29.01.2021

Копры вертикальных стволов


Надшахтные копры служат для установки на них направляющих шкивов, крепления проводников и разгрузочных кривых для скипов и опрокидных клетей, крепления посадочных устройств клетей, а также для установки на них подъемных машин при многоканатном подъеме.

Копры воспринимают нагрузку от натяжения подъемных канатов, от собственного веса, давления ветра и веса многоканатных подъемных машин.

Высота копров достигает 70 м, а нагрузка на них от подъема — 400 т.

Ствол шахты оборудуют одной, двумя или тремя подъемными установками. В зависимости от их числа копры называют одно-, двух- или трехподъемными.

Направляющие шкивы на копре устанавливают в зависимости от расположения подъемных машин и направления разгрузки подъемных сосудов. Если направление разгрузки подъемных сосудов совпадает с направлением канатов, идущих к барабану подъемной машины (т. е. с направлением оси подъема), то направляющие шкивы устанавливают на одинаковой высоте параллельно один другому. При разгрузке подъемных сосудов в направлении, перпендикулярном оси подъема, направляющие шкивы располагают в одной вертикальной плоскости, но на разных высотах. Расположение подъемных машин и направление разгрузки подъемных сосудов зависят от общей компоновки сооружений технологического комплекса поверхности шахты.

Копер (рис. 76) состоит из трех основных частей: станка 1, головки 2 и укосины 3. Башенные копры не имеют укосины. На головке копра располагают подшкивные площадки для направляющих шкивов и устройства для монтажа и демонтажа шкивов. Головка копра непосредственно воспринимает нагрузки от натяжения подъемных канатов и передает их на станок и укосину копра. В станке копра устанавливают направляющие проводники для движения подъемных сосудов, разгрузочные кривые, кулаки для посадки клетей и другое оборудование для приемки и разгрузки подъемных сосудов. Укосина копра воспринимает основные нагрузки, действующие на копер от натяжения подъемных канатов. Различают копры деревянные, стальные, железобетонные и смешанные.
Копры вертикальных стволов

Деревянные копры ввиду специфических недостатков древесины (подверженность гниению, пожароопасность и т. д.) применяют редко и только на стволах шахт небольшой производственной мощности и на шурфах.

Смешанные копры имеют железобетонный станок, стальные — укосину и головку.

Системы копров


Копры вертикальных стволов шахт могут быть шатровой, полушатровой, станковой, смешанной, башенной систем.

Копры шатровой системы (рис. 77) обычно выполняются из стали. Станок этих копров отделен от основных несущих конструкций и воспринимает нагрузки от собственного веса, а также нагрузки, возникающие при посадке клети на кулаки или при опрокидывании скипа в разгрузочных кривых.

Станок опирается на специальную стальную опорную раму, заложенную в крепь устья ствола. Раскосы и ригели фасадных ферм копра имеют относительно большую длину. Усилия в этих элементах копра очень незначительны, поэтому сечения раскосов и ригелей принимают из условий допускаемой гибкости. Прочность стали при этом используется на 15—20%. Копры шатровой системы имеют больший вес, чем копры других систем, поэтому в настоящее время почти не применяются.

За рубежом копры шатровой системы еще находят применение (например, в ФРГ); иногда они выполняются из железобетона.

Копры полушатровой системы (рис. 78) выполняются из стали; железобетонные копры этой системы не применяются ввиду сложности конструкции. Станок копра отделен от основных несущих конструкций. Фундаменты передней стенки копра, на которые передаются нагрузки от подъема, располагаются за пределами ствола. Прочность стали в этих копрах используется более рационально, так как свободная длина раскосов и ригелей фасадных ферм меньше, чем в копрах шатровой системы.

Такие копры отличаются большой устойчивостью, не подвержены значительным колебаниям при работе подъема и в эксплуатации вполне себя оправдали. Они применяются в тех случаях, когда нельзя передавать на крепь ствола шахты значительные нагрузки от копра.

Копры станковой системы (рис. 79), изготовленные из стали, получили широкое распространение, железобетонные копры пока не применяются, но в проектах новых шахт они предусматриваются.

Станок копров станковой системы является частью основных несущих конструкций и устанавливается на крепь устья ствола, которая в этом случае воспринимает часть основных нагрузок, передаваемых на копер. В копрах большой высоты для уменьшения свободной длины ног укосины устанавливают в фасадной плоскосги копра одну или в редких случаях две распорки, представляющие собой плоскую ферму, присоединенную к станку и к укосине (см. пунктир на рис. 79). Распорка, уменьшая свободную длину ноги укосины, препятствует прогибу ее от собственного веса.

Копры смешанной системы. Станок этих копров представляет собой железобетонный короб, стенки которого снабжены горизонтальными ребрами, большой вес станка исключает возможность установки его на крепь устья, пройденного в неустойчивых породах. В этих случаях станок опирают на железобетонную трапециевидную раму, установленную на фундаменты, не связанные с крепью устья ствола.

Станок копров смешанной системы герметичный, поэтому его не надо обшивать при установке над вентиляционным стволом шахты.

Благодаря большому весу железобетонного станка копер имеет значительную устойчивость, что позволяет применять в копрах смешанной системы стальные укосины с параллельными поясами, отличающиеся меньшим весом и простотой изготовления.

Недостаток копров смешанной системы по сравнению со стальными копрами — большая трудоемкость возведения.

Копры башенной системы применяются при многоканатных подъемных установках, располагаемых над стволом шахты. Они представляют собой железобетонную или стальную башню, в верхней части которой расположены помещения для подъемных машин. Высота башенных копров 50—70 м. Размеры стороны башни в плане 12—36 м.

На рис. 80 показан башенный копер, разработанный институтом Южгипрошахт. В башне размещены подъемные машины и весь околоствольный технологический комплекс, включая приемные бункера. Для установки оборудования предусмотрены междуэтажные перекрытия. Башня выполняется из монолитного железобетона.

Выбор системы копра зависит от назначения стволов, типа и числа подъемных установок, величины нагрузок, действующих на копер, свойств пород, окружающих устье ствола, и других факторов.

Для проектирования копра необходимы:

- характеристика подъема;

- чертеж сечения ствола шахты с указанием расположения подъемных сосудов;

- схема подъема;

- чертеж поверхности шахты;

- схемы расположения вентиляционных каналов и ходов, примыкающих к устью ствола;

- чертежи подъемных сосудов, приемного бункера и герметического разгрузочного устройства для скиповых подъемов вентиляционного ствола;

- чертежи посадочных кулаков или качающихся площадок для клетевых подъемов, разгрузочных кривых для скипов и опрокидных клетей, копровых шкивов и подшипников для них;

- схема технологического процесса выдачи угля из ствола и транспортирования его на поверхности;

- данные о величине депрессии (для вентиляционного ствола);

- чертежи зданий, примыкающих к копру;

- установочные чертежи парашютов;

- инженерно-геологические сведения,

В характеристике условий для проектирования копров указываются: количество и тип подъемов, конечная высота подъема, диаметр и отметки центров направляющих шкивов, отметка приемной площадки, отметка оси и диаметр барабана подъемной машины, расстояние от оси барабана до оси ствола, собственный вес клети и вагонетки, максимальный вес одновременно поднимаемого груза, максимальная скорость подъема сосудов, вес копровых шкивов, диаметры и разрывные усилия подъемных канатов и нагрузки от тормозных канатов парашютных устройств.

Определение основных размеров и проектирование схемы копров


Минимальная высота копра определяется по схеме подъема (рис. 81) по формуле

где h1 — высота уровня приемной площадки от верха устья ствола шахты, м. За уровень приемной площадки принимается уровень головки рельсов верхнего откаточного пути или верхней кромки приемного бункера (для саморазгружающихся подъемных сосудов);

h2 — высота подъемного сосуда (до верхнего жимка на канате), м;

h3 — величина возможного пере подъема (ж) принимается в соответствии с правилами безопасности;

r — радиус копрового шкива, м.

В случае расположения под головкой копра площадки для тормозных парашютных устройств общая высота копра H должна быть увеличена на 2,5—3 м.

Минимальная высота копра должна удовлетворять требованиям в отношении величины угла девиация подъемных канатов и в случае надобности увеличивается.

Расстояние между стойками станка копра в плане определяют по чертежу сечения ствола шахты, на котором приведено расположение подъемных сосудов и направляющих проводников.

В соответствии с габаритом подъемных сосудов и размерами проводников принимают внутренние размеры станка копра. Зазоры между подъемными сосудами и ближайшими к ним элементами станка копра должны составлять 120—150 мм.

Расстояние от оси стоек станка копра до крайней кромки элемента его решетки ориентировочно принимают равным 100 мм.

Расстояния между осями стоек копра (рис. 82) определяют по формулам:

где l1 и l2 — размеры станка по осям стоек, мм;

m, n — размеры подъемных сосудов, мм;

а — расстояние между осями подъемных канатов, мм.

Полученные по формулам размеры округляют (в большую сторону) с точностью до 50 мм.

В копрах скипового подъема расстояние между стойками станка принимают в зависимости от способа крепления к нему разгрузочных кривых.

Для копра клетевого подъема размеры станка согласуют с конструкцией посадочных кулаков и подкулачных балок. Расстояние между осями подкулачных балок определяют в зависимости от расстояния между посадочными кулаками, расположенными с двух противоположных торцовых сторон клети. В большинстве случаев оси стоек станка копра совмещают с осями подкулачных балок. При этом обеспечивается беспрепятственный пропуск тяг для открывания посадочных кулаков у стоек станка.

Расстояние от оси станка копра до опорного узла укосины определяют в зависимости от положения равнодействующей усилий в каждом из подъемных канатов.

Усилия в ветвях подъемного каната, перекинутого через направляющий шкив, равны между собой и их равнодействующая проходит через центр шкива. Сумма таких равнодействующих, приложенных к каждому шкиву, представляет собой активную нагрузку на копер от работы подъема.

Часть этой нагрузки воспринимается укосиной, а часть — станком или передней фермой копра. Менял расстояние от оси станка до опорного узла укосины, можно изменять соотношение нагрузок, приходящихся на укосину и на станок копра. Рекомендуется принимать это расстояние таким, чтобы равнодействующая нагрузок на каждый из шкивов располагалась между станком и укосиной.

В тех случаях, когда крепь устья ствола не представляет собой достаточно надежного основания для передачи на нее нагрузок, возникающих при разрыве подъемного каната, можно располагать укосину между направлением равнодействующих и станком копра, так как при этом нагрузки на станок получаются минимальными. Обычно направление укосины совмещают с направлением равнодействующей натяжения верхнего из канатов.

Кроме того, расстояние от станка копра до укосины должно быть увязано с расположением путей и сооружений вблизи ствола шахты.

Глубина заложения фундаментов под укосины определяется в соответствии с действующими нормами по СНиП в зависимости от свойств грунта основания.

Уровень установки опорной рамы для копров скипового подъема рассчитывается так, чтобы верхняя плоскость балок горизонтальной опорной рамы совпадала с поверхностью устья ствола шахты или была на 100 мм ниже ее. Такое расположение удобно для установки противопожарных ляд на устье ствола.

Для копров клетевого подъема расстояние от верха головки рельса в клети до верха подкулачных балок, которые входят в состав опорной рамы копра, определяется конструкцией посадочных кулаков. Поэтому положение верха опорной рамы по отношению к уровню устья ствола должно быть увязано с конструкцией кулаков. Для двухподъемных копров (с клетевым и скиповым подъмами) положение опорной рамы также зависит от конструкции посадочных кулаков.

Размеры проемов для разгрузки опрокидывающихся сосудов определяют по чертежу схемы копра, на который нанесено очертание разгрузочных кривых в соответствии с заданной отметкой опрокидывания. Из плотной бумаги вырезают контур подъемного сосуда, который накладывают на чертеж схемы копра так, чтобы ось рамы на контуре сосуда совпала с осью рамы на чертеже схемы копра, и далее двигают контур сосуда так, как он должен двигаться в действительности по разгрузочным кривым. При достижении контуром сосуда крайнего (опрокинутого) положения его поднимают по вертикали на величину заданного переподъема, чем и определяется необходимая высота проема в стенке станка копра. Величина проема в герметических станках должна быть увязана с размерами приемных устройств для разгрузки скипа в бункер.

Низ проема для откатки вагонеток из неопрокидных клетей совпадает с уровнем верха опорной рамы копра а определяется по чертежам посадочных кулаков. Верх проема располагается на высоте 2—2,5 м над уровнем головки рельса.

Проемы для ввода подъемных сосудов в станок копра предусматриваются с той стороны, с которой ничто не препятствует выполнению операций по вводу сосудов в станок.

Подъемные сосуды вводят в станок копра в вертикальном положении (по рельсам или брусьям) или в наклонном (при помощи подъемного каната). При вводе сосуда при помощи подъемного каната высота проема в станке копра определяется траекторией движения сосуда; при вводе сосуда по рельсам или брусьям в вертикальном положении проем в станке должен иметь высоту несколько большую, чем полная высота сосуда. Проемы для ввода сосудов в герметических станках закрывают специальными герметическими воротами, а в негерметических — решетчатыми дверями.

Проектирование схемы копра. Перед разбивкой головки и станка копра на панели на схему копра наносят положение шкивов и необходимых проемов. После определения основных размеров копра устанавливают размеры панелей и схему решетки. Решетка должна быть наиболее простой и статически определимой (рекомендуется раскосная и крестовая, а в станках большой ширины полураскосная). Длина вертикальных панелей принимается 3—4 м. При очень большой высоте копра (40—60 м) длина панелей может быть больше, если это рационально по конструктивным соображениям.

На чертеж схемы поперечных стенок копра наносят положение подшкивных фермочек, на которых размещают подшипники шкивов (рис. 83). Расстояние между осями подшкивных фермочек должно быть равно запроектированному расстоянию между осями подшипников.

Схема решетки фермочек должна быть такой, чтобы ось шкива находилась над узлом решетки, так как при этом горизонтальный элемент фермочки, на который устанавливается подшипник, не подвергается изгибу, а все усилия, передаваемые через подшипник, воспринимаются подкосами, сходящимися в этом узле. Если пролет внутренней фермочки составляет 3—4 м, подкосы должны опираться непосредственно на поперечные балки (рис. 84, а). При больших пролетах подшкивных фермочек применяется решетка раскосная или треугольная с расположением узлов под местами крепления подшипников (рис. 84, б)

Нижний пояс фермочки проектируется на одном уровне с соответствующим ригелем фасадной фермы для обеспечения возможности установки горизонтальных связей между подшкивными и фасадными фермами.

Для большей устойчивости и уменьшения возможных колебаний подшкивные фермочки в поперечном направлении соединяют связями, располагаемыми в плоскости крайних стоек вне габарита шкивов. Крайние фермочки прикрепляют связями к фасадным фермам.

Опорные балки, на которые опираются подшкивные фермочки, устанавливают в плоскости поперечных ферм копра и в плоскости укосины. Высота поперечных балок составляет 240-1400 мм в зависимости от величины разрывного усилия каната и статической схемы балки (однопролетная или неразрезная двухпролетная). Балки изготовляют одностенными и двухстенными.

Поперечные фермы головки копра в зависимости or количества и расположения шкивов выполняют по схемам, приведенным на рис. 85. Выбранная схема поперечной фермы (в пределах головки копра) должна обеспечивать беспрепятственный подъем шкивов на подшкивную площадку. Для этого элементы фермы и подшкивных площадок, которые мешают установке шкивов при их монтаже или демонтаже, прикрепляют на болтах (болтами прикрепляют только второстепенные элементы, временное удаление которых не повлияет на устойчивость и прочность копра).

Укосина копра может иметь параллельные (рис. 86, а) или расходящиеся книзу пояса (рис. 86, б) в зависимости от необходимой устойчивости копра в поперечном направлении. При высоких копрах укосине обычно придается форма, изображенная на рис. 86, в.

Для обеспечения геометрической неизменяемости конструкции копра в горизонтальной плоскости, а также для передачи на основные фасадные фермы копра горизонтальных нагрузок от подшкивных фермочек в копре устанавливают горизонтальные связи. Связи головки копра помещают непосредственно под шкивами; между шкивом и элементами связей оставляют зазор в свету не менее 400—500 мм. Схемы горизонтальных связей приведены на рис. 87, а, б, в.

Подшкивные площадки служат для монтажа, осмотра и смазки шкивов. Они покрываются рифленой листовой сталью и являются одновременно горизонтальными диафрагмами, придающими головке копра большую жесткость. Ширина проходов на площадке должна быть не менее 600 мм. Доступ к подшкивным площадкам обеспечивается устройством металлических лестниц, располагаемых в большинстве случаев на укосине копра. Если это неосуществимо, лестница начинается с площадки, расположенной на уровне крыши надшахтного здания, и прикрепляется к станку копра. Ступени лестниц выполняются из рифленой стали; ширина лестниц — 600 мм. Лестница должна иметь площадки для отдыха, располагаемые не реже чем через 10 м по высоте копра. Уклон маршей принимают не более 75° к горизонтали (при крутых уклонах над перилами устраивают защитные дуги из полосовой стали).

Для подъема шкивов над ними устанавливают двутавровые балки, которые имеют консольный вынос в сторону укосины, заканчивающийся упором для тали. Балки располагают на такой высоте, чтобы над шкивом поместилась таль с крюком и шкив поднимался на высоту 0,5 м над подшипниками.

Расчет копров


Нагрузки, действующие на копер. Koпep рассчитывают на действие нагрузок от собственного веса его конструкций, давления ветра (ветровая нагрузка) и от работы подъемов.

Собственный вес конструкций копра предварительно определяют по эмпирическим формулам:

где G — вес копра, т;

H — полная высота копра до оси вала верхних шкивов, м;

Smax — максимальное разрывное усилие одного из подъемных канатов, т.

При определении веса герметических копров также учитывают вес обшивки станка копра.

Нагрузку от собственного веса копра распределяют между его узлами; при этом принимают, что на головку копра приходится 35—40%, на станок 30—35% и на укосину 25—35% общего веса копра. Это распределение нагрузок уточняют в зависимости от конструктивных особенностей копра. Полученные нагрузки условно распределяют поровну между узлами головки копра (для веса головки) и узлами станка (для веса станка). Вес укосины принято распределять на четыре узла: два узла в месте сопряжения укосины с головкой копра и два опорных узла укосины.

Ветровую нагрузку на копер определяют в соответствии со Строительными нормами и правилами по формуле

где qв — ветровая нагрузка, кГ/м2;

k — аэродинамический коэффициент;

Q — скоростной напор ветра, кГ/м2.

Аэродинамический коэффициент для копров принимают 1,4; при этом ветровую нагрузку распределяют только по узлам, расположенным со стороны действия ветра. Скоростной напор ветра до высоты 20 м рекомендуется принимать 80 кГ/м2; на каждый метр высоты сверх первых 20 м напор ветра увеличивают из 1 кГ/м2.

Копер по высоте разбивают на несколько зон высотой 10—15 м Для каждой зоны определяют величину скоростного напора ветра, причем за расчетную принимают высоту, на которой расположена середина данной зоны

Учитывая решетчатость конструкций копра, полученную величину ветровой нагрузки уменьшают путем умножения ее на коэффициент сплошности, характеризующий отношение площади элементов, оказывающих сопротивление ветру, к общей площади контура копра. Коэффициент сплошности обычно принимают: для головки копра: аг=0,6—0,7; для укосины ау=0,5—0,6; для станка без обшивки ас=0,6—1 и для герметически закрытых станков ас=1.

Ветровую нагрузку, действующую на узлы конструкции, определяют в соответствии с величиной грузовой площади, приходящейся на каждый узел.

Нагрузка от работы подъема передается на копер через подшипники шкивов.

Усилия в вертикальной и наклонной ветвях каната S равны между собой. Равнодействующая этих усилий R проходит через центр шкива (рис. 88).

Величина усилия в канате складывается из собственного веса каната и веса груженого сосуда. Сумма этих величин называется рабочей концевой нагрузкой, или рабочим усилием каната. В случае разрыва одного из подъемных канатов на копер, кроме рабочих, могут действовать экстренные нагрузки.

Сечение каната подбирают по рабочей концевой нагрузке с учетом соответствующего коэффициента запаса прочности.

Расчетные сочетания нагрузок

I. Основное сочетание: нагрузка от собственного веса копра, рабочие усилия в подъемных канатах и тормозных канатах парашютных устройств, а также рабочие усилия в канатных проводниках.

Нагрузки от тормозных канатов парашютных устройств и от канатных проводников принимаются лишь в тех случаях, когда соответствующее оборудование копров предусмотрено в проекте подъемной установки.

Канатные проводники и тормозные канаты закрепляются на станке копра и передают на него свои первоначальные натяжения (рабочие усилия). Кроме рабочих усилий, в тормозных канатах парашютных устройств в момент действия парашюта возникают экстренные усилия. Поэтому станок копра надлежит дополнительно проверять на случай срабатывания парашютов после обрыва подъемного каната одной из клетей.

II. Дополнительное сочетание: нагрузка от собственного веса копра; рабочие усилия в подъемных канатах, в тормозных канатах парашютных устройств и в канатных проводниках, а также ветровая нагрузка.

III. Особое сочетание: нагрузка от собственного веса копра; разрывное усилие каната одного из подъемов; двойное рабочее усилие в сопряженном канате того же подъема; рабочие усилия в канатах других подъемов, в тормозных канатах парашютных устройств и в канатных проводниках.

IV. Особое сочетание нагрузок при действии парашютных устройств: нагрузка от собственного веса копра; усилие в тормозных канатах при сработавших парашютах одной из клетей; рабочие усилия в остальных тормозных канатах; во всех подъемных канатах (кроме каната, в котором произошел разрыв), а также в канатных проводниках.

Сочетания III и IV не могут действовать одновременно, так как включение в работу парашютных устройств, захватывающих тормозные канаты, происходит после обрыва подъемного каната.

При расчете копра следует рассматривать случай разрыва каждого из канатов в отдельности, определял соответствующие сочетания нагрузок для каждого расчетного случая.

Расчетную величину нагрузки определяют путем умножения величины нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки.

При расчетах с учетом дополнительных или особых сочетаний нагрузок величины расчетных нагрузок, кроме собственного веса, умножаются на коэффициент 0,9 при учете дополнительных сочетаний и на коэффициент 0,8 при учете особых сочетаний. Коэффициент условий работы при расчете копров m = 0,9.

Рабочие элементы конструкций копров изготовляют в основном из углеродистой горячекатаной стали марки Ст. 3. Элементы головки копра, непосредственно воспринимающие динамические нагрузки, выполняют из мартеновской стали марки Ст. 3 с дополнительными гарантиями в отношении предела текучести, ударной вязкости, а также предельного содержания углерода, серы и фосфора.

Несущую способность стальных элементов копра определяют в соответствии с действующими нормами и техническими условиями проектирования стальных конструкций.

Способы определения расчетных нагрузок при проектировании башенных копров для многоканатных подъемов окончательно не установлены. Заводы, изготовляющие многоканатные подъемные машины, рекомендуют рассчитывать перекрытия под машины на экстренную нагрузку, определяемую по формуле

где Smax — максимальное статическое натяжение канатов подъема;

е — основание натуральных логарифмов;

u — коэффициент трения;

а — угол обхвата шкива машины канатом;

G — вес основной части машины с рамой.

В Швеции в качестве расчетных нагрузок на копер, возникающих при работе подъема, рекомендуется принимать следующие:

- при расчете копра в целом — сумму рабочих усилий во всех подъемных канатах;

- при расчете конструкций, непосредственно поддерживающих подъемные установки, сумму разрывных, усилий всех канатов на одну сторону шкивов трения и 75% от этой суммы для всех подъемных канатов, расположенных по другую сторону.

Расчетные нагрузки, определяемые по этим нормам, превышают нагрузки, вычисленные по формуле (5).

Расчет элементов копра. Копер представляет собой пространственную систему. Однако для определения усилий, действующих в его элементах, пользуются общепринятым для большинства пространственных систем способом расчленения их на плоские системы, что увеличивает запас прочности и значительно упрощает статический расчет копра.

Фасадные фермы копров могут быть статически определимыми и статически неопределимыми. К первым относятся фермы копров систем: шатровой и полушатровой, смешанной с качающейся верхней опорой укосины и станковой с рамным проемом в нижней части фасадной фермы. К статически неопределимым относятся фермы копров станковой системы (при отсутствии проема в нижней части фасадных ферм) и смешанной системы с шарнирно-неподвижной верхней опорой укосины.

Нагрузка от подшипников шкивов передается на узлы несущих фасадных ферм копра через поперечные балки, на которые опираются подшкивные фермочки. Равнодействующая разрывных или рабочих усилий каната распределяется поровну между подшипниками шкива, а следовательно, и между подшкивными фермочками, на которые опираются эти подшипники. Сила R/2 (рис. 89), действующая на каждую из подшкивных фермочек, передается через их подкосы на заднюю и переднюю поперечные балки в виде сил, действующих в плоскости наибольшей жесткости этих балок (т. е. в плоскости стенок балок), и на фасадные фермы копра (через горизонтальные связи, расположенные в плоскости нижнего пояса фермочек) в виде горизонтальной силы. Эти нагрузки на поперечные балки и фермы копра возникают от каждой подшкивной фермочки.

Поперечная балка может работать как ригель жесткой рамы, как однопролетная балка или как двухпролетная неразрезная балка.

На рис. 90, а изображена рамная поперечная конструкция двухподъемного копра, в головке которого на верхней площадке (рис. 90, в) расположены три шкива 1, 2 и 3 и на нижней (рис. 90, г) один. Нагрузки на рамы попарно равны (равные нагрузки объединены на рис. 90, б, в, г скобками), так как равнодействующая усилий каната распределяется между подшипниками шкива поровну. Однако величины отдельных пар (групп) нагрузок не равны между собой, так как в одном канате может быть разрыв, а в другом сопряженном канате в это время будет действовать двойное рабочее усилие. Поэтому усилия в элементах рамы определяют от каждой пары нагрузок, принимая в каждом случае для соответствующей пары усилия от разрыва каната.

Для определения максимального расчетного момента поперечной балки составляют расчетные сочетания. Например, для ригеля де (рис. 90) могут быть следующие сочетания нагрузок (при условии, что группы нагрузок 1 и 2 относятся к одному подъему, а группы 3 и 4 к другому подъему):

- разрыв в группе 1, двойное рабочее усилие в группе 2 и рабочее усилие в группе 3;

- разрыв в группе 2, двойное рабочее усилие в группе 1 и рабочее усилие в группе 3;

- разрыв в группе 3 и рабочие усилия в группах 1 и 2;

- рабочие усилия во всех группах.

Для восприятия горизонтальной силы, действующей на фасадные фермы копра, наряду с опорными реакциями поперечных балок, в плоскости нижнего пояса подшкивных ферм устраивают жесткую конструкцию. Жесткая горизонтальная конструкция может быть осуществлена в виде стержневой системы связей (см. рис. 87, б, в) или в виде сплошного листа, усиленного уголками жесткости и представляющего собой горизонтальную балку, расположенную в плоскости верхнего пояса одной из поперечных , балок mm или m'm', (рис. 91).

Разрезные однопролетные поперечные балки применяют при небольших нагрузках в одноподъемных копрах со шкивами, расположенными рядом. При больших нагрузках применяют двухпролетные неразрезные поперечные балки (рис. 92, а, б). Промежуточными опорами этих балок служат подкосы. Горизонтальные силы, действующие на фасадные фермы, передаются на последние горизонтальными связями, расположенными на уровне верхних поясов поперечных балок.

Расчет статически определимых фасадных ферм. Опорные реакции подвижных опор А фасадных ферм копров систем: шатровой и полушатровой (рис. 93, а), а также смешанной с качающейся верхней опорой укосины (рис. 93, б) определяют графоаналитическим методом, пользуясь суммой моментов всех внешних сил относительно точки В. Плечи сил при этом берутся графически из чертежа. Для определения реакций опор фасадных ферм станкового копра с проемом в нижней части станка (рис. 93, в) пользуются методом разложения силы на три направления. Находят точку 1 пересечения равнодействующей всех внешних нагрузок с направлением качающейся опоры А. Соединяют точку 1 с точкой О. Внешнюю силу P раскладывают на направления А—1 и О—1 и определяют реакцию качающейся опоры А. После этого силу О—1 раскладывают на направления О—В и О—С, определяя таким образом реакции В и С. Затем приступают к определению усилий в стержнях ферм путем построения диаграмм усилий.

При перекрестной системе раскосов, которая является многократно статически неопределимой, при построении диаграмм усилий принимают одно какое-либо направление раскосов, считая раскосы другого направления нерабочими. При этом необходимо однажды принятое направление раскосов сохранять для всех случаев нагрузки.

При расчете одноподъемных копров строят диаграммы усилий от:

- собственного веса;

- действия ветра в лоб копра;

- действия ветра со стороны машины;

- действия ветра на фасад копра;

- нагрузок при разрыве первого каната;

- нагрузок при разрыве второго каната.

При расчете двухподъемных копров составляют еще две диаграммы (от усилий при разрыве третьего и четвертого канатов). Значения усилий, определенных по диаграмме, сводят в таблицу определенной формы (табл. 20).

При расчете подъемов, оборудованных канатными проводниками или тормозными канатами для парашютных устройств, к этой таблице добавляют графы, в которых записывают значения соответствующих усилий в элементах копра.

Значения усилий в стержнях от рабочего натяжения канатов (графы 8, 11, 14 и 17) определяют путем деления значений соответствующих усилий от разрыва канатов на коэффициент запаса прочности подъемных канатов. Усилия от двойного рабочего натяжения канатов (графы 7, 10, 13 и 16) подсчитывают путем удваивания усилий от рабочего натяжения.

Суммарные расчетные усилия определяет для основного, дополнительного и особого сочетаний нагрузок. При этом учитывают только те случаи нагрузки, которые входят в данное расчетное сочетание. Например, если для какого-либо стержня принят случай разрыва 2-го каната (графа 9), то для нахождения суммарного расчетного усилия по особому сочетанию суммируют значения усилий от собственного веса (графа 2), от разрыва 2-го каната (графа 9), от двойного рабочего усилия 1-го каната (графа 7) и от рабочих усилий 3-го и 4-го канатов (графы 14 и 17). В данном случае сопряженными являются попарно канаты 1-й и 2-й, 3-й и 4-й. Сумма значений усилий проставляется в графе 23, соответствующей особому сочетанию нагрузок (III сочетание).

Расчет статически неопределимых фасадных ферм. Копер станковой системы при отсутствии проема в нижней части фасадных ферм станка (рис. 94, а) является однажды статически неопределимой конструкцией. В качестве лишнего неизвестного в этом случае обычно принимают усилие X в укосине.

Укосина с шарнирно-неподвижной верхней опором в копрах смешанной системы (рис. 94, б) рассматривается как двухшарнирная арка, имеющая шарнирнонеподвижные опоры. В качестве лишнего неизвестного в этом случае принимается горизонтальная составляющая X опорной реакции верхнего шарнира (рис. 94, в).

Значения лишних неизвестных при расчете копров статически неопределимых систем определяют аналитически, так как применение графических методов не обеспечивает достаточной точности расчета.

Для определения величины лишних неизвестных пользуются формулами, выведенными из канонического уравнения упругости для статически неопределимой системы с одним неизвестным:

- для копров станковой системы, в которых учитывается влияние укорочения укосины под действием сжимающих усилий,

- для копров смешанной системы, в которых податливость верхней опоры укосины не учитывается,

где S0 — усилие в элементе основной статически определимой системы от внешней нагрузки, кГ;

S1 — усилие в элементе основной системы от действия силы X, равной единице, кГ;

l — длина стержня, см;

F — площадь поперечного сечения стержня, см2;

lук — длина укосины, см;

Fук — площадь поперечного сечения укосины, см2.

Проверка температурных напряжений в статически неопределимых системах копров не производится, так как практика эксплуатации копров в течение последних 30—40 лет показали, что эти напряжения не вызывают заметных деформаций копра.

Расчет копров статически неопределимой системы производится в следующей последовательности:

- для основной статически определимой системы, полученной из действительной системы путем отбрасывания лишней связи, строят диаграммы усилий для всех случаев внешней нагрузки и из них находят усилия S0;

- вместо лишней неизвестной к основной системе прикладывают силу X1, равную единице. Строят диаграмму усилий от этой силы и находят усилия S1; значения усилий, полученные из диаграмм, сводят в табл. 21;

- пользуясь данными табл. 21, определяют величины

- значения найденных сумм подставляют в формулы (6) и (7), по которым определяют величину лишнего неизвестного для каждого случая загружения копра;

- по формуле S =S0+S1Х находят действительную величину усилий в стержнях статически неопределимой системы;

- пользуясь данными табл. 21, находят расчетные усилия для каждого сочетания нагрузок (так же как при расчете статически определимых копров).

При расчете статически неопределимых копров необходимо предварительно принять площадь сечения элементов на основании опыта или на основании сравнения рассчитываемого копра с ранее выполненными проектами копров.

Для предварительного определения площади сечения укосины копров станковой системы можно принять, что при разрыве одного из канатов направление равнодействующей натяжений канатов совпадает с направлением пояса укосины. Сечение пояса подбирается на усилие, величина которого равна 85—90% усилия в поясе от разрыва канатов, определенного при указанном допущении.

Сечение раскосов и ригелей фасадных ферм, ввиду малых величин действующих в них усилий, подбирают из условий предельной гибкости. Стойки станка копра чаще всего принимаются крестового сечения из двух уголков размером от 100х10 до 150х16 мм (в зависимости от высоты копра и величины разрывных усилий канатов).

Если в результате расчета необходимая площадь сечения элементов отличается от предварительно принятой не более чем на 15—20%, то перерасчет системы можно не производить.

На основании данных, полученных при расчете укосины копров смешанной системы, определяют нагрузки на станок копра.

Этими нагрузками являются опорные реакции в верхних шарнирах укосины, подсчитанные при наиболее не выгодных для станка сочетаниях нагрузок.

Расчет обрамления проемов станка. Нижняя рама (рис. 95, а) рассматривается обычно как двухшарнирная; верхняя (рис. 95,б) — как замкнутая бесшарнирная. Промежуточные стойки, показанные пунктиром на рис. 95, служат для крепления разгрузочных кривых, расстрелов и дверей и в расчете не учитываются. Жесткость ригеля принимается равной бесконечности.

Стойки рам подвергаются изгибу под действием ветровой нагрузки, приходящейся на расположенную выше проема часть станка.

Двухшарнирная рама нижнего проема представляет собой статически неопределимую систему с одним неизвестным. За лишнее неизвестное принимают горизонтальную реакцию опорных шарниров. Благодаря симметрии горизонтальные реакции шарниров равны между собой, а так как сумма проекций всех внешних сил на горизонтальную ось должна равняться нулю, то величина реакции в каждом шарнире будет равна

где W1 — равнодействующая ветровых нагрузок, приложенных к верхней части станка.

Максимальный изгибающий момент в стойке рамы равен

Рама верхнего проема трижды статически неопределима. Благодаря симметрии схемы нулевые точки эпюр изгибающих моментов в стойках рамы лежат посередине высоты стоек.

Горизонтальные реакции опорных шарниров равны

Максимальный момент в стойке рамы

Сечение стоек рамы по всей высоте проема определяется по максимальному изгибающему моменту. Это сечение принимается для стоек верхней и нижней панелей станка, примыкающих к проему.

Расчет подкулачных балок. Балка, к которой крепят кулаки для посадки клетей, испытывает динамические нагрузки, возникающие в результате свободного падения клети (из приподнятого положения на 15—30 см над кулаками) на посадочные кулаки. В местах установки кулаков (рис. 96) балка нагружена сосредоточенными силами. Расчет ее производится на нагрузки только от одной пары кулаков, так как на кулаки одновременно устанавливается только одна клеть.

Динамичность нагрузки при посадке учитывается введением коэффициента динамичности u = 4. Расчетная нагрузка на один кулак принимается равной весу нагруженной клети.

Вследствие консольного выноса посадочных кулаков подкулачная балка, кроме изгиба, испытывает скручивание при посадке клети. Однако это скручивание при расчете не учитывается, так как сечение балки обычно проектируется двустенным с жесткими диафрагмами.

Расчет опорной рамы станка. На опорную раму, заложенную в устье ствола, опираются стойки станка копра. Основные балки рамы опираются на крепь устья ствола шахты. При определении пролета этих балок учитывают, что их опоры должны отстоять от внутренней кромки крепи устья на 300—400 мм для обеспечения возможности установки анкерных болтов.

Нагрузками на основные балки опорной рамы являются усилия, возникающие в стойках станка. Поэтому необходимо выбрать наиболее невыгодное для балки сочетание нагрузок. Для копров станковой системы оно определяется по I, III и IV расчетному сочетанию нагрузок (см. табл. 20 и 21). Для копров, станки которых не являются основными рабочими элементами, опорную раму рассчитывают на нагрузки от усилий в стойках станка, возникающих от собственного веса станка и посадки клетей на кулаки, а также на IV сочетание нагрузок.

Сечения второстепенных балок, связывающих основные балки опорной рамы, принимают по конструктивным соображениям (из двутавра или двух швеллеров). Если посадочные кулаки устанавливают на второстепенных балках рамы, последние рассчитывают как подкулачные балки.

Проверка устойчивости копра. Для проверки устойчивости копров, имеющих поперечный разнос в вертикальной и наклонной плоскости (шатровые и полушатровые копры), находят общую ветровую нагрузку на фасадную плоскость (включая площадь фасадных ферм станка), прикладывают эту нагрузку к центру тяжести фасадной площади копра (точка О на рис. 97) и определяют опрокидывающий момент от действия ветра

где F — площадь отдельных участков контура копра, м3;

а — коэффициент сплошности;

qв — интенсивность ветровой нагрузки, кГ/м2;

h — расстояние от уровня земли до центра тяжести соответствующего участка контура копра, м.

Удерживающий момент равен

где G — вес копра, кГ.

Коэффициент запаса устойчивости

Величина коэффициента запаса устойчивости для шатровых и полушатровых копров должна быть не менее 1,0 без учета закрепления стоек в фундаментах анкерными болтами и не менее 1,25 с учетом закрепления стоек.

При проверке поперечной устойчивости копров станковой системы (рис. 98) станок и головка рассматриваются как балка, имеющая точки опоры на уровне земли и на уровне верхней подшкивной площадки. Опорные реакции этой балки от действия ветровой нагрузки будут равны: верхняя

где W2 — полная величина ветровой нагрузки на станок и головку копра, кГ;

h2 и h3 — расстояния, определяющие положение центра тяжести О равнодействующей ветровой нагрузки, м;

H — высота копра, м.

Нижняя реакция воспринимается опорной рамой станка, а верхняя через жесткую диафрагму, которой является подшкивная площадка, передается на укосину копра. Опрокидывающий момент для укосины

где h4 — длина укосины, м.

Удерживающий момент условно принимается равным

Величина коэффициента запаса устойчивости для копров станковой системы принимается не менее 1,10 без учета анкеровки укосины и не менее 1,35 с учетом анкеровки.

Конструирование элементов копра


Сечения элементов копра, показанные на рис. 99, наиболее удобны с точки зрения конструирования и изготовления конструкций копра. Самые экономичные из них одностенные сечения.

Стойки станка рекомендуется принимать неполного крестового сечения (рис. 99, в), которое отличается устойчивостью и удобно для выполнения узлов поперечных и фасадных стенок станка. Ригели станка могут быть таврового сечения из равнобоких или неравнобоких уголков (рис. 99, а, б) или в виде неполного крестового сечения (рис. 99, в). Сечения стоек станка в пределах высоты рамных проемов могут быть приняты по рис. 100, а, б и а.

Сечения основных подкосов подшкивных фермочек головки копра рекомендуется принимать по рис. 99, в или 99, е. Горизонтальные элементы этих фермочек для установки подшипников изготовляют из равнобоких уголков с размером полки 130 или 150 мм. Затяжки подшкивных фермочек выполняются из уголков (рис. 99, б).

Поперечные балки изготовляют из швеллеров или вертикальных листов, горизонтального листа и уголков (рис. 99, д).

Укосина копров при небольших разрывных усилиях канатов (30—70 т) выполняется из крупного прокатного двутавра, располагаемого так, чтобы ось наибольшей жесткости его сечения находилась в плоскости укосины. Во избежание прогиба укосины и уменьшения ее свободной длины применяют дополнительный подкос. Вместо прокатного профиля для ног укосины можно применять составное двутавровое сечение (рис. 99, г). Решетка укосины проектируется двустенного сечения из уголков.

Сечения подкулачных балок принимаются в соответствии с рис. 101. При этом одиночный швеллер в расчет не вводится и служит для укрепления кулаков.

Этот швеллер облегчает работу всего сечения при скручивании, возникающем из-за эксцентричного расположения посадочного кулака.

Балки, входящие в состав опорной рамы станка, выполняются из прокатных, сварных или клепаных составных балок, усиленных в случае надобности горизонтальными листами (рис. 101, а). В тех случаях, когда основная балка рамы является одновременно подкулачной, к ней прикрепляют дополнительный одиночный швеллер, необходимый для размещения болтов (рис. 101,6) и прикрепления посадочных кулаков.

Сечения элементов конструкции копра, испытывающих незначительные усилия, подбирают по предельной гибкости. Значения предельной гибкости для элементов копра, испытывающих действие динамических и вибрационных нагрузок, принимаются равными: для основных сжатых элементов (стойки станка, пояс укосины и т. д.) λ = 100; для второстепенных сжатых элементов (раскосы и ригели решетки основных фасадных ферм) λ = 130; для основных растянутых стержней λ = 120 и для второстепенных λ = 300.

Толщина узловых фасонок принимается не менее 8 мм, а нерабочих листовых частей 6 мм.

Основным способом соединений элементов в заводских условиях является электросварка электродами с толстой обмазкой (марки Э-42). Тонкообмазанные электроды (марки Э-34) допускаются только для соединения нерабочих или неответственных элементов (ограждений, настилов, площадок и т. п.).

Для соединения ответственных элементов на месте монтажа применяют заклепки или рифленые болто-заклепки. Монтажная сварка ответственных элементов может быть допущена для укрупнения отдельных узлов (марок) на поверхности земли перед подъемом и установкой. При этом сварка должна выполняться с применением электродов марки Э-42. Монтажные соединения второстепенных и нерабочих элементов выполняются на черных болтах.





Яндекс.Метрика