Плютов Ю.А., Карепов В.А., Щелконогов П.В. Транспортные машины. Учебное пособие для практических занятий

Подождите немного. Документ загружается.

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ

4.2. Расчет самотечного транспорта



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-111-

где υ − скорость гидросмеси, равная или несколько больше критической, м/с;

С − коэффициент Шези, зависящий от степени шероховатости поверхности

гидропровода (табл. 4.2

); R − гидравлический радиус (отношение площади

поперечного сечения струи к величине смоченного периметра), который оп-

ределяется формой гидропровода:

при полукруглом сечении

R =

; (122)

при прямоугольном сечении

⋅

; (123)

при трапецеидальном сечении

























−

+++

⋅

(

)

hв

. (124)

Таблица 4.2

Значения коэффициента Шези С

Тип гидропровода

Гидравлический радиус R, м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Весьма тщательно обструганные, хорошо пригнан-

ные доски; штукатурка из чистого цемента

70 75 80 90 95

Неструганные, хорошо пригнанные доски; чистые

водосточные трубы; хорошая бетонировка

60 65 70 75 78

Средняя кирпичная кладка; облицовка из тесаного

камня

45 50 55 58 60

Средняя бутовая кладка; каналы в плотном гравии,

лессе, земле

30 35 38 40 43

Во многих случаях уклоны гидропровода определяются рельефом мест-

ности. При избыточном уклоне целесообразно применять гидропроводы с по-

вышенным коэффициентом шероховатости, а в обратном случае − с понижен-

ным.

Пример расчета. Выполнить расчет самотечной гидротранспортной

установки, используя следующие исходные данные:

производительность по твердой фракции Q = 900 т/ч;

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ

4.2. Расчет самотечного транспорта



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-112-

вид транспортируемого материала − мелкий гравий;

концентрация гидросмеси S = 0,2;

тип гидропровода − деревянный лоток прямоугольной формы попереч-

ного сечения (В = 1 м; h = 0,4 м);

насыпная плотность твердой фракции γ = 2,5 т/м

1. Объемный расход гидросмеси составляет

/чм8001

2,05,2

900

⋅

2. Критическую скорость гидросмеси определяем с учетом ширины и

высоты применяемого лотка:

êð

1800

3 600 3600 1 0,4

Âh

υ= =

⋅ ⋅⋅

= 1,25 м/с.

Для дальнейших расчетов принимаем рабочую скорость гидросмеси

υ = 1,4 м/с.

3. Гидравлический радиус находим по формуле

22,0

4,021

,01

⋅+

⋅

м.

Максимальный уклон лотка

1, 4

0,002

65 0,22

= = =

⋅⋅

где С = 65 − коэффициент Шези (см. табл. 4.2

Для напорного и самотечного гидротранспорта оборудование насосных

станций, камерные питатели, типы гидропроводов (трубы, лотки, желоба и т. д.)

выбираются по каталогам и справочникам.



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-113-

Подвесные канатные дороги (ПКД) по принципу действия делятся на

кольцевые и маятниковые. Их применение возможно при любом рельефе ме-

стности. Установлено, что при годовой производительности карьера

А = 1 млн т они могут успешно конкурировать с железнодорожным и авто-

мобильным транспортом [6

ПКД относятся к транспортным машинам смешанного действия, в ко-

торых элементом непрерывности является замкнутый контур, а элементом

цикличности − вагонетки, перемещающиеся по несущему канату.

Целью расчета является определение необходимой грузоподъемности

вагонетки, прочностных характеристик несущего и тягового канатов, мощно-

сти двигателя приводной станции.

К исходным данным относятся: годовая производительность карьера;

параметры, характеризующие режим работы предприятия; физико-

механические свойства транспортируемого груза; расстояние транспортиро-

вания и высота подъема груза.

Расчет подвесных канатных дорог включает:

1) установление плана и продольного профиля трассы ПКД;

2) определение часовой производительности;

3) определение грузоподъемности и вместимости кузова вагонетки;

4) расчет распределенных сопротивлений движению груза;

5) определение сосредоточенных сопротивлений движению груза, на-

пряжений тягового каната, тягового усислия и мощности привода;

6) установление прочностных характеристик тягового и несущего каната.

Установление плана и продольного профиля трассы ПКД. На откры-

тых горных разработках для транспортирования грузов применяются в ос-

новном двухканатные кольцевые дороги (рис. 5.1

). Трасса дороги устанавли-

вается в зависимости от рельефа местности. В горных районах высота опор

принимается с учетом исключения резких перегибов на выпуклых участках

дороги и надежного прилегания несущих канатов к башмакам опор на выгну-

тых участках. При большой длине дороги разбиваются на отдельные после-

довательные участки. Длины участков несущего каната назначаются исходя

из практической нормы, чтобы суммарная сила трения его по башмакам не

превышала 25 % натяжения его грузом. Длины участков тягового каната в

значительной степени зависят от профиля дороги: с увеличением длины уча-

стков возрастает диаметр, а следовательно, стоимость каната, мощность дви-

гателей приводной станции, но уменьшается количество конструктивных

элементов дороги и численность обслуживающего персонала.

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-114-

Рис. 5.1. Схема подвесной двухканатной кольцевой дороги: 1− криволинейный рельс; 2 − ведущий шкив;

3 − загрузочный бункер; 4 − несущий канат; 5 − опорные башмаки; 6 − вагонетка; 7 − натяжной шкив;

8 − грузы натяжения тягового каната; 9 − грузы натяжения несущего каната; 10 − тяговый канат;

11 − роликоопоры тягового каната; 12 − опора; 13 − фундаменты для закрепления концов несущего каната

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-115-

Определение часовой производительности ПКД осуществляют сле-

дующим образом:

смсмраб

н.р

Тnn

КА

⋅⋅

⋅

, (125)

где А − годовая производительность карьера, т; К

н.р

− коэффициент неравно-

мерности работы карьера, К

н.р

= 1,1−1,2; n

раб

− число рабочих дней в году; n

см

− число смен в сутки; Т

см

− продолжительность смены, ч.

Определение грузоподъемности и вместимости кузова вагонетки.

Необходимую грузоподъемность вагонеток q, т, вычисляют по формуле

6003

⋅

, (126)

где t − интервал времени между поступлением вагонеток на линию, t = 20−40 с.

Вместимость кузова вагонетки V

, м

, определяют по формуле

⋅

, (127)

где К

− коэффициент использования вместимости кузова вагонеток,

= 0,95−1,05; γ − насыпная плотность груза.

Расстояние между вагонетками а, м, устанавливают по формуле

tа ⋅= υ

, (128)

где υ − скорость движения вагонетки, м/с. Типовой ряд скоростей: 1,25; 1,6;

2,0; 2,5; 2,8; 3,15 м/с.

Число вагонеток на каждой ветви каната рассчитывают по выражению

n =

(129)

где L

−

расстояние транспортирования груза, м.

Определение распределенных сопротивлений движению груза. Сопро-

тивления на грузовой и порожняковой ветвях ПКД вычисляют по формулам

)βcosωβsin(

)(0001

грк

гр

⋅+±⋅⋅













⋅+

= Lq

gqq

; (130)

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-116-

)βcosωβsin(

0001

порк

пор

⋅+±⋅⋅













⋅

= Lq

, (131)

где q

− собственная масса вагонеток (табл. 5.1), т; q

− линейная сила тяжести

тягового каната, q

= 10−38 Н/м; β − угол наклона дороги, град; ω

гр

, ω

пор

− ко-

эффициенты сопротивления движению вагонетки, соответственно, на грузо-

вой и порожняковой ветвях дороги, ω

гр

= 0,0050−0,0055; ω

пор

= 0,0060−0,0065.

Знак «+» ставится при движении вверх, знак «−» − вниз.

Таблица 5.1

Параметры типовых вагонеток

Вместимость, м

0,5

0,65

0,8

1,0

1,25

2,0

Собственная масса вагонетки, т:

двухколесной

0,395

0,42

0,45

0,48

−

четырехколесной

0,485

0,51

0,54

0,57

0,6

0,69

Определение сосредоточенных сопротивлений движению груза, на-

тяжений тягового каната, тягового усилия и мощности привода. Сосре-

доточенные сопротивления на поворотных пунктах учитываются при расчете

сил натяжения в характерных точках контура тягового каната аналогично

расчету указанных сил ленточного конвейера (см. § 3.1). Расчет выполняется

методом обхода по замкнутому контуру, начиная с точки сбегания каната с

приводного шкива (если два приводных шкива, то с последнего по ходу дви-

жения). Натяжения тягового каната определяются из условия передачи тяго-

вого усилия на приводной станции приводными шкивами с углом обхвата α

(рис. 5.2

) и коэффициентом сцепления μ.

Рис. 5.2. Схемы приводов ПКД

Коэффициент сцепления μ составляет для нефутерованного шкива

0,1−0,12; для шкива, футированного деревянными шашками − 016 и рези-

ной − 0,2. Наиболее высокие значения коэффициента сцепления (μ = 0,3)

дает футеровка из поливинилхлорида.

Тяговое усилие и мощность двигателей приводной станции определя-

ются так же, как при расчете ленточного конвейера.

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-117-

Для обеспечения нормальной работы ПКД должны выполняться два

условия:

1) тяговый канат не должен пробуксовывать на приводных шкивах:

αμ

сбнб

⋅

⋅≤ еSS

; (132)

2) тяговый канат не должен чрезмерно провисать на грузовой ветви:

S ≤

⋅

max

тк

min

, (133)

где l

−

расстояние между опорами на грузовой ветви, м; f

max

− максимальная

стрела провеса, назначаемая по местным условиям, м, f

max

≈ 0,04·l; S

−

наи-

меньшее натяжение тягового каната грузовой ветви, Н.

Если второе условие не выполняется, то натяжение тягового каната

должно быть увеличено (при этом пересчет начинают от точки наименьшего

натяжения на грузовой ветви).

Силу натяжного устройства устанавливают в соответствии с рекомен-

дациями (см. § 3.1).

Определение прочностных характеристик тягового и несущего ка-

натов. Расчетное разрывное усилие тягового каната δ

тк

, Н, принимаем равным

тк

maxзтктк

δ SК ⋅=

, (134)

где К

зтк

− коэффициент запаса прочности тягового каната, К

зтк

= 5−6;

тк

max

−

максимальное натяжение тягового каната, Н.

По полученному значению δ

тк

выбирают тип каната и его диаметр.

Прочностные характеристики несущего каната ПКД рассчитывают с

учетом его долговечности. Наименьшее расчетное натяжение несущего кана-

та должно быть

UРS 045,0

нк

min

≥

, (135)

где Р − нагрузка от колеса вагонетки, Н:

для грузовой ветви

;

)(0001

кол

кт

гр

qаgqq

⋅+⋅+

(136)

для порожняковой ветви

;

0001

кол

кт

пор

qаgq

⋅+⋅⋅

(137)

кол

− число колес ходовой тележки вагонетки (2 или 4); U − число колес,

проходящих по несущему канату в течение года,

nА

кол

⋅

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-118-

Полученное значение

нк

min

не должно быть меньше 45Р.

Максимальное натяжение несущего каната учитывает величину сил

трения каната на башмаках опор и силы сопротивления качения находящихся

на канате вагонеток и принимается равным

нк

min

нк

max

25,1 SS =

. (138)

Расчетное разрывное усилие несущего каната

нк

maxзнкнк

δ SК ⋅=

, (139)

где К

знк

− коэффициент запаса прочности несущего каната, К

знк

= 3,0−3,5.

По полученному значению δ

нк

выбирают тип каната и его диаметр

(табл. 5.2

Таблица 5.2

Параметры несущего каната

Конструкция несущего каната

Диаметр,

мм

Масса 1 м

каната, кг

Суммарное разрывное

усилие δ

нк

, Н,

всех проволок

при пределе прочности

1 200 Н/мм

Без клиновых проволок

30,5

35,5

5,6

715 000

790 000

955 000

С одним слоем клиновидных проволок

38,5

42,5

8,6

10,3

11,5

12,5

1 200 000

1 450 000

1 620 000

1 750 000

С двумя слоями клиновидных проволок

17,7

19,8

23,7

27,2

2 148 000

2 490 000

2 870 000

3 420 000

3 950 000

Пример расчета. Выполнить расчет двухканатной кольцевой дороги,

используя следующие исходные данные:

годовая производительность карьера А

= 2 млн т;

число рабочих дней в году n

раб

= 305;

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-119-

число смен в сутки n

см

= 3;

продолжительность смены Т

см

= 8 ч;

расстояние транспортирования груза L = 2 000 м;

угол наклона дороги β = 2°;

направление движения груза − вверх;

расстояние между опорами l = 100 м;

насыпная плотность груза γ = 2,0 т/м

1. Часовую производительность определяем по формуле

300

83305

1,1102

смсмраб

н.р

≈

⋅⋅

⋅

Тnn

КА

т/ч.

2. Приняв t = 40 с, находим необходимую грузоподъемность вагонетки:

3,3

6003

40300

6003

⋅

т.

3. Вместимость кузова вагонетки составит

65,1

20,1

3,3

⋅

Принимаем типовую четырехколесную вагонетку с вместимостью ку-

зова V

= 2 м

и собственной массой q

= 0,69 т (см. табл. 5.1). Скорость дви-

жения вагонетки υ принимаем равной 2 м/с.

Тогда расстояние между вагонетками составит

80402υ =⋅=⋅= tа

м,

а число вагонеток на каждой ветви каната:

0002

===

4. Определяем распределенные сопротивления на грузовой и порожня-

ковой ветвях дороги:

5. ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ



Расчеты транспортных машин открытых горных разработок. Учеб. пособие для практических занятий

-120-

Н;84040)999,0005,0035,0(000220

81,9)69,03,3(0001

)βcosωβ(sin

)(0001

грк

гр

=⋅+⋅













⋅+

=⋅+













⋅+

= Lq

gqq

Н;0676)999,0006,0035,0(000220

81,969,00001

)βcosωβsin(

0001

порк

пор

−=⋅+−⋅













⋅⋅

=⋅+−













⋅⋅

= Lq

5. Расчет натяжений тягового каната выполняем по схеме, приведенной

на рис. 5.3

Рис. 5.3. Расчетная схема ПКД

Силы натяжения в характерных точках контура тягового каната вычис-

ляем по формулам

;

сб1

SS =

;01,1

сбсб2

SSКS =⋅

′

;067601,1

сбпор23

−=+= SWSS

;188603,1)067601,1(02,1

сбсб34

−=−=⋅

′

= SSSКS

;6523403,184040188603,1

сбсбгр45

+=+−=+= SSWSS

.0003504,1)6523403,1(01,1

сбсб5нб6

+=+=⋅

′

== SSSКSS

При угле обхвата α = 360° и резиновой футеровке приводного шкива

(μ = 0,2) тяговый фактор составит

.9,372,2

14,322,0αμ

⋅⋅⋅