建筑工程设计工程索道课程设计.docx

建筑工程设计工程索道课程设计.docx

《建筑工程设计工程索道课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑工程设计工程索道课程设计.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

建筑工程设计工程索道课程设计

【建筑工程设计】工程索道课程设计

《索道运输》

课程设计

（1周）

院（系）：

专业：

年级：

学号：

姓名：

成绩：

指导教师：

2012年7月5日

课程设计任务书与指导书2

设计说明书3

计算书4

1.计算无荷主要参数4

（1）设计计算跨的确定4

（2）设计计算跨的无荷中挠系数S0M的确定4

（3）各跨无荷中挠系数S0（I）及其无荷中央挠度F0（I）（m）4

（4）各跨无荷索长L0（I）和全线路无荷索长L0（m）5

（5）振动波往返一次所需的时间SE（I）（s）6

2.计算设计荷重P（N）6

3.承载索设计计算7

（1）初选承载索规格7

（2）无荷重时最大拉力TW与下支点安装张力TX（N）7

（3）计算各跨荷重比N（I）7

（4）无补正有荷最大拉力TQ（N）8

（5）有补正有荷最大拉力TM（N）9

（6）计算跨的无补正有荷中挠系数S11

（7）计算跨的有补正有荷中挠系数S′12

（8）承载索的校核12

4.索道侧型设计12

（1）各跨支点的弯折角δ（I）（°）12

（2）弯折角的正切值tanδ（I）13

（3）侧型参数的校核13

5.悬索无荷线形f0x（I）和有荷线形fD（I）的计算（m）14

6.求地面变坡点与有荷悬索间的垂直距离HY（J）（m）18

7.集材方式方法的选择23

8.工作索和绞盘机的选择23

（1）工作索选择23

（2）绞盘机所需实际功率NX的校核（kW）24

9.附图1索道侧型设计30

附图2索道索系图（鸟览图）设计31

施工预算书32

1．课程设计名称：

索道运输

2．总周数：

1周学分：

1学分

3．目的及任务、要求

⑴目的

课程设计是《索道运输》课程的一个重要实践环节。

通过课程设计，使学生加深理解和掌握所学理论知识，增强学生的实践技能，正确掌握工程索道的一般原理、方法和步骤，为今后学生从事工程索道的设计、架设和管理打下坚实基础。

⑵任务

完成一条3跨增力式货运索道完整的设计，具体设计内容（任务）如下：

①对索道进行完整的设计计算；

②确定集材方式方法；

③索道侧型图设计；

④索道索系图（鸟览图）设计；

⑤索道施工预算书；

⑥编写设计说明书。

⑶要求

计算书和图纸要装订成册，出题每人1题，每人交1份，每份应有封面和目录。

4．成绩评定

设计资料的完整性20%

设计文件质量80%

封面

设计

说明书

计算书

施工

预算书

侧型图

设计

索系图

设计

封面

设计

说明书

计算书

施工

预算书

侧型图

设计

索系图

设计

2

2

5

5

3

3

10

10

20

20

10

10

评分依据：

①设计计算方法正确，内容完整；

②图形布置合理，符合索道设计要求；

③说明书内容完整、清楚；

5．主要参考资料：

①周新年．架空索道理论与实践．北京：

中国林业出版社，1996．

②中华人民共和国林业部．林业架空索道设计规范（LY1056-91）．北京：

中国标准出版社，1992．

③周新年．工程索道与柔性吊桥―――理论设计案例．人民交通出版社，2008．

2009级交通运输专业

《索道运输》课程设计

试架设一条3跨（N＝3）单线3索增力式货运架空索道。

已知参数为

跨号Ｉ

倾角X0（I）/（°）

跨距L0（I）/m

1

11.27

404

2

14.18

287

3

10.35

200

试选牵引索136×19NFC1570BZS（GB/T20118－2006），其单位长度重力QQ=5.93N/m，钢索许可破断拉力TPq=81500N；承载索286×19NFC1670BZZ（GB/T20118－2006），其单位长度重力QS=27.5N/m，横截面面积A=289.95mm2，钢索许可破断拉力TP=402000N；钢索弹性模量E=1×105MPa。

木捆重量P1=20000N。

初选K1跑车：

跑车轮数N0=4个，跑车自重P2=1450N，载物钩重P3=100N，鞍座处设置有托索器；初选闽林821绞盘机：

额定功率为51.5kW，绞盘机位置低于集材点73.2m；起重牵引速度V=1.5m/s。

初定无荷中挠系数SOM=0.0355+学号后2位数字/10000，各跨线形按M=10等分计算；计算跨支点位移量DL＝0.2m；温差DT＝10℃。

索道下支点坐标（0，0.5）。

地面总变坡点数S＝9，测量得地面变坡点坐标为

跨号I

变坡点数N（I）

地面变坡点坐标XY（J）、YY（J）/m

1

4

（0，0）；（166，-49）；（280，20）；（404，70）；

2

4

（518.8，32）；（576.2，50）；（691，148）；

3

3

（791，100）；（891，184）

要求按抛物线（堀氏）理论对该索道进行完整的设计计算，并绘制索道纵断面图。

提示

堀氏设计结果：

SS

（1）=－2.91SS

（2）=3.83

当S0M=0.0355～0.0465时，K=1.05～1.30J=27.33%～33.00%

C=26.12～20.00N1=2.36～2.94

满足全部校核条件：

K＞1.05、J=10%～35%、C=20～30、N1＞2

计算书

1．计算无荷主要参数

（1）多跨索道设计计算跨的判断（表2-1）

表2─1判断设计计算跨/m

设计计算跨

LM≥500

LM<500

最大跨所在跨

最大弦倾角所在跨

ΔL≥20

ΔL<20

ΔL≥10

ΔL<10

注：

LM—最大跨距；ΔL—最大与最小跨距之差。

判断出设计计算跨后，对该跨的承载索的各技术参数进行设计计算。

可知最大跨所在跨为计算跨，即第一跨为计算跨

（2）设计计算跨的无荷中挠系数S0M的确定

将设计计算跨视为单跨索道考虑，荐用取S0M=0.03~0.05，因，所以，S0=S0M。

（3）各跨无荷中挠系数S0（I）及其无荷中央挠度F0（I）（m）

（1）

（2）

式中lM—计算跨的弦线长度（m）；

l（I）—各跨弦线长度（m），；

l0（I）—各跨水平跨距（m）；

l0-—-全线路水平跨距，；

　　α0（I）—各跨的弦倾角（°）；

　　N—跨数，I=1，2，3，…，N。

第一跨无荷中挠系数S0

（1）及其无荷中央挠度F0

（1）（m）计算如下：

第二跨无荷中挠系数S0

（2）及其无荷中央挠度F0

（2）（m）计算如下：

第三跨无荷中挠系数S0（3）及其无荷中央挠度F0（3）（m）计算如下：

（4）各跨无荷索长L0（I）和全线路无荷索长L0（m）

（3）

（4）

所以:

第一跨无荷索长L0

（1）

第二跨无荷索长L0

（2）

第三跨无荷索长L0（3）

全线路无荷索长L0（m）：

（5）振动波往返一次所需的时间SE（I）（s）

所以：

第一跨振动波往返一次所需的时间SE

（1）（s）

第二跨振动波往返一次所需的时间SE

（2）（s）

第三跨振动波往返一次所需的时间SE（3）（s）

2．计算设计荷重P（N）

（5）

式中P1、P2—分别为木捆和跑车重量（N）；

WQ—牵引索自重（N），，鞍座上有托索器时，；

L0M—计算跨的无荷索长（m）；

QQ—牵引索单位长度重力（N/m），其规格按GB/T20118－2006选取；

G—冲击系数，。

又鞍座处设置有托索器

3．承载索设计计算

（1）初选承载索规格

根据设计荷重P按GB/T20118－2006初选承载索规格。

如库存钢索，则可酌情选用，而后进行计算。

（2）无荷重时最大拉力TW与下支点安装张力TX（N）

（6）

（7）

式中q—承载索单位长度重力（N/m）；

H—计算跨上支点到索道最高支点的垂直距离（m）；

α0M—计算跨的弦倾角（°）；

—计算跨的无荷最大拉力（N），。

H是计算跨上支点到索道最高支点的垂直距离（m）

（3）计算各跨荷重比N（I）

（8）

计算跨的荷重比nM为

式中W—计算跨悬索自重（N），W=qL0M。

所以:

第一跨荷重比N

（1）如下：

第二跨荷重比N

（2）如下：

第三跨荷重比N（3）如下：

计算跨的荷重比nM

（4）无补正有荷最大拉力TQ（N）

TQ=TQ’+qH（9）

式中TQ’—计算跨的无补正有荷最大拉力（N），计算式为

TQ’=；

Hmax—无补正有荷水平拉力（N），；

GⅡ—有荷悬索荷重因数，计算式为；

ω（I）—线载荷在X轴上的投影，。

所以：

第一跨线载荷在X轴上的投影如下：

第二跨线载荷在X轴上的投影如下：

第三跨线载荷在X轴上的投影如下：

因为计算跨为第一跨，所以

所以：

有荷悬索荷重因数如下：

故取

S0=S0M

故取

所以：

无补正有荷最大拉力TQ（N）如下:

故取

（5）有补正有荷最大拉力TM（N）

（10）

式中HM—有补正有荷水平拉力（N），；

H0’—有补正无荷的水平拉力（N），；

S0′—有补正无荷中挠系数，。

ε—综合补正系数，计算式为

；；

；；

；；

GI—无荷悬索荷重因数，GI=1；

Δt—钢索投产时与安装时的温差，比安装时温度高取正值，否则取负值；

ω1—钢索的热膨胀系数，一般ω1=1.1×10-5；

DL—计算跨上、下支点弦线方向位移量之和（m）。

；

因为：

计算跨支点位移量；；；

温差＝10℃；

℃

；—无荷悬索荷重因数，

解之得：

，为虚数（舍去）

综上所述

所以有补正有荷最大拉力TM（N）如下：

故取

（6）计算跨的无补正有荷中挠系数S

（12）

式中r—计算跨的中央挠度增加系数，。

（7）计算跨的有补正有荷中挠系数

（13）

（8）承载索的校核

1）承载索安全系数N1的校核

在刚安装架设投产初期，悬索成无补正有荷状态，此时的拉力大于投产中后期的有补正有荷状态下拉力。

因此，必须用无补正有荷最大拉力TQ校核承载索安全系数N1。

≥2（14）

式中T—所选钢索钢丝的破断拉力。

2）校核承载索拉力与轮压的比值C

（15）

式中P—设计荷重；

N0—跑车轮数。

C值必须满足20≤C≤30，C若不在此范围内，就增加跑车轮数，或酌情重选钢索，或改变设计荷重。

C值必须满足20≤C≤30；故不需要增加跑车轮数任选初定钢索。

4．索道侧型设计

索道各跨的弦倾角的约定：

弦倾角自左至右，仰角为正，俯角为负。

（1）各跨支点的弯折角δ（I）（°）

（16）

故第一跨弦线与第二跨弦线的弯折角δ

（1）（°）如下：

第二跨弦线与第三跨弦线的弯折角δ

（2）（°）如下：

（2）弯折角的正切值tanδ（I）

Z（I）=tanδ（I）（17）

要求Z（I）的绝对值满足：

2%≤|Z（I）|≤8%。

故第一跨与第二跨弦线的夹角即弯折角的正切值tanδ

（1）如下：

故满足要求

故满足要求

（3）侧型参数的校核

1）凸形线路校核弯挠角的正切值

（18）

式中αCP—相邻两跨的索道弦倾角平均值，。

要求：

tanθ（I）必须在[10%，35%]范围内。

当弯挠角的正切值大于许用值时，可视具体线路情况采取以下措施：

增设中间支架；降低计算跨支架高度；中间支架高度不变，将前后跨支点升高。

所以第二跨和第三跨之间为凸形线路

第二跨与第三跨的索道弦倾角平均值

第二跨与第三跨的索道弯挠角

；即tanθ（I）必须在[10%，35%]范围，故满足要求。

2）凹形线路校核承载索在鞍座处的安全靠贴系数K（I）

（19）

要求：

K（I）≥1.05（集材索道）；K（I）≥1.2（运材索道）。

当安全靠贴系数小于许用值时，根据具体线路情况采取下列措施：

增设中间支架；升高中间支架或降低前后跨支点高度；增设承载索的压索装置。

所以第一跨和第二跨之间为凹形线路

第一跨与第二跨的索道弦倾角平均值

故满足要求。

5．悬索无荷线形f0x（I）和有荷线形fD（I）的计算（m）

（20）

（21）

式中m0（I）—线形系数，；

k—距离系数，；

x—各跨悬索上任意点到本跨下支点的距离；

r（I）—各跨挠度增加系数，。

各跨线形按M=10等分计算；x—等分点到本跨下支点的水平距离；

第一跨每个等分水平距离

因为悬索无荷线形f0x（I）为：

；其中为各跨无荷中央挠度

即

所以按等分点计算无荷挠度（m）:

同理可求得第二跨的m0（I）和k与第一跨等值，其每个等分水平距离

故按等分点计算无荷挠度（m）:

同理可求得第三跨的m0（I）和k也与第一跨等值，其每个等分水平距离

按等分点计算无荷挠度（m）:

因为各跨挠度增加系数，；其中为各跨的荷重比，即

所以按等分点第一跨挠度增加系数如下：

所以第一跨有荷挠度按等分点计算如下：

其中

同理按等分点求第二跨挠度增加系数如下：

所以第二跨有荷挠度按等分点计算如下：

同理按等分点求第三跨挠度增加系数如下：

所以第三跨有荷挠度按等分点计算如下：

6．求地面变坡点与有荷悬索间的垂直距离HY（J）（m）

以索道第1跨下支点（即山下起点）的地面坐标为原点建立直角坐标系，地面变坡点至索道下支点的水平距离XY（J）为正值，变坡点与索道下支点的地面点高程之差YY（J）（正负号由此而定）。

J为1,2,3,…,S，其S为变坡点总数（包括索道起、终点在内）。

则HY（J）为

（22）

式中FY（J）—地面变坡点处悬索的有荷挠度（m）；

XY（J）、YY（J）—变坡点的X、Y坐标（m）；

X（I-1）—索道各支点至索道下支点的水平距离（m）；

Y（I-1）—索道各支点至索道下支点的地面坐标高程之差（m）。

后备高度C1（m），即木捆最低点至地面净空高为

C1＝HY－（有荷悬索线形至木捆最低点高度）

上述侧型设计中的tanθ（I）或K（I）及后备高度C1不满足要求时，除挖疑点外，不论采取何种措施，只要数据一有更动，就得重新进行设计计算。

当，时；；

索道下支点坐标（0，0.5）

当，时；；

当，时；；

当，时；；

当，时；；

索道下支点坐标（0，0.5）

当，时；；

当，时；；

当，时；；

索道下支点坐标（0，0.5）

当，时；；

因为第一点可以不考虑疑点，故取其他八个点中最小值为疑点，由以上计算可知：

最小，故为疑点，其有荷挠度为，坐标为（691，148）

后备高度C1（m），即木捆最低点至地面净空高为

C1＝HY－（有荷悬索线形至木捆最低点高度）；

其中为跑车、捆木吊索、木捆、后备高度之和

假设跑车高度为；捆木吊索高度为；木捆高度为，得

7．集材方式方法的选择

表2─2确定集材方式方法（m）

集材方式方法

C1≥0.5

C1≥4

重新计算

半悬伐倒木集材

全悬原木集材

全悬伐倒木或原条集材

HY<3

3≤HY<7

7≤HY<12

HY≥12

HY>10.5

——

10.5≤HY<15.5

HY≥15.5

注：

HY为地面可疑点至有荷线形的垂直距离。

根据表2－2和上述计算可得：

集材方式方法应采用：

半悬空伐倒木索道集材

8．工作索和绞盘机的选择

非闭合增力式索道的工作索的最大受力产生在提升、运行过程中。

（1）工作索选择

1）提升木捆时起重索的拉力T2（N）

（23）

式中TQ—木捆重量产生的拉力（N），，Q=木捆重+载物钩重；

θ—起重索拉力包角，120°≤θ≤180°；

Tq—起重索自重附加在跑车上的分力，；

h—集材点到绞盘机位置高度差，绞盘机高于集材点取“+”号，反之取“_”号；

qQ—起重索的单位长度重力（N/m）；

TR—综合阻力，绕过滑轮、贴地运行等产生的摩擦阻力，；

W—起重索自重，；

f0—综合摩擦系数：

当滑轮数少（7个以下），集距较短（500m以下）时，取0.06~

0.12；当滑轮数多，集距较长时，取0.12~0.2；

Ta—惯性力，把木材视为匀速上升，。

Q=木捆重+载物钩重

120°≤θ≤180°

因为此题牵引索起牵引和起重作用，所以起重索的单位长度重力。

因为绞盘机位置低于集材点；即

又为综合摩擦系数，设其滑轮数多，集距较长时，取0.12～0.2

故取

故取

起重索安全系数N2的校核

≥3.5（24）

式中TPQ—起重索钢丝的破断拉力（N）。

故满足校核条件

2）跑车运行时牵引索的拉力T3（N）

（25）

式中Ta—运行惯性力，，Q’=木捆重+跑车重；

—牵引索附加于跑车上的自重，；

g—重力加速度（m/s2），g=9.81；

a—加速度（m/s2）：

一般制动时，3～4s，a=0.1～0.3；紧急制动时，1～2s，a=0.5～1;

Tq—牵引索自重附加在跑车上的分力；

T’Q—线路坡度及重车产生的拉力，；

f—跑车运行阻力系数，f=0.008～0.012；

γ—跑车升角，即为跑车车轮与悬索切线和水平线夹角，它与载荷P大小成正比，

与跨距l0成反比，。

它是确定牵引力T3（或下滑

力）及索道选型的重要参数，在多跨索道中，当计算牵引索在跑车运行中的最大

拉力，应选择索道弦倾角最大跨的跑车靠近上方支架时的升角进行分析，

；当检查跑车能否靠自重下滑越过中间支架时，

则应选择索道弦倾角最小跨的跑车靠近下方支架的升角来研究，

。

TR‘—重车的综合阻力，，W=QQL0。

讨论：

T3＞0，只考虑制动力；Ta≠0，跑车靠重力能越过中间鞍座，能自滑，不需要牵引，可设计成重力自滑索道；

T3＜0，跑车不能自滑，需要牵引；

当α≥10°时，起动时求T3，制动时求T回（只要P=0，代入（5─63）式求出T回），二者取较大值校核；

当α＜10°（缓坡）时，求T3。

a为加速度（m/s2）：

设为紧急制动时，1~2s，a=0.5~1;取

在多跨索道中，假设计算牵引索在跑车运行中的最大拉力，则应选择索道弦倾角最大跨的跑车靠近上方支架时的升角进行分析，即

；由上述条件可得：

；故取

由上述可得：

故取

牵引索安全系数N3的校核

≥3.5（26）

式中TPq—牵引索钢丝的破断拉力（N）。

≥3.5

故满足校核条件

（2）绞盘机所需实际功率NX的校核（kW）

（27）

式中F—缠绕在绞盘机主卷筒中层上的工作索的最大牵引力（N），T2与T3中选较大值作为F；

V—缠绕在绞盘机主卷筒中层上的工作索的牵引速度（m/s）；

η1—绞盘机从发动机输出轴至卷筒轴之间的总传动效率，取η1=0.6～0.7；

η2—内燃机高山功率降，海拔每升高1000m，柴油机功率降10%；汽油机功率降15%～20%。

；取；设为柴油机功率降10%，故

9.附图1索道侧型图设计

附图2索道索系图（鸟览图）设计

应用计算机按抛物线理论作多跨索道设计

县（市）采育场工区林班小班

测量设计审核20年月日

给定条件数据

跨距（m）：

l0

（1）=404

l0

（2）=287

l0（3）=200

弦倾角（）：

ɑ

（1）=11.27

ɑ

（2）=14.18

ɑ（3）=10.35

投产时与安装时最大温差（℃）：

DT=10

索道下支点坐标：

（X0，Y0）=（0，0.5）

投产时与安装时支点最大位移（m）：

DL=0.2

跨距等分数：

M＝10

无荷中挠系数：

S0M=0.0388

木捆重量（N）：

P1=20000

跑车重量（N）：

P2=1450

跑车轮数（个）：

N0＝4

载物钩重（N）：

P3=100

绞盘机低于集材点（m）：

h＝－73.2

牵引索规格参数

单位长度重力（N/m）：

QQ=5.93

钢索的钢丝破断拉力（N）：

TPq=81500

承载索规格参数

钢丝绳286×19NFC1670BZZ（GB/T8918－1996）

单位长度重力（N/m）：

QS=27.5

钢索横截面面积（mm2）：

A=289.95

钢索的钢丝破断拉力（N）：

TP=402000

钢索的弹性模量（MPa）：

E=1×105

设计计算结果

无荷中挠系数：

S0

（1）=0.0388

S0

（2）=0.0279

S0（3）=0.0191

无荷中央挠度（m）：

F0

（1）=15.675

F0

（2）=8.007

F0（3）=3.820

有荷中挠系数：

S

（1）=0.0446

S

（2）=0.0321

S（3）=0.0219

有荷中央挠度（m）：

FD

（1）=25.822

FD

（2）=13.225

FD（3）=6.315

无荷索长（m）：

L0

（1）=413.47

L0

（2）=296.56

L0（3）=203.50

振动波往返一次所需时间（s）：

SE

（1）=7.2

SE

（2）=5.1

SE（3）=3.5

无荷总索长（m）：

L0=913.53

无荷最大拉力（N）：

TW=41864

下支点安装张力（N）：

TX=36667

无补正有荷水平拉力（N）：

Hmax=146528

无补正有荷最大拉力（N）：

TQ=156132

综合补正系数：

ε=1.4337

有补正有荷最大拉力（N）：

TM=141101

承载索实际安全系数：

NT=2.57

承载索拉力与轮压的比值：

C=22.57

弯折角（°）：

SS

（1）=－2.91

安全靠贴系数：

KK

（1）=1.23

弯折角（°）：

SS

（2）=3.83

弯挠角正切值（%）：

J

（2）=30.56

第

（1）跨

按等分点计算无荷挠度（m）：

FF

（1）

FF（0.1）=5.643

FF（0.2）=10.136

FF（0.3）=13.167

FF（0.4）=15.048

FF（0.5）=15.675

按等