依據(jù)《GB 50127-2007架空索道工程技術(shù)規(guī)范》和《GB 12141-2008貨運架空索道安全規(guī)范》,在索道的設(shè)計中,索道承載索必須選擇鋼絲繩制作。而從索道構(gòu)架整體看,此承載索是一個柔性構(gòu)件、而只承受拉力,其材料服從虎克定律。同時,在分析其受力時,把支架上承載索鉸點的變形忽略不計,由此可按拋物線理論對承載索受力進(jìn)行分析計算,求解承載索的張力,垂度、切線傾角,曲率半徑及曲線長度,以解決……承載索的安裝長度問題……計算中其他有關(guān)參數(shù)等,重載最大垂度一般由用戶在任務(wù)書中提出。
承載索的設(shè)計計算,一般需要考慮既要達(dá)到集運貨物產(chǎn)量高、成本低、又要生產(chǎn)安全可靠,這就要進(jìn)行多方案的設(shè)計計算。特別是多跨架空索道計算公式繁瑣復(fù)雜,計算工作量大,設(shè)計者頗感棘手。下面,以一個單索單跨往復(fù)式承載索設(shè)計實例,來說明快裝索道承載索及其應(yīng)用:
用戶任務(wù)書:承載索長度220米(水平最大距離150米,高度最大150米),最大貨物載重量:1噸,線路坡度:0~45°,要求設(shè)計承載索安裝最快。
在本實例中,當(dāng)垂度給定時,承載索對載貨小車支持力,主要受兩方面因素影響:一是隨小車滑行過程變化而變化;二是隨上下兩支點安裝高度差變化而變化,理論分析當(dāng)小車滑行至跨中時,承載索產(chǎn)生最大撓度和最大張力。通過計算兩支點在水平安裝、和45°坡度安裝兩種情況下,承載索在跨中時的張力進(jìn)行比較,得出,承載索在45°坡度安裝時,張力最大。下面給出45°坡度安裝時,承載索產(chǎn)生最大張力值的計算過程,如下圖1所示:
1撓度選擇
架空索道承載索的工作垂度ε(跨中最大撓度與水平跨度的比值)一般為0.05~0.07,最理想的垂度為0.055~0.06,(在周新年的《架空索道設(shè)計》一文中,給出的是0.04~0.06)如果我們選擇最小垂度0.055,計算跨中最大撓度f
f=εxL=150x0.055=8.25米。
但考慮到本索道使用的特殊性--即為了保證沿線0~45°地質(zhì)情況,全部能夠通過障礙物,并綜合考慮支架架設(shè)高度,實際計算選擇最小撓度為4米。
即,在兩支點水平安裝時,根據(jù)索道支架高度8.4米,吊鉤長度0.4m,假設(shè)捆綁索延伸伸長1米計算,如果預(yù)留障礙點與被吊物底端間距為0.5米,當(dāng)?shù)匦纹滦泵媾c索道玄平行時,計算通過最大被吊物高度H:
H=8.4-0.4-1.0-0.5-4.0=2.9m
被吊物高度不得大于2.9米。
2承載索張力計算
根據(jù)力的平衡原則,當(dāng)載荷集中在中點時,為簡化計算,承載索被完全看成是柔性構(gòu)件,忽略承載索均載影響,則,
重力的水平分力;(T+t)sinα-Tsinβ=0
重力的垂直分力;(T+t)cosα-Tcosβ-1=0
其中,T為承載索張力t為牽引力α為載荷點牽引索上段與豎直線的夾角,β為載荷點牽引索下段與豎直線的夾角,1為所需支持力,
根據(jù)馳度計算,當(dāng)h=4時,帶入計算得,T=12.89噸,t=0.71噸
在本實例中,當(dāng)牽引索在中點駐留時,牽引索將被完全放開,被吊物依靠滑車與承載索的摩擦力停留,實際承載索上半段承受的最大張力將包含荷重分量,即承載索張力和牽引索牽引力,為:T+t=12.89+0.71=13.6噸
3承載索選擇及安裝
根據(jù)《GB12141-2008貨運架空索道安全規(guī)范》,鋼絲繩應(yīng)選擇符合GB8918,或YB/T5295要求的鋼絲繩。為減少鋼絲繩重量,選用重要用途鋼絲繩,抗拉強度級別1870Mp,查表得承載索安全系數(shù)3.0。
計算鋼絲繩最小破斷拉力T0:T0=3.0X13.6=40.8噸力
選用強度級別1870級填充式鋼絲繩,鋼絲繩最小直徑Ø24mm。
查,直徑24mm鋼絲繩重量比約為230Kg/100米,計算220米(不考慮端部制作)鋼絲繩自重,得:G=230Kg/100X220=506Kg
在承載索安裝時,承載索選擇一端固定,另一端張緊的安裝方式。固定端制成環(huán)眼,由于承載索放繩時,可能僅需要使用承載索的一部分,依據(jù)通常方法,為了減少勞動量,只選擇對鋼絲繩環(huán)眼端直接放繩。放繩時,鋼絲繩質(zhì)量較重,且不允許在地面摩擦,和沾染土石污染,一般情況,放繩采用牽引索,通過轉(zhuǎn)向滑輪牽引,進(jìn)行有張力放繩(在本設(shè)計中,考慮到牽引機重量及搬運困,一般只把牽引機安裝到運輸車能夠方便卸貨的地方)。
在承載索張緊過程中,為了節(jié)約時間,本承載索的張緊不采用配重形式,借用周志剛在“往復(fù)式客運索道雙承載索兩端錨固裝置設(shè)計”中提到的張緊方法:在該方法中,為了使液壓缸行程盡可能的短,先通過手拉葫蘆逐漸收緊,使之達(dá)到一個預(yù)估的張緊力,然后,在張緊端采用多個繩卡固定,承載索通過兩組繩夾和兩根長螺桿及張緊架與錨固機架聯(lián)接,隨后,通過一個液壓系統(tǒng)張緊液壓缸,拉緊承載索,在承載索繩卡端,連接一個壓力傳感器,測定和顯示承載索實時拉力。
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