Гибкий тяговый орган рудничной подъемной установки

Изобретение относится к оборудованию рудничных подъемников и предназначено для использования в качестве тягового органа для подъема скипов и клетей из глубоких шахт и карьеров. Тяговый орган выполнен в виде гибкой плоской ленты трапецеидальной формы постоянной толщины. Ширина гибкой плоской ленты трапецеидальной формы изменяется по определенному алгоритму. Минимальная ширина ленты принимается в месте крепления ее с подъемным сосудом. Достигается повышение производительности подъемных установок на величину уменьшенного веса тягового органа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию рудничных подъемников и предназначено для использования в качестве тягового органа для подъема скипов и клетей преимущественно из глубоких шахт (1000 м и более), а также для подъема скипов из глубоких карьеров.

Известно выполнение тягового органа рудничной подъемной установки в виде стальных круглопрядных канатов, сечение которых выбирается для точки схода каната с направляющего шкива по заданному статическому коэффициенту запаса [Правицкий Н.К. Рудничные подъемные установки. М., Госгортехиздат 1963 стр.68. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. ПБ 03-553-03, М., НПО ОБТ 2003].

В сечении тягового органа, расположенного в точке схода с направляющего шкива, действует разрывающая сила от веса груженого сосуда и веса тягового органа от точки схода до места его крепления к сосуду. В сечениях, расположенных ниже точки схода, разрывающие силы уменьшаются на величину веса тягового органа, расположенного выше этих сечений до точки схода. Это приводит к тому, что при постоянном сечении тягового органа статический коэффициент запаса прочности в этих сечениях увеличивается по мере удаления от точки схода, и увеличивается материалоемкость [Правицкий Н.К. Рудничные подъемные установки. М.: Госгортехиздат, 1963, стр.74]. Для глубоких шахт, с одной стороны, вес таких канатов соизмерим с весом сосуда, с другой стороны, вес поднимаемого груза (включая вес ленты) ограничен мощностью привода подъемной установки.

На величину уменьшения излишней материалоемкости каната можно увеличить полезную массу поднимаемого полезного груза, а значит, и производительность глубоких подъемов.

Поэтому такие канаты, обладая завышенной материалоемкостью, имеют излишний собственный вес, уменьшая тем самым полезный вес поднимаемого груза.

Известен тяговый орган для грузоподъемных установок в виде плоской стальной ленты постоянной ширины и толщины [А.И.Борохович. Грузоподъемные установки с ленточным тяговым органом. - М.: Машинстроение, 1980, стр.132, рис.81]. Однако при постоянном сечении ленты статический коэффициент запаса прочности в этих сечениях увеличивается по мере удаления от точки схода, и увеличивается материалоемкость. Для глубоких шахт, с одной стороны, собственный вес таких лент соизмерим с весом сосуда, с другой стороны, суммарный вес поднимаемого груза и тягового органа ограничен мощностью привода подъемной установки.

Поэтому такие ленты, обладая завышенной материалоемкостью, так же, как и аналог, имеют излишний собственный вес, уменьшая тем самым полезный вес поднимаемого груза.

Общим признаком с прототипом является выполнение тягового органа в виде гибкой плоской ленты постоянной толщины, один конец которой закреплен на органе навивки, а другой на подъемном сосуде.

Решаемая изобретением задача - уменьшение материалоемкости тягового органа, с обеспечением в любом его сечении постоянного статического коэффициента запаса прочности, а также повышение производительности подъемных установок на величину уменьшенного веса тягового органа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении минимально допустимых динамических нагрузок в тяговом органе за счет выполнения его с минимально возможным собственным весом и с минимально допустимым статическим коэффициентом запаса прочности.

Технический результат достигается тем, что гибкий тяговый орган рудничной подъемной установки, выполненный в виде гибкой плоской ленты постоянной толщины, один конец которой закреплен на органе навивки, а другой на подъемном сосуде, согласно изобретению тяговый орган выполнен в виде гибкой плоской ленты трапецеидальной формы с обеспечением в любом ее сечении постоянного статического коэффициента запаса прочности посредством выполнения ее с минимальной шириной ее конца, закрепленного на подъемном сосуде, удовлетворяющей условию:

где

М - масса груза на конце ленты, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

z - статический коэффициент запаса прочности;

σ - временное сопротивление разрыву, Па;

t - толщина ленты, м;

и выполнения ее ширины у_i+1 в любом ее сечении, удовлетворяющей условиям:

y_i+1=y_i+Δy_i+1,

где

y_i - ширина ленты в предыдущем сечении, м;

Δy_i+1 - i-ое приращение ширины ленты, м;

Δх - шаг разбиения ленты на участки, м;

ρ - плотность материала ленты, кг/м³;

S_i - площадь сечения предыдущего участка ленты, м²;

S_i+1 - площадь сечения последующего участка ленты, м^2..

Наилучший результат достигается в случае выполнения тягового органа в виде гибкой плоской ленты в форме прямоугольной или равнобочной трапеции.

Выполнение тягового органа в виде гибкой плоской ленты трапецеидальной формы позволит снизить материалоемкость каната и увеличить массу поднимаемого полезного груза подъемной установки.

Выполнение тягового органа в виде гибкой, например стальной, плоской ленты постоянной толщины, с переменной по всей длине шириной, равной высоте подъема, таким образом, что в любом ее сечении обеспечивается постоянный статический коэффициент запаса прочности, позволяет благодаря значительному снижению материалоемкости тягового органа значительно повысить производительность подъемных установок глубоких шахт на величину уменьшенного веса тягового органа.

Уменьшение ширины ленты вдоль ее длины может быть выполнено либо в форме прямоугольной трапеции, либо равнобочной трапеции, создавая в одном случае ассиметричную конструкцию тягового органа, а в другом - симметричную конструкцию тягового органа относительно оси, направленной вдоль длины ленты.

Асимметрическая лента более проста в изготовлении, так как излишек по ширине убирается с одной стороны, другая сторона остается ровной и ее удобнее укладывать на бобине.

Симметрическая конструкция ленты сложнее в изготовлении, однако, намотка ее на бобину происходит без девиации по ширине бобины.

Выполнение гибкой плоской ленты с шириной у_i+1 в любом ее сечении, удовлетворяющей условиям:

y_i+1=y_i+Δy_i+1,

где

y_i - ширина ленты в предыдущем сечении, м;

Δy_i+1 - i-ое приращение ширины ленты, м;

Δх - шаг разбиения ленты на участки, м;

ρ - плотность материала ленты, кг/м³;

S_i - площадь сечения предыдущего участка ленты, м²;

S_i+1 - площадь сечения последующего участка ленты, м²,

позволяет снизить ее материалоемкость и значительно повысить производительность подъемных установок глубоких шахт.

Известны ступенчатые стальные канаты с уменьшающимся числом и диаметром проволок, применяемых для глубоких шахт [Правицкий Н.К. Рудничные подъемные установки. М.: Госгортехиздат, 1963, стр.76, рис.48, а, б]. Известный признак, частично сходный с отличительным признаком заявляемого устройства. Однако в данных канатах статический коэффициент запаса прочности уменьшается с каждой последующей ступенью каната.

Именно потому, что канат ступенчатый, он не обеспечивает именно в любом его сечении постоянного статического коэффициента запаса прочности, обладает излишней материалоемкостью. Кроме того, тяговый орган круглого, но переменного сечения в виде каната трудно выполним, так как потребует выполнение каждой отдельной проволоки переменного сечения, свивку их в пряди, затем в канат.

В заявляемом изобретении, в отличие от известных решений, тяговый орган с изменяющимся сечением в зависимости от его длины выполнен в виде гибкой плоской ленты трапецеидальной формы с постоянной толщиной и с обеспечением в любом ее сечении постоянного статистического коэффициента запаса прочности, при этом минимальная ширина ленты, обеспечивающая заданный коэффициент запаса прочности, принимается в месте соединения ее с подъемным сосудом, что позволяет значительно повысить производительность подъемных установок на величину уменьшенного веса тягового органа и исключить вероятность обрыва тягового органа.

Таким образом, неизвестность влияния отличительных признаков на достигаемый технический результат доказывает соответствие заявляемой группы изобретений условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен внешний вид гибкого тягового органа рудничной подъемной установки, выполненной в форме прямоугольной трапеции, закрепленной к органу навивки максимальной шириной ее конца, а к подъемному сосуду - концом с минимальной шириной.

На фиг.2 представлена расчетная схема для определения ширины гибкой плоской ленты.

На фиг.3 расчетная схема гибкого тягового органа рудничной подъемной установки, выполненного в виде прямоугольной трапецеидальной формы (асимметричный тяговый орган).

На фиг.4 расчетная схема гибкого тягового органа рудничной подъемной установки, выполненного в виде равнобочной трапеции (симметричный тяговый орган).

Вертикальный шахтный подъем с предлагаемым тяговым органом фиг.3, 4 содержит: тяговый орган в виде ленты 1, один конец которой закреплен на подъемном сосуде 2, противоположный конец закреплен на органе навивки 3 в форме бобины подъемной установки, где Н₀ - глубина шахтного ствола совместно с высотой копра (на схеме не показано).

Минимальная ширина ленты у о принимается в месте закрепления ее с подъемным сосудом

y₀=M·g·z/σ·t

где М - масса груза и сосуда на конце ленты, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

z - статический запас прочности, принимаемый согласно ст.319 Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. ПБ 03-553-03;

σ - временное сопротивление разрыву материала ленты, Па;

t - толщина ленты, м.

Ширина ленты в любом сечении (фиг.2)

y_i+1=y_i+Δy_i+1

где Δy_i+1 - приращение ширины ленты, м;

у_i - ширина ленты в предыдущем сечении, м.

где Δx - шаг разбиения ленты на участки, м;

ρ - плотность стали, кг/м³;

S_i - площадь сечения предыдущего участка ленты, м².

Площадь сечения последующего участка ленты, м

Тяговый орган работает следующим образом. При движении органа навивки 3 (бобины) на подъем сосуда 2 вверх, лента 1 наматывается на бобину, а в точке схода ленты с бобины обеспечивается постоянный статический коэффициент запаса прочности, так как ширина ленты выполнена переменной в соответствии с заданным алгоритмом изменения ширины, удовлетворяющим условию

y_i+1=y_i+Δy_i+1

где

у_i - ширина ленты в предыдущем сечении, м;

Δy_i+1 - i-ое приращение ширины ленты, м;

где

Δх - шаг разбиения ленты на участки, м;

ρ - плотность материала ленты, кг/м³;

S_i - площадь сечения предыдущего участка ленты, м²;

S_i+1 - площадь сечения последующего участка ленты, м²;

Проведенные расчеты для шахтного подъема глубиной 1000 м показали, что применение тягового органа в виде гибкой плоской ленты трапецеидальной формы с постоянной толщиной дает экономию металла на тяговом органе в пределах 20%, что позволяет увеличить на эту же величину концевую нагрузку, повышая производительность подъемной установки.

Таким образом, предлагаемый тяговый орган в виде плоской ленты трапецеидальной формы, выполненной по определенному алгоритму, уменьшает материалоемкость тягового органа, обеспечивает в любом его сечении постоянный статический коэффициент запаса прочности, позволяет повысить производительность подъемных установок на величину уменьшенного веса тягового органа.

1. Гибкий тяговый орган рудничной подъемной установки, выполненный в виде гибкой плоской ленты постоянной толщины, один конец которой закреплен на органе навивки, а другой на подъемном сосуде, отличающийся тем, что тяговый орган выполнен в виде гибкой плоской ленты постоянной толщины трапецеидальной формы с переменной по всей длине такой шириной, что в любом ее сечении обеспечивается постоянный статический коэффициент запаса прочности, а минимальная ширина ее конца, закрепленного на подъемном сосуде, удовлетворяет условию:

где М - масса груза на конце гибкой плоской ленты, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с;

z - статический коэффициент запаса прочности;

σ - временное сопротивление разрыву, Па;

t - толщина гибкой плоской ленты, м;

расчет ширины y_i+1 гибкой плоской ленты в любом ее сечении:

y_i+1=y_i+Δy_i+1;

где y_i - ширина гибкой плоской ленты в предыдущем сечении, м;

Δy_i+1 - i-е приращение ширины гибкой плоской ленты, м;

Δх - шаг разбиения гибкой плоской ленты на участки, м;

ρ - плотность материала гибкой плоской ленты, кг/м³;

S_i - площадь сечения предыдущего участка гибкой плоской ленты, м;

S_i+1 - площадь сечения последующего участка гибкой плоской ленты, м².

2. Тяговый орган по п.1, отличающийся тем, что гибкая плоская лента выполнена в виде прямоугольной или равнобочной трапеции.