способ перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника и устройство для перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника

Формула изобретения

1. Способ перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника, включающий подъем одной ветви и опускание другой, отличающийся тем, что вертикальные участки уравновешивающего органа подвергают изгибу относительно вертикальной оси симметрии, а участок в зоне петли распрямляют в плоскую форму.

2. Устройство для перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника, отличающееся тем, что оно снабжено горизонтально закрепленными на уравновешивающем органе упругими элементами дугообразной формы, концы которых обращены во внутрь изогнутого контура.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области грузоподъемных механизмов, а именно к шахтным вертикальным установкам, и может быть использовано в шахтном лифтовом подъеме.

Уравновешивающий орган шахтного подъемника представляет собой U-образную упруго изогнутую ленту, концы которой закреплены на подъемных сосудах. При движении сосудов вследствие их поперечных колебаний в проводниках, а также внешних возмущающих факторов (давление воздушной струи с горизонтов и т. п.) происходит поперечные колебания уравновешивающего органа, из-за чего отклонения его петли в нижней части ствола могут достигать недопустимых величин, вызывающих соударение ленты с элементами армировки ствола, ее преждевременный износ и разрушение. С увеличением глубины подъема, вследствие возрастания длины уравновешивающего органа происходит уменьшение его изгибной жесткости из-за чего даже малые возмущения приводят к недопустимо большим поперечным отклонениям от вертикали свободно висящей уравновешивающей ленты. Увеличение изгибной жесткости ленты приводит к уменьшению амплитуды поперечных колебаний ее петли, однако неизбежно вызывает увеличение ее поперечных размеров, превышающих расстояние между точками подвеса к сосудам, приводящее к недопустимому соприкосновению с элементами армировки. Таким образом, уравновешивающий орган должен быть жестким на вертикальных участках, чтобы его движение было устойчивым в пределах ограниченной армировкой зоны, и гибким в петле, чтобы ее поперечные размеры не превышали допустимой величины.

Известен способ перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника, выбранный в качестве прототипа для способа, заключающийся в том, что в зоне петли материал органа подвергают индукционному нагреву до элластичного состояния, а на вертикальных участках он подвергается естественному охлаждению до состояния повышенной жесткости его материала.

Известно устройство для перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника, выбранное в качестве прототипа для устройства, снабженное расположенным на поверхности уравновешивающего органа покрытием из материала, обладающего элластичным или стеклообразным состоянием при различных температурах, распределенными в массиве покрытия ферромагнитными частицами и расположенным в зоне петли уравновешивающего органа источником индукционного нагрева для воздействия на ферромагнитные частицы.

Недостаток известного способа - недостаточно надежная стабилизация геометрии петли из-за инерционности тепловых процессов в его материале, приводящей к необходимости расширения зоны индукционного нагрева на область вертикального участка опускающего ветви органа перед входом в петлю, чтобы при высоких скоростях движения (20-25 м/с) сечения успели нагреться до эластичного состояния к моменту входа в петлю, а также к длительному остыванию при выходе на вертикальный участок подымающейся ветви органа. Это снижает надежность стабилизации геометрии петли уравновешивающего органа.

Недостаток известного устройства - недостаточная надежность его работы из-за того, что при скоростях движения органа 20-25 м/с источник индукционного нагрева должен быть расположен как можно ближе к поверхности петли, чтобы успевать передавать надлежащее количество энергии, и иметь значительные по протяженности размеры, чтобы успевать нагреть ферромагнитные частицы до требуемой температуры к моменту входа в петлю. Это ограничивает зону свободного перемещения петли и снижает надежность ее стабилизации с ростом скорости и глубины подъема.

Цель изобретения - повышение надежности стабилизации геометрии уравновешивающего органа в зоне его петли.

Указанная цель достигается тем, что уравновешивающий орган на вертикальных участках подвергают изгибу вокруг вертикальной оси и распрямляют в плоскую форму в зоне петли. Устройство для перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника содержит горизонтально закрепленные на поверхности плоского уравновешивающего органа упругие изогнутые элементы дугообразной формы. Концы дугов упругих элементов обращены вовнутрь U-образного контура уравновешивающего органа.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что уравновешивающий орган на вертикальных участках подвергают изгибу вокруг вертикальной оси и распрямляют в плоскую форму в зоне петли. Это говорит о соответствии способа критерию изобретения "новизна".

Предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием горизонтально закрепленных на поверхности плоского уравновешивающего органа упругих дугообразных элементов, обращенных своими концами вовнутрь U-образного контура уравновешивающего органа. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого способа и устройства не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники, не позволило выявить признаки, отличающие их от прототипов, что говорит об их соответствии критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 изображено устройство, реализующее заявляемый способ.

Устройство содержит упругие дугообразные элементы 1, горизонтально закрепленные на уравновешивающем органе 2 и обращенные своими концами вовнутрь его U-образного контура. Концы уравновешивающего органа 2 закреплены на сосудах (не показаны).

Устройство работает следующим образом. При движении сосудов (одного вниз, а другого - вверх) под действием сил упругости дугообразных элементов 1 происходит изгиб прямолинейных участков уравновешивающего органа 2 вокруг его продольной оси, в результате чего он приобретает желобообразную форму и его изгибная жесткость (жесткость конструкции) резко возрастает по сравнению с изгибной жесткостью плоской ленты. При попадании движущихся вместе с лентой 2 упругих элементов 1 в зону петли их траектория становится криволинейной, благодаря этому возникают центробежные силы, действующие на упругие элементы 1 со стороны масс боковых частей органа 2 (лент) и распрямляющие их до прямолинейной формы, а вместе с ними и желобообразную ленту 2 до плоского состояния. Распрямление желоба в плоскость вызывает резкое снижение изгибной жесткости конструкции уравновешивающего органа и его свободный изгиб в петле, габариты которой не превышают расстояние между концами свободного подвешенной плоской ленты. Благодаря этому достигается стабильность положения петли уравновешивающего органа относительно элементов армировки ствола при действии на него внешних возмущающих воздействий.

П р и м е р конкретного выполнения способа. Рассмотрим реализацию способа перепуска уравновешивающего органа шахтного подъемника на подъемной установке ЦШ 5х8 при глубине ствола 2000 м, которая снабжена плоским уравновешивающим органом с упругими элементами. Пусть плоский уравновешивающий орган представляет собой две вертикальные параллельные ленты 3 и 4, соединенные между собой по длине в поперечных сечениях с помощью упругих элементов 1, скрепленных с лентами 3 и 4 посредством болтовых стяжек 5. Пусть в состоянии свободного отвеса ленты под действием упругих элементов 1 установятся в форме равнобокового уголка, полки которого образуют между собой угол 90^о и угол = 45^о с плоскостью естественного отвеса лент без элементов 1. Точки С₁ и С₂ - центры масс поперечных сечений лент, А - центр изгиба упругого элемента 1, l - ширина ленты, F₁, F₂ - равнодействующие центробежных сил, действующих на каждую из лент 4, приведенные к сечениям в которых расположены упругие элементы 1.

Уравновешивающий орган представляет собой длинномерный объект, обладающий распределенной массой и изгибной жесткостью. Для рассмотрения колебаний уравновешивающего органа с достаточной для практики точностью последний может считаться как система с одной степенью свободы, совершающая поперечные колебания относительно вертикального положения равновесия под действием внешней (поперечной) возмущающей силы. Рассмотрим самый неблагоприятный случай, когда возмущающая сила может быть описана гармонической функцией вида

Р(t) = H sin t, где Н и - амплитуда и частота вынуждающей силы. Амплитуда отклонения нижнего конца от вертикали пропорциональна величине

A = , где с и a - приведенная жесткость и масса системы.

Величина максимального отклонения нижнего конца обратно пропорциональна величине приведенной жесткости С, которая пропорциональна изгибной жесткости уравновешивающего органа EI, где Е - модуль Юнга материала органа, I - момент инерции его сечения относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости колебаний.

В зоне петли, где обе ленты будут развернуты в плоскую конструкцию прямоугольной формы, момент инерции определяется формулой

I = , где l - ширина, b - толщина одной ленты.

На вертикальных участках, где уравновешивающий орган будет иметь форму равнобокого уголка его момент инерции будет

I = 2K⁴-2(K-b)⁴+bl-2K + ;

K = .

Выберем в качестве исходного материала для уравновешивающего органа резоностросовые ленты со следующими параметрами: l = 0,4 м, b = 0,02 м, q = 55 кг/м, где q - масса единицы длины ленты.

Расчет по формулам показывает, что для приведенных параметров ленты момент инерции органа в петле будет составлять величину, порядка 5,3 х 1,4 мм⁴, а момент инерции уголка будет 5,3 х 10⁷ мм⁴. По сравнению с традиционным уравновешивающим органом, предложенный способ позволяет увеличить его изгибую жесткость в 1000 раз, пропорционально снизив максимальную амплитуду его поперечных отклонений. В зоне петли, где жесткость конструкции становится равной изгибной жесткости ленты, орган свободно изгибается, сохраняя поперечные размеры, равные расстоянию между точками подвеса его вертикальных ветвей.

Будет считать, что в зоне петли уравновешивающий орган изогнут по дуге окружности диаметра 2R равного расстоянию между точками его подвеса. Это допущение обеспечивает получение оценок с достаточной для практики степенью точности.

Пусть n - приведенная жесткость упругих элементов, закрепленных на плоских лентах. Будем считать, что момент сил, вызывающих упругую деформацию боковых полок уравновешивающего органа при раскрытии в плоскую форму, будет М_А = n , где - угол упругого поворота полки (0 ). При движении по дуге окружности центробежные силы F₁ и F₂, разворачивающие полки уголка, будут уравновешены силами упругости элементов. Из этого условия получим соотношение

n= qcos(-), где v - скорость подъема. Для полного разворота уголка в плоскую форму (=) приведенная жесткость упругих элементов должна быть не более

n .

Для R = 1 м, =45^o= 20 м/с получим n 560 Н.

Чтобы не происходит изгиб полок под действием центробежных сил более чем на угол , ленты должны быть соединены между собой посредством упругих элементов, содержащих упоры, не позволяющие им образовать между собой угол, более 180^о.

Реализация этих операций обеспечивает динамически устойчивую работу уравновешивающего органа и позволяет осуществить одноступенчатый подъем грузов с глубин 2000-2500 м.

Данное изобретение по сравнению с прототипом позволит не менее чем в 5-7 раз снизить амплитуду поперечных колебаний уравновешивающего органа при скоростях подъема 20-25 м/с и повысить надежность его перепуска.