CC BY
163
В. и. завгородний
ведущий научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 62-252.1
расчет параметров устройства для многослойной навивки каната на барабан подъемной машины
Рассмотрен расчет параметров элементов устройства многослойной навивки каната на барабан подъемной машины (ПМ) конструктивно выполненного по патенту № 2205148. Выполнен анализ кинематики укладки витков каната по слоям навивки, дан расчет коэффициента перекрытия витков, рассмотрено понятие угол пробега переходной волны и расчет места выхода волны к реборде барабана в переходной зоне навивки слоя каната.
Ключевые слова: ПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА, МНОГОСЛОЙНАЯ НАВИВКА, КАНАТ, БАРАБАН, РЕБОРДЫ, КЛИНЬЯ ПОДЪЕМА, ПЕРЕХОДНАЯ ЗОНА, КЛИНОВОЙ ЗАЗОР, ПЛОТНОСТЬ УКЛАДКИ ВИТКОВ, ПЕРЕХОДНОЙ ВИТОК, УГОЛ СДВИГА ВИТКА, ВОЛНА
Применение многослойной навивки каната на барабан подъемной машины (ПМ) обусловлено необходимостью расширения технологических возможностей данных машин. В связи с этим возникает вопрос повышения безопасности и надежности подъемной машины с многослойной навивкой каната на барабан за счет исключения деформации прядей витков каната в зонах перехода с одного слоя на другой и упорядочения укладки витков каната в слоях навивки.
Устройство, заявленное в патенте № 2205148 [1], обеспечивает возможность создания в переходных зонах у реборд благоприятных условий укладки витков каната с равномерным распределением в слое навивки. Практическая реализация устройства требует расчета конструктивных параметров элементов ступенчатых реборд, вкладышей и клиньев подъема переходных витков каната.
Для решения этой задачи необходимо учитывать элементы кинематики многослойной навивки, связанные с особенностью укладки витков каната в переходных зонах и по слоям навивки каната на барабан.
Анализ кинематики укладки витков каната в переходных зонах и по слоям навивки на барабан является важной составной частью расчета параметров элементов устройства многослойно навивки каната. В качестве объекта анализа рассматривается барабан для многослойной навивки каната, имеющий цилиндрическую поверхность с профильной винтовой канавкой и
ребордами, которые выполнены с цилиндрическими кольцевыми ступенями, а в переходных зонах размещены клинья подъема витков каната, и установлен вкладыш в зазоре между первым витком трения и ребордой барабана в соответствии с формулой изобретения [1].
Барабан для разработанного способа многослойной навивки изображен на рисунке 1 -продольный разрез; на рисунке 2 - зона укладки витков у правой реборды.
При вращении барабана канат 2 навиваясь по винтовой канавке, справа налево, образует первый слой и, перемещаясь в зоне перехода по клину подъема 10, переходит через смежный виток на второй слой навивки и укладывается при дальнейшей навивке в канавку, образованную смежными витками каната в первом слое навивки, образуя второй слой навивки. На участке в зоне перехода со второго слоя на третий последний виток второго слоя, перемещаясь по клину подъема, переходит через смежный виток на третий слой навивки и укладывается между витками второго слоя, образуя третий слой аналогично навивке второго слоя. Это относится и к последующим слоям навивки.
Для исключения «провала» последнего витка второго слоя применяется компенсирующий вкладыш, установленный в свободную зону винтовой канавки между правой ребордой и начальным витком первого слоя навивки.
Зоны «провала» витков имеются во всех слоях навивки каната, что связано с особен-
Рисунок 1 - Продольный разрез барабана: 1 - обечайка барабана с профильной канавкой; 2 - канат; 3 - правая реборда; 6 - компенсирующий вкладыш; 7 - цилиндрические ступени реборды; 9 - левая реборда; 10 - клинья подъема левой реборды; 11 - клинья подъема правой реборды
ностью укладки волн «крестовых» переходов в зонах у реборд. Для устранения «провалов» витков в этих зонах возникает необходимость в применении компенсирующих вкладышей, геометрические параметры которых определяются путем графического анализа укладки каната в переходных зонах реборд.
Многослойная навивка каната характеризуется плотностью укладки витков каната в слоях навивки, которая зависит от шага навивки в и диаметра каната dк. Плотность укладки определяется величиной перекрытия витков каната С (рис. 2), которая определяется из выражения:
с = (1-кг)-ак,
(1)
где кп -коэффициент перекрытия витков; dk - диаметр каната, мм. Величина кп определяется из расчетной схемы укладки витков каната (рис. 3).
Расчет выполняется из условия, что
64
к=Н/с!„
научно-технический журнал № 1-2014
вестник
(2)
где Н - межцентровое расстояния витков каната,мм.
Из ААВЕ следует
Н = ^ с1к2- (5/2)2 ,
(3)
где в - шаг навивки, определяемый винтовой канавкой барабана, ПМ, мм. Тогда
после преобразования получим:
кп = ^1-(8/(2-ак))2ш
(4)
(5)
Для анализа кинематики укладки витков каната можно рассмотреть случай двухслойной навивки. Схема укладки представлена на рисунке 4. Представленная схема соответствует реальной картине укладки для ПМ типа Ц1,6х1,2 и Ц2,5х2,0.
Анализ укладки позволяет выявить закономерность, заключающуюся в том, что за один оборот барабана каждый виток второго слоя совершает два крестовых перехода через смежные витки нижнего слоя.
За каждый последующий оборот барабана переходный процесс повторяется - два крестовых перехода через смежные витки, с угловым шагом сдвига фВ по направлению укладки на барабан ПМ.
Таким образом, формируются две волны В1, В11 крестовых переходов витков, которые перемещаются по поверхности барабана с угловым шагом сдвига фВ. Волны крестовых переходов витков формируются параллельно друг другу с одним углом наклона к оси барабана и с угловым шагом сдвига смежных витков в слое навивки фВ.
В ходе анализа волновых процессов выявлена зависимость фВ от плотности укладки витков каната в слоях навивки. Величина фВ определяется плотностью укладки витков в слоях навивки и находится в функциональной зависимости от кп, т. е. Фв = f(kn) (табл. 1).
По результатам исследований кинематики навивки каната на барабанах подъемных машин установлена экспериментальная зависимость ФВ = Щп), которая представлена на рисунке 5. Используя данную зависимость, можно прогнозировать параметры волновых переходов витков и определять зоны выхода волн переходов к ребордам. Это важно для графического анализа процесса навивки и определения конструктивных параметров клиньев подъема и компенсирующих вкладышей для кольцевых ступеней реборд барабана ПМ.
Углы наклона результирующих волн переходов В1, В11 к оси барабана ПМ определяется из выражения:
tgчJ2 = jг^ (6)
где 5 - сдвиг волны на один виток слоя,
мм.
Таблица 1 - Параметры кинематики многослойной навивки по данным исследований подъемных машин
Шахта ПМ 3 /б вк к Yв. п к п Фв
ш/у Сибирское Ц2,5х2 1,48 484 64 0,675 7,68
Полысаевская БЛ-1600 1,29 273 42 0,766 6,5
Юбилейная Ц2х1,5 1,27 335 53 0,772 6,45
Кыргайская Ц1,6х1,2 1,2 250 43 0,800 5,8
Первомайская Ц1,6х1,2 1,17 218 495 0,820 4,38
Полосухинская Ц3,0х2,2 1,12 254 77 0,830 3,5
Физкультурник Ц2,5х2,0 1,08 150 72 0,840 2,08
Ульяновская ПМЛ2,5х1,35 1,08 96 45 0,843 202
Первомайская Ц1,6х1,2 1,07 90 49 0,846 1,84
Полосухинская Ц2,5х2,0 1,04 76 76 0,854 1,13
Примечание. 3вк - шаг винтовой канавки обечайки барабана ПМ, мм; бк - диаметр каната, мм; Yв - угол пробега-волны «крестовых» переходов, мм; п - количество витков каната в слое навивки, шт.; кп - коэффициент перекрытия витков; фВ - шаг сдвига «крестовых» переходов витков, град./виток.
Рисунок 4 - Схема двухслойной навивки каната на барабан: 1 - компенсирующий вкладыш первого слоя навивки; 2 - ступень правой реборды;
3 - клин подъема переходного витка 1-2;
4 - переходной виток 1-2 слоя навивки;
5 - ступень левой реборды; НВ-1, НВ-1 - начало волны переходов I и II; КВ-1, КВ-П - конец волны переходов I и II
Рисунок 5 - График изменения углового шага сдвига волны фв в зависимости от к
Определяется как:
77 " О " <рв
<5 =
360
(7)
тогда
tgч^2 =
Р-<Рв 360 ■ э
или
эту. =
; ц!2 = агз'т
Угол пробега переходной волны по поверхности барабана от левой реборды к правой определяется из выражения
УВ = 9В- пв,
(8)
где пВ - количество витков между ребордами барабана.
Проведенными исследованиями на ПМ Ц1,6х1,2, оснащенной устройством для многослойной навивки, разработанным по патенту № 2205148 экспериментально установлено, что навивка следующего третьего слоя также сопровождается формированием двух волн переходных витков, которые соответствуют по углу сдвига и углу пробега волновым переходом второго слоя навивки, причем волны третьего слоя накладываются на волны второго слоя и их результирующая направлена в противоположную сторону относительно волн второго слоя (т.е. волны переходов третьего слоя перемещаются в направлении встречном к направлению движения волн во втором слое навивки). Начало волны третьего слоя совпадает с концом сопрягаемой волны второго слоя, а конец - с ее началом.
66
научно-технический журнал № 1-2014
вестник
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. 2205148 Российская Федерация B66D1/30. Способ многослойной навивки каната на барабан и устройство для его осуществления / Завгородний В. И.; заявитель и патентообладатель Завгород-ний В. И. - 99124849/28; 23.11.1999; опубл. 27.05.2003.
THE CALCULATION OF PARAMETERS FOR ROPE WINDING MULTILAYER DEVICES ON THE HOIST MACHINE DRUM
V. I .Zavgorodniy
The parameters calculation of devices' elements for multilayer rope winding on the hoisting machine drum, constructively made according to the patent №2205148 is described. The analysis of kinematic laying wraps density is made; the coefficient calculation of overlapping wraps is given; the transit phase angle of intermediate wave concept and the place of wave exit to a drum flanges in transitional zone of winding cabal are given.
Key words: WINDING ARRANGEMENT, MULTILAYER WINDING, CABLE, CABLE DRUM, FLANGES, TRANSITION SECTION, CONVERGENT FILM, PACKAGING TURN'S DENSITY, TRANSITIONAL TURN, ANGULAR DISPLACEMENT, WAVE
Завгородний Виктор Иванович e-mail: [email protected]
ООО «СИБЭНЕРГОПРОЕКТ»
ООО «Сибэнергопроект» находится в стадии активного развития и наращивания объёмов проектирования. На сегодняшний день в организации имеется всё необходимое программное обеспечение, допуск СРО, а также профессиональный штат сотрудников в количестве 30 человек, способный решить задачи любой сложности. Приоритетными направлениями компании являются реализация комплекса работ «под ключ» и проектирование особо опасных и технически сложных производственных объектов капитального строительства.
= Кемерово ул. Чкалова, 10
8(384-2) 36-01-87 / /[email protected]
ЭНЕРГОПРОЕКТ
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ
