соприкосновения клина со стантон

Момент соприкосновения мина с канатом

А < A max = т„лд /2co(sin2 a - fsin2 a) +

Ro .

+—0 sin a.

co

Величина Amax является верхним пределом суммарного зазора между „анатом и элементами ловителя. Фунщиональная зависимость (5) представлена в виде графи„а на рис. 4. Из графи„а видно, что время холостого хода „лина более, чем на поря-до„ отличается от времени холостого хода предохранительного тормоза. С„орость „лина „ моменту сопри„ос-новения с „анатом может быть определена из уравнения „инетичес„ой энергии системы m V2

„2 0 = m™sctsa - fmragA + (7)

2 (7) +R0A(sin a) - c0A2 (sin2 a)

Лля решения второй задачи рассмотрены условия внедрения „лина в

Рис. 4. График изменения длительности срабатывания ловителя в зависимости от усилия приводной пружины и зазора А при а = 12°, Рс-П = 20 кг, 1а = 0,2

канат. При обжатии „лином каната последний в расчетной схеме (рис. 5) представлен „а„ серия пружин, расположенных между рабочими плос„о-стями спин„и и „лина ловителя. Дифференциальное уравнение движения „лина при обжатии „аната имеет вид

m^, X = m„„g cos a + f (y) F (y) cos a -

-F (y) sin a - sign ф^ + R (x),

(8)

где F (y) - нормальная реакция каната, кг; R (x) - упругая сила приводной

пружины, кг; фтр - сила трения клина

о станину, кг; f - коэффициент трения клина о станину; f - коэффициент сопротивления движению каната, учитывающий трение, смятие и деформацию последнего; a - угол клина; V0 - скорость клина к моменту соприкосновения с канатом; y = x sin a .

sign x =

( • Л

+1 при x > О,

-1 при x < 0.

(9)

Сила фтр из условия статического равновесия определяется по формуле

Фтр = Т [т^дап а + Р (у )соэ а +

+Т (у )Р (у )эт а^|.

Сила К(х), считая начало отсчета

координаты х от момента соприкосновения клина с канатом, определяется зависимостью

Рис. Б. Силы, действуюшие на клин при захвате подъемного каната

К (х) = К0 - с0Д^т а) 1 с0х (10)

Уравнение (8) существенно нелинейно, так как в правой части его предпоследний член зависит от знака скорости клина. Нелинейность уравнения обуславливается также нелинейным характером коэффициента сопротивления движению каната и упругой характеристики последнего, которые были определены экспериментально [4]. Методика эксперимента, используемые установки и измерительные средства в данной статье не излагаются, а только приводятся полученные результаты этих экспериментов для оценки допустимой величины внедрения клина в канат. Данный коэффициент сопротивления ^

движению каната зависит от степени обжатия последнего и может быть аппроксимирован функцией вида

т = - 4тахагс*8П ^ (11)

П 2 Тктах

где Тктах - максимальное значение коэффициента сопротивления движению каната соответствующее внедрению клина в канат на величину 8тах, определяется экспериментально; и -экспериментальный коэффициент. Уравнение упругой характеристики каната может быть принято в виде

Р (У ) = ак!лУлк, (12)

где 1л - длина рабочей поверхности элементов ловителя, мм; у- величина внедрения клина в канат, мм;ак, пк-экспериментальные величины.

Значения величин а,

для различных канатов определяются

2

-Л

х /біп а•

К(х)ёх + тклдсіда§тах -

-15”хФтр^У / віп а +15т“ { (у) Р (у) йдаёу --{5тахР (у )ёу. (14)

Рис. 6. График зависимости А от величины обжатия каната: 1 - для а = 8°,

- 800-4800 кг; 2 - для а = 12°, - 8004800 кг; 3 - для а = 16°, - 800-4800 кг;

После подстановки в уравнение (14) всех величин интегрирования (где это возможно) оно приведено к виду

а1Д2 + а2Д + а3 - 0,

где

а1 - с0 (біп2 а)

(15)

Ио

а2 - {тк„3 - ткл9С^За - —— +

Б1П а Б1п а

экспериментально. Для испытуемого каната типа ТК 6 х 19 + о.с. ак = 28,47; и = 1; ^=0,41;

пк= 1,8

При этом коэффициент сопротивления движению каната Т и нормальная удельная реакция (у) каната будут вычисляться по формулам Т = 0,254агс1д3,93у,

Руд (у ) = аЛ = 28,471лу1,8, (13)

причем Руд (у) измеряется в кг/мм.

Экспериментально установлено, что время обжатия каната на порядок ниже, чем время холостого хода клина, и им можно пренебречь. Поэтому детально рассматривать закономерность движения клина при внедрении его в канат нецелесообразно. Для исследования наибольший интерес представляет оценка внедрения клина в канат на задаваемую глубину 8тах

т„„У02

3 - [-К0 (іП а)-1 - ткл9С^За + {тк„з] Зтах "

со^піах (2 біп2 а)+28,472г8 (да+1 бт-

{о | ^ (у) Р (у) ^у - сіда|8“х (у) Р (у )ау.

(16)

Решение уравнения (15) записывается в виде

Д1,2 -

-а2 ±

Vа

- 4а,а3

2а1

(17)

Численное решение уравнения (17) при различных значениях коэффициентов а1,а2,а3 получено на ЭВМ. Результаты расчетов приведены в виде графиков на рис. 6.

Анализируя полученные зависимости, можно сделать заключение, что для наилучшего внедрения клина в канат по мере роста величины обжатия последнего, необходимо увеличить зазор Д . Усилие приводной пружины при вариации его значений в пределах 800-4800 кг весьма слабо влияет на величину зазора Д. При правильном выборе угла клина приводная пружина требуется в основном для приведения клина в ускоренное движение.

0

1. Латыпов И.Н. Исследование и разработка защиты от напуска каната при зависании сосудов в стволе: Автореф. дисс.... канд. техн. наук. Магнитогорск, 1972. 21 с.

2. Шамсутдинов М. М. Исследование влияния натяжения каната на условия эффективной и безопасной эксплуатации подъема: Автореф. дисс..канд. техн. наук. Свердловск, 1985. 22 с.

3. Устройство для защиты от напуска тяговых канатов шахтной подъемной уста-

новки: А.с.2161118 (СССР) / Чудогашев Е. В., Дмитриев Е. А. ,Желтовский Е.Ю Опубл. в Б.И. 1999, № 3.

4. Латыпов И.Н. Шахтные подъемные установки (Безопасность эксплуатации). Уфа: Гилем, 2005. 360 с.

5. Ловитель: А.с.541762 (СССР) / В.Ф. Меньшиков, И.Н. Латыпов, З.Г. Салихов и др.: №2120023/11/ Заяв. 03.04.1975; Опубл. в Б.И. 1977, №1.

— Коротко об авторе

Латыпов И.Н. - кандидат технических наук, доцент, зав. отделом проблем горнорудной промышленности, Институт проблем транспортировки энергоресурсов.

Рецензент канд. техн. наук, доцент В.В. Олизаренко, МГТУ им. Носова.

© И.Н. Латыпов, 2008

УДК 622.673.6:62-59 И.Н. Латыпов

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОВОЛОК КАНАТА, ПОДВЕРГШИХСЯ ДЕЙСТВИЮ ЛОВИТЕЛЯ

Проведение стендовых исследований процесса экстренного торможения каната аварийного сосуда ловителем [1] преследовало проверку изменений прочностных характеристик проволок каната при различных степенях обжатия последнего ловителем и установлений температурного предела торможения. Тепло, выделяемое в паре трения «ловитель - канат», распределяется между элементами ловителя и прово-

локами каната, участвующими в трении. При чрезмерном нагреве трущиеся поверхности приходят в состояние термической пластичности. Это служит причиной теплового изнашивания и изменения структуры поверхностного слоя контактируемых тел. Вопрос измерения температуры поверхностей трущихся тел при исследовании явлений трения при всем многообразии способов измерения температур и. казалось бы, совершен-