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技術(shù)文章

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ZDC30-2.5型跑車(chē)防護(hù)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)
時(shí)間:2022-07-08  瀏覽:3435次

  一、設(shè)計(jì)依據(jù):行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT933-2005《跑車(chē)防護(hù)裝置技術(shù)條件》

  二、設(shè)計(jì)參數(shù):

  1、斜坡傾角30°

  2、擋車(chē)距離50米,

  3、串車(chē)運(yùn)行速度5m/s

  4、設(shè)計(jì)額定緩沖動(dòng)能為2.5×106J

  5、緩沖距離設(shè)計(jì)為10米

  6、采用壓板式緩沖器

  7、四根6×37-φ28作為緩沖器件

  三、設(shè)計(jì)組成與原理

  1、本裝置主要由緩沖鋼絲繩及緩沖器組成。

  2、當(dāng)串車(chē)發(fā)生跑車(chē)事故時(shí),串車(chē)撞擊擋車(chē)攔,緩沖鋼絲繩與壓板式吸能器產(chǎn)生摩擦,即將串車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦力做功,以達(dá)到阻止串車(chē)的目地。

  四、緩沖器拉力計(jì)算

  由實(shí)驗(yàn)可知單臺(tái)緩沖器拉力范圍為Fs=110~220kN,由于采用兩臺(tái)緩沖器所以緩沖器合成拉力為F=2Fs=220~440kN

  即拉力為:FMAX =440kN

  五、緩沖鋼絲繩校核

  本裝置采用四根鋼絲繩雙邊制動(dòng)方式,所以單根鋼絲繩承受力為FMAX的八分之一

  為55KN,從工具手冊(cè)中查到:6×37-φ28鋼絲繩的破斷拉力約為380KN,使用拉力Tw=7T=70KN,抗斷強(qiáng)度σu=1670MPa。取安全系數(shù)為,不均衡系數(shù),則鋼絲繩的制動(dòng)拉力F制=TP×K1/Ma=101.3kN , 101.3kN>55kN

  結(jié)論:緩沖綱絲繩采用6×37-φ28型、安全系數(shù)可用。

  六、動(dòng)能緩沖量計(jì)算

  由E=FS

  F 緩沖拉力kN    S 緩沖距離 米

  動(dòng)能緩沖量與緩沖距離成正比,裝置緩沖量可通過(guò)調(diào)節(jié)緩沖鋼絲繩余繩長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  F 取小值220kN 緩沖距離10米  E=FS=230kN×10=2.5×106J

  給定額定緩沖量為2.5×106J   安全。

  裝置緩沖量

  EMAX=FMAXS=440kN×10=4.4×106J  (F 取值440kN 緩沖距離10米)

  裝置緩沖安全系數(shù)n

  n= EMAX/2.5×106J=4.4×106/2.5×106=2 足夠安全。

  七、緩沖加速度計(jì)算

  擋車(chē)攔緩沖器受力視為恒阻力,值為440kN

  使用串車(chē)質(zhì)量給定為10×103Kg

  由F=ma

  a=F/m=4.4×105/10×103=44 m/s2   a≤50m/s2  符合要求。

  八、壓板式吸能器校核

  壓繩板可為分為第 一板、**板和第三板,其中**板與第三板的受力是相同的,略小于第 一板,第 一板受力情況復(fù)雜。下看第 一板的強(qiáng)度校核:

  拉繩的緊邊與松邊的拉力差 ΔF=F制/3=101.3kN /3=33.8kN,第 一板的受力圖如圖所示(將螺栓視為支座):

  圖中,水平方向的受力經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后及其剪力圖和彎矩圖經(jīng)計(jì)算后結(jié)果如下頁(yè)圖:    F水平=101.3×cosa-67.6=32.87kN

  從圖中可知螺栓的水平剪力在中間兩個(gè)螺栓上,每個(gè)螺栓的剪力都等于:

  (2)

  垂直方向受力及內(nèi)力圖經(jīng)計(jì)算后結(jié)果如下:圖中F壓=33.8/0.3=112.7kN,由于兩端的螺栓的約束介于固定約束和鉸鏈約束之間,固定約束時(shí)的彎矩值等于4799.56,所以實(shí)際計(jì)算時(shí)可取介于4799.56和7199.34之間的某個(gè)彎矩值,這里取6500Nm。

  中間兩個(gè)螺栓受的拉力大,每個(gè)螺栓受的拉力為:

  FL=299.586kN。                                           

  下面計(jì)算壓繩板的強(qiáng)度,

  2.1中間螺栓部位:計(jì)算后知道水平受力引起的彎曲正應(yīng)力約為21.95MPa,所以直接加上就可以了:

  2.2邊繩處的壓板應(yīng)力:

  3、螺栓校核

  第 一壓繩板處的螺栓校核:

  選用M27,材料為:鎳鉻鋁合金鋼,強(qiáng)度等級(jí):10.9;查表知此螺栓的內(nèi)徑d=23.75mm,施工預(yù)緊拉力(德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)),緊固扭矩,關(guān)于緊固扭矩的另一算法:近。

  螺栓的全應(yīng)力校核,采用相對(duì)安全的米塞斯條件:

  中間兩個(gè)螺栓:,

  其余螺栓:

  綜上,在目前的摩擦系數(shù)(0.3)下,上述螺栓符合安全范圍。

  4、焊縫校核

  設(shè)采用E43類(lèi)手工焊條,焊角尺寸為6mm,則:

  安全系數(shù):,可用。

  九、試驗(yàn)與使用計(jì)算:

  計(jì)算公式:Vt2-Vo2 = 2gLP(sinα-u cosα)

  E=1/2mVt2             

  由(2)得 Vt2=2E/m  代入(1)式經(jīng)整理可得

  E=gm LP(sinα-u cosα)+1/2 mVo2   

  E:抗沖擊能 2500KJ

  Vo:礦車(chē)運(yùn)行速度 (煤礦安全規(guī)程斜巷運(yùn)輸速度≤5m/s)

  Vt:礦車(chē)跑車(chē)時(shí)的末速度

  m:礦車(chē)質(zhì)量T

  g:重力加速度9.8m/s2

  a:傾角

  u:摩擦系數(shù)0.02

  LP:擋車(chē)距離m

  公式(3)中有四個(gè)未知數(shù),分別為:m、LP、、α、Vo,如已知其中三個(gè)變量,可求出第四個(gè)變量。

  注1:α斜坡傾角,m串車(chē)質(zhì)量,L防護(hù)距離 ,數(shù)據(jù)是以2500KJ的沖能、Vo=5 m / s計(jì)算的。

  注2:裝滿砂石為1.5噸,串車(chē)數(shù)目6節(jié)。、

  十、根據(jù)晉牛礦參數(shù),額定防護(hù)距離計(jì)算

  根據(jù)本防護(hù)裝置技術(shù)參數(shù):(9噸)

  斜坡傾角17°,串車(chē)總質(zhì)量m=9000 kg,運(yùn)行速度5m/s.

  按ZDC30-2.5型斜巷跑車(chē)防護(hù)裝置主參數(shù)計(jì)算如下

  α=17°     E=2.5×106J      Vo=5 m / s

  以上數(shù)據(jù)代入E=gm L(sinα-u cosα)+1/2 mVo2

  L=E-1/2mVo2/ gm L(sinα-u cosα)

  代入數(shù)據(jù)L=2.5×106-0.5×25×9×103/9.8×9×103(sinα-u cosα)

  得:     L=99米

  (30噸)計(jì)算如下:

  斜坡傾角17°,串車(chē)總質(zhì)量m=30000 kg,運(yùn)行速度5m/s.

  按ZDC30-2.5型斜巷跑車(chē)防護(hù)裝置主參數(shù)計(jì)算如下

  α=17°     E=2.5×106J      Vo=5 m / s

  以上數(shù)據(jù)代入E=gm L(sinα-u cosα)+1/2 mVo2

  L=E-1/2mVo2/ gm L(sinα-u cosα)

  代入數(shù)據(jù)L=2.5×106-0.5×25×30×103/9.8×30×103(sinα-u cosα)

  得:     L=26.45米

  十一 、結(jié)論

  1、緩沖器合成拉力 440kN 符合要求。

  2、鋼絲繩安全系數(shù)為3,符合要求。

  3、裝置額定緩沖量2.5×106 J,安全系數(shù)2.2,符合要求。

  4、裝置緩沖距離10米 在允許范圍之內(nèi)(0.3-10米)  符合要求。

  5、緩沖加速度=44 m/s2

  6、9噸額定防護(hù)距離99米,30噸額定防護(hù)距離26米。

  7、緩沖器校核符合要求。