О максимальных динамических усилиях в канате у обода барабана подъемной машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА Том 104 1959 г.

О МАКСИМАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ УСИЛИЯХ В КАНАТЕ У ОБОДА БАРАБАНА ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ

Н. И. КЛЫКОВ

(Представлено научным семинаром кафедры горной механики горного факультета)

Динамические усилия в элементах подъемной установки возникают в периоды неустановившегося движения. Правильный учет динамических усилий необходим для обоснования прочных размеров барабанов, валов, деталей расцепных устройств и других механических узлов подъемной машины.

Максимальные динамические напряжения в канате при нормальной работе установки соответствуют началу подъемной операции. Следует выделять три стадии нагружения каната: 1) от начала вращения барабана до выбора напуска каната; 2) от момента ликвидации напуска до начала подъема груза; 3) период ускоренного движения.

Динамические усилия в первой стадии нагружения незначительны и обусловливаются лишь массой каната и ускорением

р (Я0 + £Спф)

г<)-1 —У -------, (1)

сг х '

где у—наибольшее ускорение, м'\сек1\ р — вес 1м длины каната, кг м; Й0 — длина отвеса каната, м\ Астр—длина струны каната, м\

g — ускорение силы тяжести, м-сек2.

Динамические усилия во второй стадии нагружения каната

Ро..гр<)и (2)

(Г

где — коэффициент динамической нагрузки второй стадии; С?п — вес полезного груза, кг; С2М — мертвый вес сосуда, кг.

Коэффициент з2 не учитывает предварительного напуска и вычисляется по приближенной формуле, предложенной проф. Ф. В. Фло-ринским

£, = ^10 + 0,93 у ) |0;3+0,16а| , (3)

где И —отношение давления концевого груза на посадочные устрой" ства к полной концевой нагрузке;

а—отношение веса свисающей части каната к весу концевого груза.

В тех случаях, когда концевой груз полностью опирается на посадочные устройства, коэффициент Я равен единице, а

г/=( + 0,3-;-0,16 а | • (4)

При наличии напуска каната динамические усилия во второй стадии нагружения

/>2« E2.ii (5)

О'

где ео>п —коэффициент динамической нагрузки при наличии напуска каната.

Для определения коэффициента динамической нагрузки предлагается следующая формула, выведенная на основании работ [1] и [2|

£2л1=*нУ2+4( *н-1 ) V-

у V 1 V 1 + лс /

где кн — коэффициент напуска;

пс — отношение веса сосуда к полезному грузу;

к1 -— коэффициент шахтных сопротивлений для одной ветви (V —- 1,075 — для скиповых и/¿' — 1,1—для клетевых подъемов).

Коэффициент напуска

«„= 1 + 220 А 4 . (7)

^ {) + -^СПТр

где А/н —абсолютная величина свободного напуска, м.

Динамические усилия в третьей стадии нагружения каната

(8)

ё

Для определения коэффициента динамической нагрузки в третьей стадии нагружения предлагается формула

- 1 + -АУ- (1 + 1,7 а) , (9)

У

где Ау — скачок ускорений при пуске, м/сек2.

Из формул (8) и (9) видно, что наличие скачка ускорений значительно увеличивает динамические усилия в канате, ускоряя тем самым износ последнего. Большие скачки ускорений могут вызвать поломки деталей механических узлов подъемной машины, повышенный износ и поломки зубьев редуктора и т. д. В этом отношении значительными преимуществами обладают подъемные установки, оборудованные по системе Г—Д и с асинхронным двигателем, управляемым жидкостным р с о с т а т о м.

Т л п л п ц а 1

Максимальные динамические усилия в канате у обода навивки двухбарабанных подъемных машин

Типоразмер подъемной машины 1 стадия нагружения 2 стадия нагружеция | 3 стадия нагружеция Дополнительные усилия, вызванные инерцией шкива, кг Предлагаемые расчетные значения, кг

при 0,7 м[сек- при j=\, 5.1 {¡сек- при У 0,7.1/ 'сек- при У-1,5 м'сек- при 0, 7м'сек- при У—1,5 м';сек-

2X2X1 40 85 3350 7200 950 2000 145 8500

2X2,5X1 60 135 4250 9500 1250 2850 155 11500

2X2,5X1,2 70 150 4200 9450 1300 2900 155 11500

2ХЗХ1/2 95 200 5500 12350 1700 3800 160 14500

2X3X1,5 115 245 5400 12000 1750 3950 160 14500

2X3,5X1,5 155 325 6450 14450 2250 5000 185 17500

2X4X1,7 280 600 7400 16500 2550 6000 230 19500

2x5x1,7 300 625 880') 19600 3350 7500 340 24000

2X5X2,3 400 850 8700 1950Э 3500 8000 340 24000

2X6x2,4 550 1130 10350 23150 4500 9850 490 28000

При определении максимальных динамических усилии, действующих на канат и механические узлы машины, считаем, что установка имеет асинхронный двигатель с металлическим реостатом, пуск производится при наличии напуска каната, концевая нагрузка и длина отвеса каната имеют максимальное значение для данной подъемной маш ины.

Кроме того, на участок каната между шкивом и барабаном действует дополнительная динамическая сила, вызываемая инерцией направляющего шкива

ОП2

Г™

гДь

где СО2 — маховой момент шкива, кгм2;

Дн — диаметр шкива, ж.

Расчеты по определению максимальных динамических усилий для стандартных двухбарабанных подъемных машин приведены в табл. 1. Максимальные динамические усилия для однобарабанных подъемных машин определяются аналогичным способом.

В приведенных расчетах значения максимальных ускорений и скачков ускорений приняты на основании практических данных для скиповых подъемов Кузбасса, оборудованных асинхронным приводом и металлическим реостатом. Учтена также возможность пуска при полном использовании перегрузочной способности двигателя, когда ускорения достигают наибольшей величины (в среднем для указанных подъемов 1,5—2,0 м!сек2). Расчетная величина напуска каната принята 0,2 м.

Приведенные формулы могут быть использованы для определения максимальных динамических усилий при проверке на прочность механических частей работающей подъемной машины. Исходные данные для расчета принимаются на основании теоретических или экспериментальных исследований.

В целях ограничения возможных перегрузок каната и уменьшения износа механической части установки во второй стадии нагружения целесообразно ограничить величину среднего ускорения значением 0,3 — 0,35ж\сек\ а максимального 0,6—0,7 м сек2, что следует учитывать при определении сопротивления первой ходовой ступени реостата.

Пуск двигателя с полным использованием перегрузочной способности не встречает принципиальных возражений, если скачки ускорений при этом будут незначительными (порядка 0,6—0,7 м\сек2). В этом случае целесообразно предусмотреть две-три начальные ходовые ступени реостата для достижения максимума ускорений при толчках, не превышающих указанных значений.

Предлагаемые в табл. 1 значения максимальных динамических усилий рекомендуется использовать при расчете на прочность элементов двухбарабанных подъемных машин.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ф л о р и н с к и й Ф. В. Динамика шахтного подъемного каната. Углетехиздат, 1955.

2. Г е о р г и е в с к а я В. В. Влияние напуска каната на динамические усилия в нем (второй этап). Прикладная механика, АН УССР, т. II, вып. 2, 1956.