4.6 Уравновешивание подъемных систем

Статический момент М_ст., (Нм) относительно оси вращения барабана в подъемных системах с органами навивки постоянного радиуса R и без уравновешивающего каната, будет переменным:

М_ст.=F_ст.R (17)

где F_ст — статическое усилие подъемной системы на окружности органа навивки, т.е. разность статических натяжений поднимающейся F_под и опускающейся F_оп ветвей каната, Н.

Рис. 36 - Схемы подъемных установок: а, б – без уравновешивающего каната; в - с уравновешивающим канатом

Пренебрегаем различными вредными сопротивлениями в стволе и установке и так как R = const, в начале подъема (рис 36, а)

(18)

в конце подъема (рис.162, б)

(19)

Собственные массы подъемных сосудов уравновешиваются, а непостоянство М_ст объясняется влиянием подъемного каната: в начале подъема масса подъемного каната pH увеличивает значение F_ст, в конце — уменьшает и, если pН > Q_п, то F_ст станет отрицательным, т.е. необходимо применить торможение.

С точки зрения управления машиной и расхода энергии желательно, чтобы значение М_ст. за время движения подъемных сосудов было более или менее постоянно, что возможно при применении равновесного уравновешивающего каната (q = р), прикрепляемого своими концами к днищам подъемных сосудов и образующего в зумпфе ствола петлю (рис. 36, в). В этом случае за время подъемной операции F_ст = Q_u, т.е. здесь статическое усилие (а следовательно, и статический момент) системы будет постоянным.

Линейная масса уравновешивающего каната может быть меньше (легкий уравновешивающий канат), равна (равновесный уравновешивающий канат) или больше (тяжелый уравновешивающий канат) линейной массы подъемного каната. Легкий уравновешивающий канат применяют для некоторого уменьшения отрицательных усилий во время замедленного движения сосудов. При тяжелом уравновешивающем канате мощность подъемного двигателя может несколько уменьшиться, но чрезмерное увеличение массы уравновешивающего каната увеличивает массу подъемного каната.

В качестве уравновешивающих применяют плоские канаты как более гибкие. Уравновешивающий канат прикрепляют к подъемному сосуду с помощью коуша, хомутов или жимков. Петля уравновешивающего каната удерживается в зумпфе ствола деревянными брусьями. Расстояние от нижней точки петли уравновешивающего каната до нижней приемной площадки равно 10 ... 15 м.

Недостатки установки с уравновешивающим канатом: при работе с нескольких горизонтов увеличивается время на загрузку и разгрузку подъемных сосудов, на что указывалось при описании подъемной системы с ведущим шкивом трения (см. § 45); при значительных глубинах шахт в периоды ускоренного и замедленного движения подъемных сосудов возможная вибрация уравновешивающего каната.

Следует отметить, что в связи с указанными недостатками в описанных выше двухканатных подъемных установках отказываются от применения уравновешивающих канатов; это приводит к увеличению мощности подъемного двигателя и применению тормозов, развивающих большие тормозные усилия.

Уравновешивание подъемных систем может быть произведено без уравновешивающих канатов применением органов навивки переменного радиуса. Принцип такого уравновешивания заключается в том, что для более или менее постоянного значения М_ст., при переменном статическом усилии должный изменяться и радиус навивки. Поэтому в начале подъема, когда помимо концевой нагрузки (полезный груз и собственная масса подъемного сосуда) приходится преодолевать еще массу подъемного каната, навивка его соответствует малому радиусу органа навивки R_пн. Опускающейся при этом в шахту ветви каната соответствует большой радиус органа навивки . Затем радиус навивки обеих ветвей постепенно изменяется, и в конце подъема навивка каната соответствует большому _., а свивка – малому радиусу . За время одной подъемной операции в связи с изменением длины отвеса каната в стволе изменяются усилие и радиус навивки.

Установки с переменным радиусом навивки не имеют неудобств, свойственных системам с уравновешивающим канатом, но для них характерны свои недостатки: нарушение уравновешивания при работе с промежуточных горизонтов или при изменении нагрузки сосудов; при многоэтажных клетях увеличивается число маневров в связи с различными путями, проходными сосудами при повороте органов навивки на один и тот же угол; применяющиеся в настоящее время органы навивки переменного радиуса - бицилиндроконические барабаны - конструктивно сложны.

Необходимость в уравновешивании подъемной системы устанавливается по значению степени статической неуравновешенности

(20)

где k — коэффициент вредных сопротивлений в стволе и установке (см. § 51).

Уравновешивание необходимо применять, если σ ≥ 0,5.

Различают статически уравновешенные подъемные системы, при которых статические моменты их относительно оси вращения органа навивки за все время подъемной операции одинаковые, и динамически уравновешенные системы, при которых вращающие моменты двигателя относительно той же оси за то же время одинаковы.

Статическое уравновешивание достигается применением уравновешивающего каната или органом навивки переменного радиуса.

К динамически уравновешенным системам относятся:

1) гармонический подъем акад. М. М. Федорова с полным уравновешиванием сил инерции; постоянство вращающего момента за весь период подъемной операции достигается здесь благодаря специально рассчитанному тяжелому уравновешивающему канату и гармоническому закону изменения скорости подъемных сосудов;

2) подъемная система со специально рассчитанным профилем барабана переменного радиуса, предложенная проф. В. С. Макаровым.

Хотя эти системы не нашли широкого практического применения из-за больших потерь в реостате асинхронного двигателя в подъеме акад. М. М. Федорова и криволинейного профиля барабана в подъеме проф. В. С. Макарова, работы по созданию теории этих систем явились научной основой для решения ряда проблем шахтного подъема.