正村煤矿副井井井架计算及工具选用.docx
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正村煤矿副井井井架计算及工具选用
正村煤矿主井井架计算及工具选用
一、斜架提升计算：
1、斜架计算重量G计斜：
斜架自重：
Q斜′=101T+101H+102T+102H+103+104T+104H
+105T+105H+106T+106H+107T+107H+其它=138163kg；
斜架各构件材料总重Q斜=1.02×Q斜′＝1.02×138163＝140926kg；
1.02——焊条重量
起重吊索计重：
q=6000kg；
提升稳车选用JZ-16/1000，提升速度3米/秒；
取动力系数K1=1.1
则斜架计算重量：
G计斜=K1（Q+q）
=1.1×（140926+6000）
=161619kg
2、主斜架重心计算：
（1）、将101TH记作G1x，G1x=1.02×17252＝17597kg；L1=5229；
（2）、将102TH记作G2x，G2x=1.02×18613＝18985kg；L2=15820；
（3）、将103记作G3x，G3x=1.02×6626＝6759kg；L3=16306；
（4）、将104TH记作G4x，G4x=1.02×17982＝18342kg；L4=26487；
（5）、将105TH记作G5x，G5x=1.02×32141＝32784kg；L5=35302；
（6）、将106TH记作G6x，G6x=1.02×24444＝24933kg；L6=42586；
（7）、将107TH记作G7x，G7x=1.02×10287＝10493kg；L7=48457；
（8）、将其它记作G8x，G8x=1.02×10818＝11034kg；L8=45197；
各段重量与计算重心见下表及图
代号
G1x
G2x
G3x
G4x
G5x
G6x
G7x
G8x
Gix
重量
17597
18985
6759
18342
32784
24933
10493
11034
140927
重心
5229
15820
16306
26487
35302
42586
48457
45197
29907
重心位置：
Lo斜=∑Gix×Li∕∑Gix
17597×5229+18985×15820+6759×16306+18342×26487+32784×35302
=———————————————————————————————
17597+18985+6759+18342+32784
+24933×42586+10493×48457+11034×45197
—————————————————————————=29907mm
+24933+10493+11034
3、主斜架提升时动滑轮最大受力计算：
（参见斜架提升最大受力位置图1-1、铰链放大图1-2及受力分析图1-3）
条件：
A、叁个动滑轮分别固定在主斜架两侧距底脚40.06米处；
B、采用双桅杆起吊，桅杆布置在距斜架基础中心连线靠近井筒侧3米处；斜架重心取29.907米。
C、桅杆高40米，定滑轮固定在距地面39.10米处；
D、最大提升力按斜架除底脚外全部提起且刚离地面时计算；
动定滑轮连线与主斜架夹角γ为：
39.1－2.61
γ=tg-1=43.914o
40.06－2.16
主斜架吊点处受力分析见图1-7，则由力系平衡原理得滑轮组受力：
Tsinγ×（40.06-0.26）＋Tcosγ×2.12=G计斜×（L斜－0.26）
G计斜×（L斜－0.26）
T=
sinγ×39.8＋cosγ×2.12
161619×（29.907－0.26）
=
Sin43.914×39.8＋cos43.914×2.12
=164478㎏
主斜架铰链受力：
F主铰=√（G计斜－Tsin43.914）2＋（Tcos43.914）2/2
=63834㎏
提升力S计算及工具选用：
斜架提升采用5个滑轮，组成16—17滑轮组，有效工作绳数为32支，斜架每侧吊耳上各挂一个H140×8D滑轮，每根桅杆头部主吊耳上挂H140×8D滑轮1个，两根桅杆头部共同挂H20×1D滑轮一个。
钢丝绳穿绕方法见图1-4，双头提升，分别通过桅杆顶部及底部滑轮水平引至两台16吨稳车上。
T/2164478/2
跑绳受力：
S′=———=——————=7057kg
nη16×0.7283
稳车出绳受力：
S=ES′=1.04×7057=7339kg
式中：
n—每组滑轮组有效工作绳数等于16；
η—滑轮组效率，
（En-1）
η=
nEn（E-1）
E—滑轮综合磨擦系数，取1.04；
提升绳选用6×37+1-Φ30-170钢丝绳两根，每根长度1000米，破断拉力RS=58050kg。
安全系数：
k=RS×C/S
=58050×0.82/7339=6.49＞6
式中：
C—钢丝绳换算系数，取0.82
平衡轮受力：
T平=2T/n=2×164478/32=10280kg
（S′+T平/2）（7057+10280/2）
每个动滑轮受力：
T动=16×————=16×———————=97576kg
22
4、每组定滑轮受力计算：
定滑轮受力分析见图1-5，由图知定滑轮组受力P为：
P=〔（T/2）2+S′2+2×T/2×S×cosα〕1/2
=（82239）2+70572+2×82239×7057×cos46.086o）1/2
=87282kg
桅杆底脚导向轮受力：
P导轮=2Scos45o=2×7339×0.707=10377kg
定滑轮固定绑绳与桅杆夹角θ为：
Tsinα82239×sin46.086o
θ=tg-1—————=tg-1———————————=42.7468o
T/2cosα+s′82239/2×cos46.086o+2057
式中：
α—动滑轮受力方向与垂线的夹角=90o-γ=46.086o
5、每组主牵绳受力计算及材料选用：
每组定滑轮受力P=87282kg，与桅杆夹角θ=42.747o，固定在桅杆39.1米处，桅杆顶部偏心0.5米。
主牵绳与地面夹角为30o，桅杆受力分析见图1-5，则：
Psinθ×39.1+Pcosθ×0.5=F主牵cos30o×L+F主牵sin30o×0.5
每组主牵绳受力为：
Psinθ×39.1+Pcosθ×0.5
F主牵=———————————=67311kg
cos30o×40+sin30o×0.5
每组桅杆与主地锚间主牵绳采用3个滑轮，组成6－6滑轮组，有效工作绳支数为12支，桅杆顶部各设H100×6D滑轮一个，地锚处设H50×3D滑轮两个，见图1-6滑轮组，则每支绳受力：
S=F/n=67311/12=5609kg
主牵绳选用6×37+1-Φ26-170交右钢丝绳两根，每根长度400米，破断拉力RS=42650kg。
安全系数：
K=C×RS/S=42650×0.82/5609=6.2＞3.5
式中：
C—钢丝绳换算系数，取0.82
6、侧牵绳受力及选用：
选用原则：
侧牵绳应能承受各牵绳的预张力与桅杆自重引起的侧倒力，考虑到操作失误不致造成事故和桅杆起立过程中有可能作辅助牵引用，所以将桅杆放置到与地面垂线呈25o状态时计算受力。
受力分析见图1-11，由力系平衡原理得：
Tcos（30O+25O）×L+Tsin（30O+25O）×（0.5+0.5）
=Psin25O×L-Pcos25O×0.5+Gsin25O×L/2-Gcos25O×0.5
Psin25O×L+Pcos25O×0.5+Gsin25O×L/2+Gcos25O×0.5
T=—————————————————————
cos（30O+25O）×L+sin（30O+25O）×（0.5+0.5）
6×40×sin25O-6×0.5×cos25O+14×20×sin25O-14×0.5×cos25O
=———————————————————————
40×cos55O+sin55O
=8.867吨
式中：
P—钢丝绳、索具的垂直压力，P=12×sin30O=6吨；
L—桅杆高度40米
G—桅杆自重14吨
侧牵绳选用6×19+1-Φ21.5-170钢丝绳，共4根，破断拉力为RS=29800kg，双绳牵引，安全系数K=2×C×RS/T=2×0.85×29800/8867=5.71＞3.5
二、立架提升计算：
1、立架计算重量G计立：
立架自重：
Q立′=72457kg；
立架各构件材料总重：
Q立=1.02×Q立′＝1.02×72457＝73906kg；
1.02——焊条重量
起重吊索计重：
q=4000kg；
提升稳车选用JZ-10/800，提升速度3米/秒；
取动力系数K1=1.1;
则斜架计算重量：
G计立=K1（Q+q）
=1.1×（73906+4000）
=85697kg
2、立架提升动滑轮最大受力计算（参见立架提升最大受力位置及受力分析图2-1）
条件：
A、斜架提升到安装位置；
B、利用斜架提升立架；
C、定滑轮固定在距斜架底角49.9米处，垂线与井筒中心线重合；
D、最大提升力按立架全部提起且刚离地面时计算；
由图2－1知：
动滑轮最大受力：
T=G计立。
提升力S计算及工具选用：
立架提升采用8个滑轮，组成两组6-6滑轮组，有效工作绳数为12支，斜架每侧钢性吊耳上各挂两个H32×3D滑轮。
立架顶部每侧各挂两个H32×3D滑轮。
钢丝绳穿绕方法见图2-2，分别通过斜架顶部引至两台10吨稳车上。
T/242052
跑绳受力：
S=———=—————=4481kg
nη12×0.782
式中：
n—每组滑轮组有效工作绳数等于12；
η—滑轮组效率=0.782
（En-1）
η=
nEn（E-1）
E—滑轮综合磨擦系数，取1.04
提升绳选用6×37+1-Φ24-170钢丝绳两根，每根长度400米，破断拉力RS=35800kg。
安全系数：
k=RS×C/S=35800×0.82/4481=6.6＞6
式中：
C—钢丝绳换算系数，取0.82
3、立架完全提升时斜架受力计算（参见立架提升最大受力位置图2-1）
斜架共受四个力作用：
T－立架对斜架拉力；
F－桅杆对斜架拉力；
G计斜－斜架计算重量；
R－铰链对斜架的作用力。
φ2＝tan-1[（90.06×cos70.710－3.0）/（39.1－0.6－40.06×sin70.71）]
＝86.1480
φ1＝φ2－70.71＝86.148－70.71＝15.4380
由力系平衡原理得：
Fcos15.438×40.06＝T×14.945＋G计斜×29.907×cos70.710
F＝（T×14.945＋G计斜×29.907×cos70.710）/（cos15.438×40.06）
＝（85697×14.945＋161619×29.907×cos70.710）/（cos15.438×40.06）
＝74519kg
因在提升立架时，其最大受力情况下，F力远远小于提升斜架时动滑轮受力T，所以提升斜架时选用的机具仍能满足提升立架用。
三、铰链受力计算和校验：
1、铰链最大受力位置是在将立架全部提起时：
Rx＝Fsinφ2＝74519×sin86.148＝74351kg
Ry＝T＋G计斜＋Fcos86.1480＝85697＋161619＋74519×cos86.1480
＝252322kg
R′＝（Rx2＋Ry2）1/2＝263048kg
每个铰链最大受力：
R＝R′/2＝131524kg
2、铰链选择计算：
铰链选用见图HNMA-2004-11-02；HNMA-2004-11-03；
铰链计算：
略
四、桅杆受力计算及校验：
1、底部正压力=吊装载荷正压力+主侧牵绳正压力+自重+跑绳压力
Nd=Pcosθ+Fsin30O+15sin30O+G桅杆+S′
=87282×cos42.747O+67311×sin30O+7500+14000+7057
=126309kg
2、中部压力：
Nz=Nd-G桅杆/2=126309-7000=119309kg
3、中部弯矩：
则：
Mz=P〔（39.1-L/2）sinθ+0.5cosθ〕+S′×0.5-F主牵〔（L/2）cos30O+0.5sin30O〕=87282〔（39.1.1-40/2）sin42.747O+0.5cos42.747O〕+7057×0.5
-67311〔（40/2）cos30O+0.5sin30O〕
=1556076kg·cm
4、桅杆校验：
桅杆结构见图4-1桅杆端面图：
立柱角钢为∟160×160×16；斜撑角钢为∟75×75×8；桅杆中间截面为1200×1200，中间不变截面长度30米；两端截面为800×800，采用12mm厚钢板补强。
查有关资料知：
立柱截面积F=49.067cm2；惯性矩Jo=1175.08cm4；形心距Zo=4.55cm。
斜撑截面积F斜=11.503cm2则：
1）、惯性力矩：
Jmax=m〔Jo+F（amax/2-Zo）2〕=4〔1175.08+49.067（120/2–4.55）2〕
=608166
Jmin：
因为有钢板补强，惯性力矩很大，计算略。
桅杆计算长度Lo=40米。
2）、抗弯截面系数（中间断面）：
Jmax2×608166
Wmax=———=—————=10136.1cm3
amax/2120
3）、中断面惯性半径：
ρmax=（Jmax/4F）1/2=55.67cm
4）、长细比：
λ=Lo/ρmax=4000/55.67=71.852
换算长细比:
λo=（λ2+40F/F斜）1/2=（71.8522+40×49.067/11.503）1/2=73
5）、查有关资料得折减系数：
ψ=0.772
6）、稳定性校验：
桅杆的使用应力σ为：
MzNz1556076119309
σ=——+———=—————+———————
Wmaxψ×4F10136.10.772×4×49.067
=941kg/cm2
A3钢许用应力为：
〔σ〕=1550kg/cm2
σ＜〔σ〕能够满足要求。
五、地锚的选择与计算：
1、地锚选择：
主地锚：
主牵绳受力F合=2×F主牵=2×67311=134622。
主牵绳地锚选用两个80T地锚，编号为M3、M4。
详见：
何庄煤矿副井井架安装平面布置图，两地锚夹角γ=100。
侧牵绳地锚：
侧牵绳受力T=8.867吨。
侧牵绳地锚选用四个15T地锚，编号为M5、M6、M7、M8。
主提升地锚：
主提升受力S=7.339吨。
主提升地锚选用两个10T地锚，编号为M1、M2。
吨位
尺寸代号
50
20
10
L
b
c
d
H
h
α
β
γ
表5－1各种地锚设置尺寸图
桅杆拌腿地锚：
桅杆拌腿受力P=2S=14.5吨。
桅杆拌腿地锚选用两个10T地锚，编号为M9、M10。
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