3. Расчет несущей способности сборно-разборного предохранительного полка

3.1. Данные для расчета предохранительного полка

Скиповой ствол оборудован одним двухскиповым угольным подъемом и одним односкиповым породным подъемом. Предохранительный полок при углубке ствола перекрывает половину сечения ствола и располагается непосредственно под восточной скипами.

Полок рассчитывается на ударную нагрузку от аварийного падения клети с груженой клетью из-под подшкивной площадки в случае обрыва подъемного каната.

Номер сечения ствола I, расчетная высота падения клети 900 м.

Исходя из расположения подъемных сосудов в стволе определяем места приложения к полку ударных нагрузок. Поскольку для скиповых подъемов ударное нагружение будет внецентренным, то величина эксцентриситета равна 1,17 м.

3.2. Расчет и конструирование сборно-разборного предохранительного полка

Определение параметров подъемных сосудов и ствола.

На основании заданного номера сечения ствола и применяемой вагонетки определяем технические характеристики клети 1УСН 10,6-1: длина 1,85 м; ширина 1,59 м; высота 9,95 м; масса скипа –5,8т; максимальная нагрузка на подвесное устройство – 27,3т. Определяем минимальное сечение ствола и принимаем ближайшее типовое с диаметром в свету Д_св = 6,0 м.

Выбор типоразмера сборно-разборного предохранительного полка и его параметров.

Определим кинетическую энергию падающего сосуда:

, Дж

где Т₀ – кинетическая энергия падающего сосуда, кДж;

m₀ – масса груженого подъёмного сосуда, т;

V₀ – скорость падения сосуда перед ударом, м/с.

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н₀ – высота падения подъёмного сосуда (глубина ствола), м.

При углубке ствола более 400 м необходимо учитывать аэродинамическое сопротивление свободному падению, поглощающее часть кинетической энергии подъемного сосуда. Для определения потерь кинетической энергии падающего сосуда следует пользоваться графиками зависимости величин скорости падения подъёмных сосудов от высоты их падения (рис. 2.3.).

По графику зависимости величины скорости падения подъемных сосудов от высоты падения, определяем истинную скорость падения сосуда, который будет равен 126 м/с.

m₀ = 20 т

Тогда кинетическая энергия падающей клети составит:

Из табл. 2.1. устанавливаем, что для наших условий необходим II типоразмер полка с несущей способностью 250 МДж.

Исходя из принятого диаметра ствола и типоразмера полка по табл. 3.1. определяем основные параметры несущей конструкции арки.

Таблица 3.1.

№	Диаметр ствола в свету Дсв, м	Пролет арки L0, м	Радиус геом. оси арки R0, м	Стрела подъема арки f, м	Половина центр. угла арки α0, град	Масса одной арки РА, кг	Параметры арки Н*В, м
						типоразмер II
–//– 5 –//–	–//– 6,0 –//–	–//– 7,0 –//–	–//– 6,7 –//–	–//– 0,99 –//–	–//– 32 –//–	–//– 14.3 –//–	–//– 0,6*0,5 –//–

Необходимым условием безопасного ведения углубочных работ яв­ляется полное перекрытие арками подъёмного отделения ствола. При ширине подъёмного отделения ствола 1,85 м (рис. 3.1.)

и ширине полки арки Ва = 0,5 м необходимо 4 ароки. При массе одной арки Ра = 14.3 т, масса несущей конструкции полка составит:

т

Оставшийся открытый сегмент ствола за подъемным отделением перекрывается двумя рядами двутавровых балок, по две балки в каждом ряду, уложенных вплотную, сверху балки перекрываются деревянным настилом из бруса 200*200 мм.

Определение параметров распределительно-утяжеляющего блока.

Несущая конструкция полка сверху закрывается монолитным железобетонным распределительно-утяжеляющим блоком прямоугольной формы (бетон класса В-15). Ширина блока равна ширине несущей конструкции полка b_б=2 м, а длина определяется по формуле:

l_б = 4 * l_э = 4 * 1,17 = 4,68 м.

где l_э - эксцентриситет, м.

Таким образом, распределительно – утяжеляющий блок имеет размеры 4,6 * 2 м.

Масса блока:

m₂ = (0,6-0,8)m₃ = 0,7 * 57,2 = 40,04 т.

При плотности обычного тяжелого бетона класса В-15 ρ_б = 2,5 т/м³ объем блока составит:

Площадь основания блока: S_б = 4,68 * 2 = 9,36 м².

Зная площадь основания блока и объем, можно определить его высоту:

Основание блока опирается на арочную несущую конструкцию и имеет форму сегмента с радиусом:

Поэтому высоту блока необходимо скорректировать в сторону ее уве­личения в зависимости от объема сегмента в основании блока. Для определения объёма сегмента необходимо определить его высоту и площадь.

Рассмотрим расчётную схему, представленную на рис. 3.2.

Опре­делим угол между вертикальной осью арки и радиусом ее кривизны, проведенным через границу основания блока точку А':

=> а_б = 19 ^о.

Определим длину отрезка Om из Δ OA'm:

Поскольку R_c = h_c + Om, находим высоту сегмента основания блока:

h_c = R_c – Om = 7,0 – 6,62 = 0,38 м

Теперь можно определить площадь сегмента:

Тогда объем основания в форме сегмента будет равен:

Выразим этот объем через дополнительную высоту блока с основанием S_б = 9,2 м²:

Таким образом, фактическая высота распределительно-утяжеляющего блока массой 44,4 т и объемом 17,76 м³ составит:

Определение параметров амортизирующего устройства.

Амортизирующие устройства для обеспечения устойчивости их равновесия при восприятии ударных нагрузок выполняются для каждого подъемного отделения ствола. Они рассчитываются на центральное ударное нагружение и должны иметь высоту, не превышающую их наи­меньший поперечный размер более чем в полтора – два раза. Амортизи­рующие устройства сооружаются из укладываемых перекрестными рядами сосновых брусьев сечением 200 х 200 мм, соединенных между собой строительными скобами. Массу амортизирующего устройства опреде­ляем из соотношения:

m₁ = (0,1 – 0,15)m₃ = 0,15 * 57,2 = 8,58 т

Площадь основания амортизирующего устройства принимается на 25-35 % больше основания клети. Принимаем параметры основания амортизирующего устройства:

При плотности укладки брусьев = 0,6 – 0,8 b и плотности древесины р_д = 0,6 – 0,8 т/м³ высоту амортизирующего устройства определяем из соотношения:

Высота амортизирующего устройства принимается кратной высоте бруса h_ау =4,6м.

При сечении бруса 200 х 200 он должен укладываться с шагом 0.25 – 0.35 м.

Определение нагрузок на предохранительный полок.

Определяем массу полка:

М_пр = k_пр1 т₁ + k_пр2 т₂ + k_пр3 т₃ =

= 0,33*8,58 + 0,6*40,4 + 0,4*57,2 =49,95 т

где k_пр1 – коэффициент приведения массы амортизирующего устройства;

k_пр1 = 0,33;

k_пр2 – коэффициент приведения массы распределительно - утяжеляющего блока. При симметричном ударном нагружении; k_пр2 = 0,6;

k_пр3 – коэффициент приведения массы несущей арочной конструкции. При симметричном ударном нагружении; k_пр3 = 0,4.

Расчётная схема сборно-разборного полка при внецентренном ударном нагружении приведена на рис. 2.4.

Кинетическая энергия падающего скипа при ударе о полок расп­ределяется на две части:

1. Энергия, идущая на местные деформации полка в зоне соуда­рения и поглощаемая, в основном, амортизирующим устройством, будет равна:

2. Энергия, идущая на общие деформации полка и воспринимаемая его несущей конструкцией:

Динамическая сила в зоне контакта клети с амортизирующим устройством равна:

где α – относительная деформация амортизирующего устройства при его ударном смятии, зависящая от жесткости клетки (плот­ности укладки в ней брусьев) α = 0,7 – 0,9.

h_ay – высота амортизирующего устройства, м.

Динамическая сила, передаваемая на опоры несущей конструкции, будет равна:

Требуемая площадь сечения амортизирующего устройства, выража­емая через суммарную площадь контактов брусьев в верхних перек­рестных рядах клетки, непосредственно находящихся под основанием клети, равна:

где В_П – коэффициент, характеризующий податливость материала амортизирующего устройства и равный для древесины сосны повышенной влажности 0,31_*10^-4, м²/кН;

с₁ – коэффициент, учитывающий увеличение площади контакта брусьев вследствие бокового расширения древесины при ударном смятии и равный 1,2 – 1,4;

с₂ – коэффициент, учитывающий увеличение площади древесины, участвующей в деформации при ударном смятии в связи с вовлечением в работу участков брусьев, примыкающих к площадкам контактов и к контуру ударяющего по клетке тела и равный 1,3 – 1,5.

Тогда необходимое число площадок контактов брусьев в верхних перекрестных рядах под основанием падающей клети составит:

шт.

где b – размер стороны поперечного сечения бруса, м.

В результате подбора сетки расположения брусьев в перекрестных рядах клетки обеспечило необходимое число площадок контактов, попадающих под основание клети, и составило 42 шт. (см пример рис. 3.3).

Принимаем по короткой стороне 6 бруса с шагом 0,34 м и длиной 2,0 м, а в перекрестном ряду 7 брусьев с шагом 0,28 м и длиной 1,9 м. Средняя плотность укладки брусьев составила 0,72. При такой плотности укладки высота амортизирующего устройства составит:

.

Определение усилий, действующих на арки несущей конструкции предохранительного полка.

Расчетная нагрузка на одну арку будет равна:

Интенсивность ударной нагрузки на единицу длины загруженного участка арки составит:

где а – длина участка распределительно-утяжеляющего блока, в пределах которого действует расчетная нагрузка, м.

Определение опорных реакций арки.

Вертикальные составляющие реакций для внецентренной схемы нагружения равняются:

Горизонтальные составляющие (распор) для рассматриваемой схемы нагружения составит:

где К₂ – коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношений f/L₀ =0,14 и а/L₀ =0,33; К₂ =0,3729;

L₀ – пролет арки, м;

f – стрела подъема арки, м.

Полная величина опорных реакций равна:

Определение максимального изгибающего момента и продольной силы, действующей в сечении «С».

Для этого необходимо определить угол между вертикальной осью арки и радиусом ее кривизны, проведенным через точку С, а так же координаты этой точки. Расчётная схема к определению этих параметров приведена на рис. 3.4.

Из ОСd определим α_с и Od:

; α_с=10,14⁰

Od = R₀ * cosα_c = 6,7* cos10,14⁰ = 6,57 м.

Из ОАК определим координату точки С - У_с:

Oк = R₀ * cosα₀ = 6,7* cos31,5⁰= 5,7 м,

тогда:

У_с = Od – Oк = 6,57 – 5,7= 0,87 м,

Хс = Ак – Сd = L₀/2 - l_э = 7/2 – 1,17 = 2,33 м.

Максимальный изгибающий момент, действующий в сечении «С», будет равен:

кН/м

Продольная сила, действующая в этом же сечении арки, составит:

N_c= *sin α_c +H* cos α_c =

= (4114,6 ) * sin10,14° + 6880* cos10,14°=6936,8 кН.