5.5 Выбор параметров канатного става

Если канат с поперечным сечением F и модулем упругости Е был нагружен поперечной нагрузкой в пролете Р₁ и имел натяжение S₁, а затем был догружен до Р₂, то натяжение каната S₂ с учетом его упругих деформаций, может быть определено из известного кубического уравнения:

. (5.25)

Зная натяжение каната, его наибольшее относительное провисание (отношение провисания каната к длине пролета) можно определить по формуле:

. (5.26)

Здесь m и m₁ - коэффициенты, зависящие от числа роликоопор (n_р), навешенных в пролете:

np	1	2	4	6	8	равномерно распределенная нагрузка
m	8	16	21,3	22,7	23,3	24
m1	7	8	8	8	8	8

Подставив выражение (5.26) в формулу (5.25), получим кубическое уравнение относительно ω₂.

Для упрощения решения этих уравнений в УкрНИИпроекте были разработаны номограммы, представленные на рисунках 5.8 и 5.9.

С помощью этих номограмм определяются натяжение и диаметр поддерживающих канатов става в зависимости от нагрузки Р₂ при принятых величинах запаса прочности n_з (см. рисунок 5.8), а также относительное наибольшее провисание каната ω₂ нагруженного конвейера в зависимости от его предварительного (монтажного) натяжения S_м (см. рисунок 5.9).

диаметр d, мм: 1 - 11; 2 - 16; 5 - 20; 4 - 24,5; 5 - 31,5;

6 - 36; 7 - 41; 8 - 45,5;

натяжение S, кН: 9 - 50; 10 - 100; 11 - 150; 12 - 200

Рисунок 5.8. Номограмма для определения параметров канатов типа В-ЖС-О-Н-160, обеспечивающих максимальную податливость канатного става

диаметр d, (мм): 1 - 11; 2 - 16; 3 - 20; 4 - 24,5; 5 - 31,5; 6 - 36; 7 - 41

Рисунок 5.9. Номограмма для определения относительного провисания каната типа В-ЖС-Н-160

Монтажное натяжение (кН) канатов става рекомендуется определять по формуле

S_м = 10·К_б Q₂, (5.27)

где К_б - коэффициент безопасности. К_б = 1 - 2, меньшие значения К_б принимаются для более мощных конвейеров.

Номограммы построены для канатов с расчетным пределом прочности проволоки при растяжении, равным 160 кг/мм² и модулем упругости Е = 10⁶ кг/см³. Нагрузка в пролете Р₂, приложенная к канату под углом наклона боковых роликов, определяется по формуле

, (5.28)

где q - нагрузка на конвейер на длине 1 м от веса роликоопор, ленты и транспортируемого груза; t - расстояние между стойками, поддерживающими канат (длина пролета); β'- угол наклона боковых роликов подвесных роликоопор.

Канат, натянутый между двумя стойками, провисает в плоскости приложенных к нему сил, т.е. под углом наклона боковых роликов подвесных шарнирных роликоопор. При этом провисание каната в середине пролета больше, чем у края. При подвешивании в пролете более двух одинаковых роликоопор, например четырех или шести, роликоопоры, расположенные ближе к середине пролета, будут находиться ниже, а расположенные ближе к краю пролета - выше. Следовательно, конвейерная лента будет двигаться "волнами" либо, благодаря своей жесткости, вообще не будет касаться роликоопор, расположенных в середине пролета.

Провисание роликоопоры, ближайшей к стойке, определяется по формуле:

, (5.29)

где f_max = ωt - провисание роликоопоры, ближайшей к середине пролета, в плоскости приложения сил, т.е. под углом наклона боковых роликов; ω - относительное провисание, определяемое по номограмме на рисунке 5.9; n_р - число роликоопор в пролете, рекомендуется выбирать четным. Чтобы загруженная лента опиралась на все роликоопоры равномерно и находилась на одной прямой линии, подвески роликоопор, находящихся на разных расстояниях от стойки, должны иметь разную длину. Большая длина подвески должна быть у роликоопоры, расположенной ближе к стойке, меньшая - у роликоопоры, расположенной ближе к середине пролета.

Разность между наибольшей и наименьшей длинами подвесок определяется по формуле

. (5.30)

При двух роликоопорах в пролете (n_р = 2) длина всех подвесок будет одинакова.

Опоры для канатов на стойках (рисунок 5.10) рекомендуется принимать с размерами:

R_min = (4…6)d; a_min =4Rω'; r =10 … 20 мм.

Значения относительного поперечного провисания каната ω', образующегося в результате его продольной вытяжки, в зависимости от первоначального провисания ω и относительной продольной вытяжки каната ε (%) определяются по графику на рисунке 5.10.

Рисунок 5.10. Конструктивные размеры опоры для канатов на стойках (а) и вытяжка каната под нагрузкой в зависимости от первоначального провисания и относительно продольной вытяжки (б)

Пример 5.1. Выполнить расчет параметров канатного стана конвейера по следующим данным: производительность конвейера Q = 7000 т/ч; скорость ленты υ = 3,15 м/с;. вес 1 м ленты q_л = 120 кг, вес роликоопор на длине 1 м q_р.о. = 160 кг, угол лотковости α = 35⁰, шаг роликоопор l_р = 1 м.

1. Определяем нагрузки на 1 м длины конвейера:

а) статическую без груза

q_х = q_р.о. + q_л = 0,16 + 0,12 = 0,28 т/м;

б) статическую с грузом

т/м;

в) динамическую Р = 400 кг от удара куска размером 700 мм (см. рисунок 5.7)

q_д = (q + Р) = 0,89 + 0,4 = 1,29 т/м.

2. Расстояние между опорными стойками t = 2 м, число роликоопор в пролете n_р = 2.

3. Вычисляем полную нагрузку в пролете, приходящуюся на один канат:

а) без груза

т

б) статическую с грузом

т

в) динамическую

т

4. По номограмме (см. рисунок 5.8) определяем диаметр каната 27 мм при запасе прочности n_з = 4,5.

5. Находим монтажное натяжение каната (без роликоопор и ленты)

S_м = (1 ... 2) Р = (1 ... 2) 1,56 = 1,56 … 3,12.

Принимаем S_м = 2 т.

6. По номограмме (см. рисунок 5.9) определяем относительное провисание каната и натяжение по формуле

;

а) провисание каната без груза (при Р_х =0,49 т и ω_х=1,5 %) f_х = 10·ωt = 10·1,5·2 = 30 мм;

натяжение

;

б) провисание каната при статической нагрузке с грузом (Р = 1,56 т, ω = 2,5 %),

f = 10·ωt = 10·2,5·2 = 50 мм;

натяжение

;

в) провисание каната при динамической нагрузке

(Р_д = 2,26 т; ω = 2,93 %)

f_д = 10·ωt = 10·2,93·2 ≈ 60 мм;

натяжение

.

7. Вертикальное провисание роликоопоры ориентировочно вычисляем по формуле:

,

где f_i - провисание каната в плоскости боковых роликов при различных режимах нагружения; f₂ - провисание каната при загруженном конвейере. Результаты расчетов заносим в таблицу 5.9.

Таблица 5.9 - Результаты расчетов параметров става

Расчетные виды нагружения конвейера с канатным ставом	Полная нагрузка в пролете на канат Р. т	Натяжение каната S, т	Запас прочности каната nз	Провисание каната в плоскости боковых роликов f*, мм	Вертикальное перемещение среднего ролика от положения его при загруженном конвейере, мм
На канатный став еще не навешены роликоопоры	-	2	17,4	0	Вверх 87,4
На канатный став навешены роликоопоры и установлена лента, но конвейер еще не загружен грунтом	0,49	4	8,7	30	Вверх 35

Продолжение таблицы 5.9

На конвейере транспортируется мягкий грунт	1,56	7,8	4,5	50	0
На конвейере транспортируется грунт с мерзлыми глыбами и кусками	2,26	9,6	3,6	60	Вниз +17,5

8. Определяем тип и грузоподъемность натяжного устройства. Применяем гидравлический домкрат для подтягивания двух ветвей каната вместе с навешенными роликоопорами. Натяжение домкрата должно быть больше, чем

S₀ > 2·S_x = 8 т.

Принимаем тяговое усилие домкрата S_д = 10 т.

9. Рассчитаем число промежуточных стоек в одной секции канатного става:

где S'_дом - усилие домкрата, приходящееся на одну ветвь каната; S_x - натяжение каната в конце секции (выбирается с таким расчетом, чтобы необходимое натяжение каната S_x=4 т было средним между S'_дом и S'_х. Таким образом, S_х = 3,5 т), μ - коэффициент трения каната в месте опирания каната на стойке, μ = 0,16.

Тогда

.

10. Принимаем 40 стоек и длину секции канатного става, т.е. расстояние между зачалками каната, равным 84 м.

11. Конструктивные размеры седла для каната на стойке:

а) минимальный радиус изгиба каната

R_min ≈ (4 ... 6)·d_к = (4 ... 6) 27 == 108 ... 160 мм,

принимаем R = 120 мм;

б) размер "а"

а = 4ωR = 4·0,066·120 = 32 мм,

где ω = 0,066 (выбирается по рисунку 5.10).

12. Провисание роликоопоры при вытяжке каната ε = 0,5 %, ω' = 0,048

f_0,5 = ω'·t = 0,048·2 = 0,096 м = 96 мм.

Провисание роликоопоры в вертикальной плоскости при вытяжке каната на ε = 0,5 %

мм.