книги из ГПНТБ / Электрические подъемные установки учебное пособие для студентов горных вузов проф. В. Б. Уманский ; под редакцией Барамидзе К. М. 1960- 20 Мб
.pdf76 Органы навивки
Стандартная ширина барабана при диаметре 4 м — 2,3 м. Диаметр направляющих шкивов выбирается из условий благо приятной работы каната D > 80d. Принимаем D = 4 м.
Определяем высоту копра.
Пусть для высыпания содержимого скипа в бункер необхо дим его подъем над уровнем земли на высоту 14 м.
Высота скипа от оси вращения кузова до последнего жимка каната 8,5 м. Для обеспечения возможности переподъема необ-
Рис. 42. Схема расположения машины у ствола (к примеру 3)
холимо предусмотреть на копре свободное пространство до оси
шкива (оба шкива на одной геометрической оси) 4,5 м. Полная
высота копра 27 м. Расстояние между осями подъемных отделений 2,250 м. Расстояние между барабанами около
160 мм.
Ось машинного здания располагаем на расстоянии 37 м от
оси подъемных отделений и поднимаем ее на 2 м над уровнем земли.
На основании приведенных цифр вычерчивается схема распо ложения подъемной машины у ствола (рис. 42).
Из схемы определяются: Длина струны каната — 43 м.
Линейные отклонения струны каната от проекции на
правляющего шкива на ось барабана составляют 1,075 и
1,045 м.
Расположение машины у ствола и размеры органа навивки |
77 |
||
Максимальные углы отклонения каната: |
|
||
внешний |
|
|
|
04 = arc tg= arc tg 0,024; |
04—. 1°26'; |
|
|
внутренний |
|
|
|
а2 = arc tg |
= arc tg 0,0243; |
а2 = 1 °23'. |
|
Двухслойная навивка. При выборе органа навивки для глубоких шахт (особенно для наклонных, отличающихся обычно значительной длиной) часто приходится иметь дело с чрезмер
ными ширинами барабанов. В этих случаях очень трудно подо брать условия, при которых угол отклонения не выйдет за допу
скаемые пределы.
Радикальным решением вопроса в этом случае является при менение двойного ряда навивки, которое позволяет вдвое умень шить рабочую ширину барабана.
Недостатком навивки в два ряда является вредное влияние
ее на канат и уменьшение в связи с этим срока службы послед него.
Особенно большому износу подвергается участок каната, соот ветствующий переходу каната из первого ряда во второй (по терминологии академика М. М. Федорова — критический виток). Здесь возникают весьма значительные напряжения вследствие ущемления каната между последним витком первого ряда и бор том барабана и изгиба каната около своего диаметра при пере ходе каната во второй ряд.
В случае применения двухслойной навивки правила безопас ности требуют установления усиленного наблюдения за критиче ским участком каната. Чтобы изменить критический участок ка ната, последний через каждые два месяца должен передвигаться на четверть витка. Такая же передвижка производится в случае, если число обрывов проволок в критическом участке каната до стигнет 5% всех проволок в канате на протяжении одного метра. Очевидно, что для возможности систематической передвижки каната необходимо иметь соответствующий запас его (Правила безопасности требуют, чтобы в этом случае предусматривалось
четыре дополнительных резервных витка).
Легко представить себе такие способы профилировки борта барабана, при которых переход каната из нижнего ряда в верх ний не сопровождается никакими напряжениями. Критический участок каната перестает быть критическим. Один из таких спо собов представлен на рис. 43, на котором показана развертка поверхности барабана у борта. Ущемление каната происходит в заштрихованном треугольнике. Чтобы ущемление не происхо
78 Органы навивки
дило, очевидно, этот треугольник должен быть заложен клином,
как это и показано на рисунке. Последний виток желобка про филируется так, чтобы вывести канат из первого ряда во второй без перегиба.
Конечно, устранение напряжений в критиче ском витке не устраняет всех других недостат
|
|
ков двухслойной навивки |
(например, |
влияние |
|
|
давления верхнего слоя каната на нижний). По |
||
|
|
всей вероятности, износ каната при двухслойной |
||
|
|
навивке будет значительно больше, чем при од |
||
|
|
нослойной. |
|
следует |
|
|
Практически к двухслойной навивке |
||
|
|
прибегать в крайних случаях, когда при одно |
||
|
|
слойной навивке заведомо нельзя получить целе |
||
|
|
сообразного решения. |
|
|
|
|
Согласно правилам безопасности, двухслой |
||
|
|
ная навивка допускается при людском подъеме |
||
Рис. 43. Профи |
по наклонным шахтам, уклонам и бремсбергам, |
|||
лировка |
бара |
с углом падения не более 45°, а также для всех |
||
бана при |
двух |
проходческих установок. |
|
|
слойной |
навив |
Двухслойная навивка подъемных машин вер |
||
ке. |
|
|||
разрешается |
тикальных шахт, установленных на поверхности, |
|||
в каждом отдельном |
случае горным над |
|||
зором. |
|
|
|
|
Для подземных, исключительно грузовых, наклонных и верти кальных подъемов допускается трехслойная навивка.
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
По способу соединения вала подъемного двигателя с валом органа навивки (главным валом) различают подъемные машины с непосредственным приводом и с зубчатой передачей.
Наличие зубчатой передачи рассматривалось раньше как
существенный недостаток: источник потерь — одно из слабых мест машины. В настоящее же время конструирование этих пере дач достигло такой степени совершенства, что говорить о зуб
чатой передаче, как о слабом месте, не приходится. Коэффициент полезного действия современных зубчатых передач весьма высок
(порядка 95% и выше). Небольшие потери в передаче с избыт ком компенсируются тем, что их применение дает возможность использовать быстроходный электродвигатель, который значи тельно дешевле и экономичнее тихоходного*
Применение непосредственного привода в подъемных уста
новках может быть теперь оправдано лишь при очень больших мощностях: порядка 1500 кет и выше.
Зубчатые передачи |
79 |
Зубчатые передачи для подъемных машин изготовляются из высококачественной стали, преимущественно с косым коррегированным зубом.
•Зубчатая передача заключается в металлический кожух. Последний может быть литой (чугунный), клепаный (из листо вого железа) и сварной. Хорошая зубчатая передача в плотном кожухе работает практически совершенно бесшумно. В место зацепления, обычно насосом, подается смазка, стекающая затем на дно кожуха.
С помощью одной пары зубчатых колес при очень хорошем качестве материала может быть достигнуто передаточное отно шение 15 и больше. В подавляющем большинстве подъемных установок предельное передаточное отношение одинарной зубча той передачи составляет 12. В случае подъемных установок боль шой мощности такое передаточное отношение большей частью вполне удовлетворяет, так как при больших мощностях не стре мятся к тому, чтобы иметь чрезмерно быстроходный подъемный двигатель.
В подъемных машинах малой и средней мощности часто очень желательны большие передаточные отношения (порядка 25—30). В этом случае приходится прибегать к двойным зубчатым пере
дачам.
При двойных зубчатых передачах большей частью только одна пара колес, непосредственно связанная с двигателем, де лается с косыми зубьями. Вторая пара колес сравнительно тихо ходна и строится обычно с цилиндрическими зубьями.
Строящиеся на наших заводах стандартные подъемные ма шины имеют и стандартные зубчатые передачи.
Редукторы подъемных машин изготовляются отъемными в виде отдельного узла. Каждый из редукторов может быть при менен к различным типоразмерам подъемных машин в зависи мости от крутящего момент на главном валу.
Большинство редукторов имеет по два присоединительных конца на одном и том же быстроходном валу или по две вал-
шестерни с одним присоединительным концом на каждом. Один из присоединительных концов используется для присоединения приводного двигателя, а второй — для запасного двигателя или для второго рабочего двигателя (двухдвигательный привод) или для тахогенератора.
На рис. 44 представлен двухступенчатый редуктор НКМЗ,
предназначенный для многоканатной подъемной машины с двух
двигательным приводом.
Полумуфты 1 и 1', служащие для соединения с валами двига
телей, насажены на концах параллельных валов 2 и 2'; эти валы на противоположных концах имеют зубчатые втулки 3 со
Рис. 44. Двухступенчатый редуктор НКМЗ
Зубчатые передачи |
81 |
сферическими зубьями, входящими в зацепление с зубьями обойм 4, прикрепленных болтами к крышкам 5 и 5'. Сфериче
ские зубья дают возможность валам 2 и 2' допускать небольшой перекос при монтаже машины.
Валы 2 и 2' проходят в пустотелых вал-шестернях 6, покоя щихся на конических роликоподшипниках 7. Крутящий момент от двигателей передается вал-шестерне 6 через вал 2, зубчатую втулку 3, обойму 4 (посредством зубчатой передачи со сфериче
скими зубьями) и шпонку 8. Параллельно с валами 2 и 2' уста новлены валы 9 и 9' с цельноковаными шестернями и наса женными зубчатыми колесами 10 и 10'. Зубчатые шестерни 6 и 10
входят в зацепление и образуют первую ступень редуктора. Вто рая ступень образуется зубчатыми колесами 9 и 11. Вал 12 боль шого зубчатого колеса покоится на роликоподшипниках 13, 13' и имеет на конце флянец 14 для присоединения к коренному валу подъемной машины. Чугунный корпус редуктора опирается на тумбы 19 через пружины 20 и демпфер 21, гасящий колебания корпуса редуктора. Пружины имеют деревянные стержни 16 и упираются в стаканы 22. Наличие пружин и демпфера создает более благоприятные условия для работы зубчатых колес редук
тора.
Все роликоподшипники установлены в чугунном корпусе ре дуктора 15, заполняемом маслом через патрубок 17. Масло вы пускается через запорный вентиль 18.
Втабл. 15 и 16 приведены данные редукторов, применяемых
вмашинах, выпускаемых заводами СМ3 и НКМЗ.
Таблица 15
Редукторы для подъемных машин СМ3
|
|
|
Вращаю |
Маховой |
|
|
Максималь |
|
|
Номер |
Расстояние |
щий |
момент, |
Переда |
Вес |
||
|
ная |
|||||||
Тип |
редук |
между |
момент на |
приведен |
точное |
редуктора, |
скорость |
|
осями |
тихоходном |
ный |
вращения |
|||||
|
тора |
редуктора, |
валу |
к тихоход |
число |
m |
двигателя. |
|
|
м |
редуктора, |
ному валу, |
об1мин |
||||
|
|
|
кгм |
кгм2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
ЦД-115 |
1 |
1,15 |
6000 |
7 650 |
20 |
6,42 |
960 |
|
2 |
6000 |
10 500 |
30 |
6,42 |
||||
|
|
|
||||||
ЦД-150 |
3 |
1.5 |
11500 |
29 500 |
20 |
11,9 |
720 |
|
4 |
11500 |
40 000 |
30 |
11,9 |
||||
|
|
|
||||||
ЦО-120 |
— |
1,2 |
11400 |
16 300 |
11,5 |
13,0 |
580 |
|
ЦО-180 |
5 |
1,8 |
35 000 ' |
99 000 |
10,5 |
33 |
580 |
|
6 |
35 000 |
108000 |
11,5 |
33,5 |
||||
|
|
|
6 В. Б. Уманский
82 |
|
Органы навивки. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Таблица 16 |
||
|
Редукторы для, подъемных машин НКМЗ |
|
|||||
|
Номер |
Расстояние |
Вращающий |
Матовой |
Переда |
Вес |
|
Тип |
момент на |
момент, |
|||||
редуктора |
между осями |
тихоходном |
приведенный |
точное |
редуктора,. |
||
|
редуктора, м |
валу редуктора, |
к тихоходному |
число |
т |
||
|
|
|
кгм |
валу, кгм2 |
|
|
|
ЦО-14 |
1 |
1,4 |
15000 |
30000 |
10,5 |
20 |
|
2 |
13000 |
33000 |
11,5 |
||||
|
|
|
|||||
ЦО-16 |
3 |
1,6 |
22000 |
■ 55 000 |
10,5 |
27 |
|
4 |
19000 |
60 000 |
11,5 |
||||
|
|
|
|||||
ЦО-18 |
5 |
1,8 |
32000 |
90000 |
10,5 |
36 |
|
6 |
28 000 |
100 000 |
11,5 |
||||
|
|
|
|||||
ЦО-20 |
7 |
2,0 |
38000 |
160 000 |
10,5 |
48 |
|
8 |
43000 |
180 000 |
11,5 |
||||
|
|
|
|||||
ЦО-22 |
9 |
2,2 |
48000 |
250 000 |
10,5 |
64 |
|
10 |
57 000 |
280 000 |
11,5 |
||||
|
|
|
|||||
ЦД-17 |
11 |
1,7 |
20000 |
60 000 |
20 |
20 |
|
ЦД-20 |
12 |
2,0 |
38000 |
100 000 |
20 |
31 |
|
В последнее время для шахтных подъемных машин применяют гидроредукторы, в которых возможно изменять передаточное от ношение в зависимости от степени заполнения полости гидро
муфты редуктора жидкостью (маслом).
Применение гидроредукторов позволяет использовать в каче стве привода подъемной машины постоянно включенные коротко замкнутый асинхронный или синхронный двигатели, чем и дости
гается значительное упрощение всей электрической части подъ емной установки.
Гидроредукторы не обеспечивают стабильность передаточного
отношения редуктора в особенности при пониженных скоростях. С другой стороны, упрощение электрической части значительно перекрывается усложнением механической части машины введе нием гидроредуктора и вспомогательного оборудования. Поэтому применение гидроредукторов может быть оправдано для подъем
ных установок, работающих под землей, в газовой атмосфере, где упрощение электрической части машины весьма важно для по вышения безопасности.
Г л а в a IV
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА
Подъемная установка характеризуется чрезвычайно сложным и тяжелым режимом работы. В течение одного часа она выпол няет несколько десятков законченных циклов движения. В течение одного цикла движения, продолжающегося часто меньше одной
минуты, она развивает огромную скорость, достигающую скоро сти курьерского поезда. К моменту приближения клети к поверх ности скорость должна быть снижена до нуля, в противном слу чае произойдет катастрофа. Подъемная система, представляю щая собой совокупность значительных вращающихся и линейно
движущихся масс, испытывает сложные процессы трансформа ции энергии. Основной процесс— преобразование электрической энергии, поступающей из сети, в механическую энергию подни маемого груза — переплетается с рядом побочных процессов.
Так, например, в начале подъема происходит процесс накопления кинетической энергии системы I —L которая затем, в зависимо
сти от свойств электропривода, либо полезно расходуется на ра боту поднятия груза, либо возвращается обратно в сеть, либо полностью или частично теряется в органах управления подъем ной машиной (реостат, тормоз и пр.).
Уже из этого примера видно, что динамика подъема тесно связана с системой электропривода и до некоторой степени ею определяется. Но чтобы хорошо усвоить соотношения между от
дельными элементами динамического режима, отвлечемся вре менно от особенностей того или другого электропривода и будем рассматривать подъемную установку как работающую под дей ствием некоторых сил, приложенных к окружности органа на вивки, или некоторых моментов вращения, действующих на его валу, не интересуясь их происхождением.
Допуская такое отвлечение из чисто методологических сообра жений, мы в дальнейшем снова вернемся к динамическому ре жиму установки, но уже базируясь на свойствах электрического
привода.
КИНЕМАТИКА ПОДЪЕМНОЙ СИСТЕМЫ
Диаграмма скорости. В момент пуска подъемной ма шины подъемный сосуд неподвижен. Начиная с этого момента,
6*
84 Основные элементы динамического режима
орган навивки вращается с некоторым угловым ускорением <р.
С тем же ускорением навивается на него канат, причем конец ка ната, к которому прикреплен подъемный сосуд, а вместе с ним
и сам подъемный сосуд приобретают линейное ускорение
J=r^,
где г — радиус навивки.
При наличии этого ускорения линейная скорость движения
подъемного сосуда v = га (здесь со — угловая скорость враще ния органа навивки) непрерывно увеличивается от нуля до неко торой максимальной скорости vmax. Затем подъемный сосуд дви жется в продолжение некоторого времени с этой максимальной скоростью (барабан в то же время вращается с постоянной угло
вой скоростью со).
За некоторое время до приближения подъемного сосуда к при емной площадке машинист, воздействуя на органы управления машины, начинает уменьшать скорость вращения органа навивки, а вместе с нею и скорость движения подъемного сосуда с таким расчетом, чтобы у приемной площадки скорость его была равна нулю, т. е. он остановился. Если радиус навивки постоянен, что имеет место при цилиндрическом барабане и шкиве трения, то между угловыми ускорениями и угловыми скоростями вала ор гана навивки, с одной стороны, и линейными ускорениями и ско ростями подъемных сосудов существует постоянная пропорцио нальность (г — const). Поэтому в этом случае можно ограни читься рассмотрением процесса перемещения подъемного сосуда. Он же даст полное представление и о режиме вращения органа
навивки.
Описанный выше процесс движения подъемного сосуда ясно изображается диаграммой скорости (рис. 45). На этой фигуре обозначают: tt — продолжительность периода ускорения, /2 — продолжительность периода равномерного хода (постоянной ско рости), t3 — продолжительность периода замедления, 6 — про
должительность паузы (необходимой для загрузки и разгрузки
подъемного сосуда) между двумя следующими друг за другом циклами, Т — время движения, Т' — продолжительность одного цикла (период подъема), vmax—максимальная скорость. Эта же диаграмма, только в другом масштабе, изображает изменение скорости вращения органа навивки с постоянным радиусом. Диа
грамму, изображенную на рис. 45, называют трехпериодной.
Здесь представлена наиболее простая форма такой диаграммы — прямолинейная. Отличительной особенностью этой диаграммы являются постоянные ускорения в первом и третьем периодах движения, благодаря чему закон изменения скорости во времени в эти периоды — линейный.
Кинематика подъемной системы |
85 |
Диаграмма ускорений. Как известно, ускорение мо |
|
жет быть представлено, как первая производная скорости |
по |
времени / = Геометрический смысл этого выражения заклю
чается в том, что ускорение в некоторый момент времени эквива лентно тангенсу угла, составляемого с осью абсцисс касательной к кривой скорости в соответствующий момент времени.
Рис. 45. Прямолинейная трапецеи- |
Рис. 46. Диаграмма ускорений |
дальная диаграмма скорости |
|
При прямолинейной диаграмме скорости этот угол в первом и третьем периодах постоянен. Постоянно и ускорение. В первом
периоде оно равно:
Ji = ^- = tg« __ ^max . |
(1) |
в третьем
dv . о ^max
==
Положительное значение ускорения в третьем периоде назы
вают обычно замедлением и обозначают через /з
■ |
^tnax |
(I®) |
/з-ПГ'
Во втором периоде
На рис. 46 изображена диаграмма ускорений в функции вре
мени при прямолинейной диаграмме скорости. Заштрихованные площади этой диаграммы равны. В самом
деле:
площадь А = /Vi = »тах из формулы (1); площадь В = /V3 = amax из формулы (1а); площадь А — площади В.