架空索道论文

2024-08-28

架空索道论文（精选4篇）

架空索道论文篇1

1 工程概况

在架空索道工程中, 线路支架是其重要的组成部分, 直接关系着索道运输的安全保障, 因此线路支架的设计计算十分重要。某客运架空索道全程共16个支架, 其中14号支架间距172 m, 结构高度达29 m, 托压轮数为 ( + 12 / + 12) , 承受的轮压及索水平力最大, 高度最高, 为保证其安全性, 本文采用ANSYS软件对其进行了静、动力分析。

2 有限元模型的建立

线路支架主要由塔身、横担、起重架通过螺栓联接或焊接组成, 是线路托 ( 压) 索轮组及承载牵引索的安装载体。其中塔身根据高度及受力情况可采用单管塔及格构式塔架, 本工程支架高度11 m以下采用单管塔, 以上采用四边斜线形钢管塔架, 底部与混凝土基础通过预埋螺栓刚接。本文对14号29 m高支架进行分析计算, 该支架底部宽度取为整个塔架高度的1 /6, 即四边形边长为4. 8 m, 按9 /100的斜率上升至▽24. 5 m标高处变为直线形, 斜段塔身共设6层横向腹杆, 其中设3道横隔。支架柱采用圆钢管, 下段截面为ф500×14, 中段为ф450×12, 上段为ф350×12, 每层横向腹杆采用圆钢管300×6, 横隔梁采用角钢, 横担采用焊接方钢管350×600×12×12, 结构平面图及立面图如图1所示。支架塔柱间拼接、塔柱与横向腹杆连接以及塔柱与横担的连接均采用法兰螺栓连接, 建立有限元模型时, 假设这些连接均为刚性连接, 不考虑连接螺栓接触面的相对变形, 因此, 塔柱及横向腹杆采用Pipe16管单元, 横担采用Beam188梁单元, 横隔梁采用Link8杆单元模拟。顶部起重架、托压索轮组、电缆及索系的质量简化为质量点, 施加在顶层节点上, 质量点采用Mass21单元模拟。ANSYS有限元模型如图2所示。结构的杆件均采用Q235-B钢, 弹性模量E = 2. 06×1011Pa, 泊松比μ = 0. 3, 密度ρ = 7 850 kg / m3。

3 动力特性分析

结构动力特性是结构固有的, 与外界干扰无关, 风荷载和地震力的量值决定于结构的动力特性, 因此首先要对支架整体结构进行模态分析, 求出其自振频率和振型。本文采用子空间迭代法进行模态分析, 考虑前10阶振型的影响, 扩展模态取10阶, 表1列出了支架的前3阶频率, 相应的前3阶振型如图3所示。

4 荷载

线路支架的受力比较复杂, 索道正常运行分为重上空下、重下空上、重上重下、空上空下以及空绳五种状态, 分别计算出各种状态下的支架最大受力值 ( 工艺专业提供) , 作为活荷载施加到模型上。此外还应考虑结构自重、风荷载及地震作用。结构自重由程序自动计算, 本工程所处地区抗震设防烈度为6度, 可不考虑地震作用的影响。风荷载包括支架塔身及两侧跨间客车和钢丝绳所受的风载。

支架的受力情况见图1。

4. 1 风荷载计算

支架系高耸结构, 风荷载对其影响往往起控制作用, 因此风荷载的计算十分重要。根据规范[2], 作用于结构表面单位面积上的风荷载标准值按公式ωk= βzμsμzω0计算。基本风压ω0按索道运行时为0. 25 k N/m2, 索道停运时为0. 80 k N/m2取值[1], 地面粗糙度类别为B类, 根据各层标高查表得高度系数μz。根据支架几何尺寸和构件型号求得各层挡风面积和挡风系数, 查表求得支架塔身体型系数μs, 计算四边形支架风荷载体型系数时, 应按90°和45°两种风向计算。其他客车及钢绳体型系数按规范[1]取值。

根据前面动力特性分析求得塔架的基本自振周期T1= 0. 67 s >0. 25 s, 应该考虑由脉动风引起的风振影响, 风振系数βz= 1 +ξε1ε2, 由ω0T21= 0. 36, 查表得脉动增大系数ξ = 2. 2, 支架总高度H = 29 m, 风压脉动和风压高度变化的影响系数ε1= 0. 594, 振型和结构外形的影响系数ε2可以根据规范[2]求得。在设计时按层分段计算支架的风荷载, 然后按照集中力折算到模型中各层的节点上。两侧跨间客车以及钢丝绳所受的风载按集中力作用在支架顶点上。

4. 2 荷载组合

支架的结构重要性系数取为1. 1, 荷载组合系数按规范[2]选取, 索道运行时考虑了五种工况组合如下: S1= 1. 2×恒 + 1. 4×活; S2= 1. 2×恒 + 1. 4×活 + 0. 6×1. 4×横风向; S3= 1. 2×恒 +0. 7×1. 4×活 + 1. 4×横风向; S4= 1. 2×恒 + 1. 4×活 + 0. 6×1. 4×纵风向; S5= 1. 2×恒 + 0. 7×1. 4×活 + 1. 4×纵风向。索道停运时考虑两种工况组合如下: S6= 1. 2×恒 + 1. 4×90°横风向; S7=1. 2×恒 + 1. 4×45°风向。

4. 3 计算结果

经计算, 索道运行时, 各种荷载作用下支架结构顶部横向最大侧移为27 mm, 与支架总高度比为1 /1 074, 小于1 /1 000的规范[1]限值, 纵向最大侧移为61 mm, 与支架总高度比为1 /475, 基本满足规范[1]1 /500的限值; 索道停运时, 支架的横向最大侧移为91 mm, 位移比1 /319 < 1 /200, 满足结构刚度要求。支架柱最大应力比为0. 56, 其他杆件应力均控制在容许应力范围内, 满足承载力要求。

5 结语

本文利用ANSYS软件建立了架空索道线路支架的三维有限元模型, 并进行了各种荷载作用下的结构计算分析, 承载力及刚度均满足规范的要求, 验证了结构的安全性, 其设计方法和结果可为类似索道工程设计提供一定的参考。

参考文献

[1]GB 50127—2007, 架空索道工程技术规范[S].

[2]GB 50135—2006, 高耸结构设计规范[S].

[3]GB 50017—2003, 钢结构设计规范[S].

[4]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社, 2007.

架空索道论文篇2

地下矿用架空索道属于无极绳运输系统, 其基本工作原理为驱动装置的电动机带动减速器与其直联的驱动轮转动, 并依靠驱动轮 (带衬垫) 和牵引索之间的摩擦带动牵引索和吊椅, 在线路上不停地循环运行, 完成运送人员的任务。整个索道主要由机头驱动装置、托绳轮、四轮托 (压) 绳轮组、吊椅组件、同向捻钢丝绳 (运载索) 、机尾组件、机尾张紧装置、电控系统等组成, 其基本结构如图1所示。

1.机头驱动装置 (液压制动装置安装位置) ;2.托绳轮;3.电控系统;4.四轮托 (压) 绳轮组;5.吊椅组件;6.同向捻钢丝绳 (运载索) ;7.机尾组件;8.机尾张紧装置

2 架空索道安全保护存在缺陷

由于各生产厂家设计制造能力参差不齐, 各矿井在用设备很多不能满足国家规范的要求, 主要存在以下几个方面的问题:首先, 与速度相关的保护功能不全, 过速、欠速保护、反转保护信号选取不稳定或制动不灵活;其次, 沿途无急停装置, 设备运行过程中发生紧急情况, 途中很难紧急制动;再次, 驱动装置仅有工作制动器无安全制动器。由于上述问题的存在以及井下使用环境的影响, 地下矿用架空索道运行故障和伤人事件时有发生。

3 安全保护装置的优化设计

3.1 安装旋转轴编码器, 增加与速度相关的保护功能

在电机轴、驱动轮和压绳轮上分别安装旋转轴编码器, 如图2所示。电控系统采集旋转轴编码器脉冲信号。正常运行时, 各部位的速度短时间内变化范围不大, 一般规定速度在5秒之内允许变动10%-15% (变动范围和时间限定可根据现场实际情况调整) , 在此范围内, 各部位出现的速度波动可认为是正常扰动, 保护装置不动作。当任一部位的速度波动超出允许变动范围和限定时间, 则可判定发生事故或出现不正常运行情况, 电控系统保护动作断电, 制动闸抱闸, 迅速停车制动。

3.2 沿途安设急停装置

紧急停车装置由主机柜和多个急停开关组成, 主机柜放置在井下索道控制柜旁边, 能够显示各个急停开关的动作情况。急停开关沿人行下山分段布置, 安装于巷道一侧。主机柜和各急停开关装有通话装置, 以便了解沿线情况。

井下索道沿途分段安设紧急停车装置, 可在发生意外和紧急情况下, 就地按动急停开关, 停车信号送至主机柜, 主机柜控制井下索道断电, 制动闸抱闸, 停车制动, 急停开关按下后无法自动弹回, 需人工旋转使其复位, 方可开车。

3.3 增加井下索道制动装置

现阶段, 该种设备普遍只有一道液压制动装置, 安装在电机和减速箱之间的联轴器上。此时, 若减速箱与驱动轮的连接轴发生断轴事故后, 就无法对整个井下索道实施安全可靠的制动。因此, 在对电控系统改造的同时在驱动轮上安装一副制动闸瓦, 它的动作和原有的电力液压制动装置一致, 当启动井下索道时, 两副闸同时松开, 经过延时后主电机起动, 井下索道进入运行。当按下停止按钮或保护动作后, 主电机电源切断, 两副闸同时抱闸, 制动迅速。

3.4 研制楔形捕绳器

利用罐笼防坠器滑楔捕绳制动原理, 在架空乘人装置上车场, 靠近驱动轮侧, 安装自主研制的楔形捕绳器, 与驱动轮液压制动闸联动;在出现驱动轮已制动, 钢丝绳克服与驱动轮轮衬之间的摩擦力继续下滑时, 有效将钢丝绳抱住, 实现滑绳保护。

3.5 采用红外人员感应器, 实现无人值守功能

通过红外感应人员的上、下车情况, 自动实现慢速运行和高速运行相互转换。

(1) 当井下索道正常运行时, 通过红外人员感应器感应到人员上车后给电控系统发出一个上升触发信号, 使系统输出一个高速控制信号, 中间继电器断电使其常闭点闭合, 从而使变位电阻1R接通输出高速频率进而使电机在高速状态运行。

(2) 当无人乘车时, 计时器定时12min后给电控系统一个下降触发信号, 使系统输出低速控制信号, 中间继电器吸合使其常开点闭合, 使变位电阻2R接通从而输出低速频率进而使电机在低速状态运行。

4 新型设计应用效果

4.1 新型设计应用后安全保护系统的技术优势

4.1.1 速度检测和控制技术

利用旋转轴编码器, 以电机轴速为基准, 采集电机轴、驱动轮和压绳轮运行的脉冲信号送入PLC, 通过程序处理, 变成归整的速度值, 时刻监测三个部位的速度, 判断井下索道运行状况.一旦出现异常, PLC切断电动机电源, 驱动轮液压制动闸和安装在电机与减速箱之间的联轴器上液压闸动作, 从而实现断轴保护;滑绳保护;过速、欠速保护;反转保护。

4.1.2 楔形捕绳器

楔形捕绳器, 与驱动轮液压制动闸联动;当按下停止按钮或保护动作后, 主电机电源切断, 制动闸和安全闸同时抱闸;在出现驱动轮已制动, 由于单侧承载超限或驱动轮衬块与钢丝绳之间的摩擦系数较小, 钢丝绳克服与驱动轮轮衬之间的摩擦力继续下滑时, 延时动作, 有效将钢丝绳抱住, 实现滑绳保护。

4.1.3 KTC101控制系统

嵌入式系统、可靠的现场CAN总线技术, 加上丰富的系统接口, 构成了KTC101系统。KTC101系统是具集控、检测、保护、通话、语言报警于一体的控制系统。系统采用了先进的工业嵌入式计算机 (PC340) 控制和现场CAN总线技术, 完成集中+分布式控制, 两条控制沿线4+4公里内不需要中继;主控采用10.4吋液晶显示屏, 以彩色图形、动画、汉字的形式给出设备各种状态, 无论是参数设定还是故障位置均以汉字显示;除电源箱外, 系统其他所有部件均为安全型设备, 从而使系统的密封至少达到了IP54标准, 接插件达到了IP67。其操作简单、维护方便, 具有抗干扰、高兼容性、隔爆等特点。

4.2 取得的经济效益

4.2.1 直接经济效益

该技术在三家煤矿应用时, 缩短职工到达现场时间, 年延长原煤生产时间分别为3.5天、4天、3天;节约电费分别为8万元、5万元、5万元;年节约检修费分别为:7.5万元、13万元、7万元。

4.2.2 间接经济效益

国内煤炭企业众多, 随着当代采矿技术的不断发展, 对井下索道的要求也不断提高, 除了能够适应矿井的巷道布局形式和具有机械运人的基本功能以外, 还要具有高安全性、高可靠性。项目的改造和成功运行, 将对矿井高效、安全运送人员上起到巨大的推动作用, 对降低工人的劳动强度, 改善工作环境, 具有非常重要的现实意义。

5 结语

优化设计后, 系统防掉绳保护, 松绳保护能力大幅提高, 具有了拉线急停功能、滑绳保护;整个系统运行更加平稳, 减小了系统冲击及噪音, 使得乘坐人员更加安全舒适;同时, 在系统实现无人值守后, 系统自动化程度提高, 操作更加简便。

摘要：本文对井下架空索道安全保护装置增加旋转编码器, 提供运动信号改造其控制系统, 增加急停装置、楔形捕绳器和轮边制动装置及红外人员感应装置, 实现系统运行更加安全可靠。

关键词：架空索道,测速装置,楔形捕绳器

参考文献

[1]宋梁亮, 葛笑寒.猴车系统使用与改造[J].轻工科技, 2012, 166 (9) :72-73.

架空索道论文篇3

一、概况

刘桥一矿六采区布置两条上山:轨道上山和运输上山, 均布置在六煤层顶板中, 轨道上山与运输上山间距40m, 轨道上山上下口高差114m, 倾角21°, 半圆拱形, 断面:3m×3m, 锚网喷支护, 轨道斜长390m, 1.0吨矿车, 串车提升, 绞车功率55KW。

二、索道架空人车与轨道联合布置

(一) 索道架空人车布置要求。

井下索道架空人车适应巷道为倾角不大于25°的斜巷, 六采区轨道倾角21°, 适宜布置索道架空人车。

(二) 索道架空人车型号、技术参数。

型号:RJY37-280/340型井下架空乘人索道一套;驱动轮直径:Ф1.4m;电机:YB280S-8型, 额定功率:37KW, 额定转速750rpm, 额定电压:660/380V, 额定电流:45.4/78.7A;牵引钢丝绳:6×19-Ф23.5-170, 800m, 无油型;减速器:涡轮蜗杆减速箱TPS-315-50-3F型, 减速比:50;运行速度:约1m/s;吊椅类型、间距:活动型, 10m;托绳轮间距:10m;配重:900Kg。

(三) 索道架空人车安装注意事项。

1、索道架空人车的驱动装置布置在轨道上部车场, 原巷道要挑至要求高度, 确保轨道运送物料不受影响。2、在轨道上下口平巷内各施工一个吊椅存放峒室, 峒室尺寸根据吊椅的长度、数量而定。3、轨道绞车与索道架空人车应实现开关闭锁, 轨道绞车运行时, 索道架空人车应自动断电。4、轨道上下口保险档应选择适宜的类型, 根据《煤矿安全规程》要求, 斜行运输应实现“一坡三档”, 一般斜巷采用钢丝绳吊档, 在安装索道架空人车后, 钢丝绳吊档受吊椅影响已不能满足要求, 解决的办法是利用钢轨来作为保险档, 将钢轨两端钻孔, 一端固定在顶板上, 另一端利用滑轮, 可以使钢轨升降, 来达到保险的目的。

三、效果分析

利用轨道上山布置索道架空人车, 首先是节约了各项费用:

(一) 单独施工索道架空人车巷道390m约需施工费用要120万元。

(二) 如在轨道采用斜巷人车, 必须施工轨道绞车房, 更换1.2m大绞车, 依然费用较高, 一台直径1.2m大绞车费用在100万元以上, 而架空乘人车加安装费用才30万元左右。从使用的效果来看, 轨道运行与索道架空人车通过合理安排时间, 实现了运料与行人互不影响, 使一条轨道产生两种作用, 效果比较明显。

四、结语

架空索道论文篇4

目前1000k V特高压变电站架空母线间隔棒安装方法主要有:施工人员直接踩踏出线进行间隔棒的安装;利用高空作业车或平台进行间隔棒的安装;起重机臂端安装吊篮载人进行间隔棒的安装。

以上三种间隔棒的安装方法都存在一定的问题。如今1000k V特高压变电站架空母线中普遍采用扩径导线, 而扩径导线抗外力变形能力远不及普通导线, 传统施工人员直接踩踏出线可能会导致扩径导线变形, 影响扩径导线安装质量。1000k V特高压变电站架空线高度在47~50m, 使用高空作业车或平台进行施工固然安全可靠, 但满足此高度要求的高空作业车或平台采购价格昂贵, 经济性较差。起重机臂端安装吊篮载人进行间隔棒安装, 不但起重机台班费用高, 而且该施工方法违反了《起重机械安全操作规程》 (GB6067) 中的明确规定“有下述情况之一时, 司机不应进行操作:d.被吊物体上有人或浮置物”, 另外, 该方法存在人身安全隐患。

基于以上种种原因, 本文提出一种轻便索道装置, 用于解决1000k V特高压变电站架空母线采用扩径导线时的间隔棒安装问题。

1 轻便索道装置简介

依托1000k V变电站架空母线两端的构架, 参考架空索道运输相关理论知识[1], 通过在架空母线两侧安装轻便索道构建特高压变电站架空母线间隔棒安装装置。轻便索道装置主要由牵引装置、转向滑车、牵引绳、承载绳、链条葫芦、承托滑车、专用连接机具、可牵引电动载人飞车等组成, 其现场布置、安装示意图如图1所示。

其中, 轻便索道装置中可牵引电动载人飞车即可依靠自身电池电力驱动, 也可以依靠两端牵引装置进行牵引, 这样不但能够解决常规电动飞车爬坡能力不足的特点, 而且效率较常规电动飞车要高。

1-牵引装置;2-转向滑车;3-牵引绳;4-承载绳;5-链条葫芦;6-承托滑车;7-专用连接机具;8-可牵引电动载人飞车;9-架空母线;10-瓷瓶串;11-构架。

1.1 轻便索道装置工作原理

可牵引电动载人飞车附着在轻便索道承载索上, 通过理论计算确保可牵引电动载人飞车的运动轨迹能够覆盖架空母线间隔棒所处位置。当可牵引电动载人飞车运行在承载索下坡或坡度较平缓部分时, 依靠其自身电池电力驱动到达指定地点进行间隔棒安装;当可牵引电动载人飞车运行在承载索上坡或坡度较陡部分时, 依靠两端牵引装置进行牵引到达指定地点进行间隔棒安装。

1.2 轻便索道装置安装间隔棒工艺流程

轻便索道装置安装1000k V特高压变电站架空母线间隔棒的工艺流程如图2所示。

2 轻便索道装置承载索相关理论计算

为了确保可牵引电动载人飞车的运动轨迹能够覆盖架空母线间隔棒所处位置, 需要对轻便索道装置承载索的平均张力、弧垂等进行相关理论计算, 从而确定承载索的初始安装弧垂。

架空母线的平均张力:

式中:T———架空母线扩径导线的平均张力, kg;

L———构架间水平档距, m;

ω———架空母线扩径导线单位长度重量, kg/m;

f———架空母线扩径导线安装弧垂, m;

β———架空母线扩径导线两端悬挂点高差角, 因两端悬挂点等高, β=0°, cosβ=1。

例如, 某个间隔棒距离构架水平距离为x, 则该处间隔棒中心点的弧垂:

式中:fx———距构架水平距离x处时间隔棒中心点弧垂, m;