Барабан шахтної піднімальної машини

Реферат: Барабан шахтної піднімальної машини містить гальмовий елемент і циліндричну обичайку з зовнішньою гвинтовою канавкою, усередині якої встановлені зі зміщенням від її торців лобовини, між якими розміщені кільця жорсткості. До обичайки і до лобовин приєднані внутрішні ребра жорсткості. Барабан має кільце жорсткості, прикріплене до обичайки біля торця з боку гальмового елемента, з яким воно, як і з суміжною лобовиною, з'єднано стаканом і додатковими ребрами жорсткості, а також оснащений радіально орієнтованими діафрагмами, що з'єднані з обичайкою, лобовинами і встановленими між лобовинами кільцями жорсткості. Діафрагми рівномірно розміщені між внутрішніми ребрами, також з'єднаними з зазначеними кільцями жорсткості, що скріплені між собою через установлений між ними кільцевий фланець, крім того до обичайки і до лобовини, віддаленої від гальмового елемента, приєднані зовнішні ребра жорсткості, які встановлені в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості. Додаткові ребра жорсткості встановлені в одну лінію з діафрагмами. UA 87815 U (54) БАРАБАН ШАХТНОЇ ПІДНІМАЛЬНОЇ МАШИНИ UA 87815 U UA 87815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничо-копальневих підйомників і може бути використана в машинобудівному виробництві при виготовленні шахтних піднімальних машин з підвищеною продуктивністю видобутку корисних копалин з надглибоких шахт. Відомий барабан шахтної піднімальної машини, що містить гальмовий елемент і циліндричну обичайку, виконану з зовнішньою гвинтовою канавкою й охоплюючу дві лобовини з вікнами, кожна з'єднана з діафрагмами, розміщеними усередині обичайки і до неї приєднаними з рівним кутовим кроком, при цьому кожна діафрагма виконана з вирізом у вигляді прямокутного вікна з закругленими кутами. Кожна лобовина цього барабана прикріплена до маточини, що сполучена з приводним валом. До обичайки також прикріплений один кінець каната, який розміщений у гвинтовій канавці (див., наприклад, книгу Завозин Л.Ф. Шахтні піднімальні установки. – М.: Надра, 1975. - С. 125). У сучасних барабанах як вищезгаданий гальмовий елемент найчастіше застосовують гальмовий диск, що кріпиться до одного з торців обичайки (див., наприклад, опис до патенту CN 200820220209.9 фіг. 1, поз. 2 і 10). Недоліком аналога є його низька навантажувальна здатність при збільшенні діаметра і довжини обичайки для підвищення канатоємності барабана в зв'язку з нарощуванням глибини видобутку корисних копалин, тому що аналог є статично невизначеною конструкцією, у якій розподіл напружень між місцями їхньої конструктивної концентрації визначається взаємним впливом один на одного складених елементів барабана (тобто обичайки, лобовин, діафрагм, з'єднань лобовин з маточинами і їхніми з'єднаннями з валом), що мають різні жорсткісні характеристики на вигин, розтягання і стиск, осьову піддатливість і т.п. Інакше кажучи, більш жорсткі, через вплив діафрагм, ділянки обичайки сприймають практично все навантаження від дії на обичайку тиску навитого з натягом каната, у результаті чого в конструктивних концентраторах барабана з'являються напруження, рівні яких сильно відрізняються між собою для різних концентраторів, тобто в одних концентраторах з'являються напруження, які вище, а в інших, відповідно, - нижче їхнього припустимого рівня. Наслідком завищеного рівня напружень у деяких концентраторах відомого барабана є передчасна поява в ньому утомних тріщин, що обмежує навантажувальну здатність і надійність роботи при підвищенні продуктивності видобутку корисних копалин з надглибоких шахт. Інакше кажучи, при простому збільшенні розмірів складених елементів барабана-аналога для підвищення його канатоємності неможливо забезпечити на тривалий час безпечну роботу шахтної піднімальної машини з таким бараном при видобутку корисних копалин з надглибоких шахт. Також відомий інший барабан шахтної піднімальної машини, що містить циліндричну і футеровану зовні обичайку, до кожного торця якої прикріплена лобовина й усередині якої прикріплені два кільця жорсткості, при цьому одна з лобовин оснащена зубцюватим вінцем, а до іншої лобовини приєднаний стакан, прикріплений до гальмового диска. Кожна лобовина цього барабана з'єднана з маточиною, сполученою з валом, встановленим у підшипникових опорах (див. патент CN 102328868). Перевага названого барабана виявляється в його більш високій навантажувальній здатності при збільшенні довжини обичайки для підвищення канатоємності барабана за рахунок підпору обичайки кільцями жорсткості і за рахунок підвищення згинальної жорсткості однієї з лобовин за допомогою стакана, а в інший лобовині за допомогою зубцюватого вінця, тому що жорсткісні характеристики кілець з урахуванням збільшення їхньої кількості, а також жорсткісні характеристики лобовин не перешкоджають, як діафрагми, сприймати всій масі елементів барабана дію канатного тиску, тобто обичайка у даному випадку здатна рівномірно деформуватися у коловому напрямку, що знижує рівні напружень у барабана в місцях їхньої конструктивної концентрації, і, відповідно, сприяє більш пізній появі утомних тріщин у барабані. Однак сукупність істотних елементів даного барабана не дозволяє наростити його канатоємність за рахунок збільшення діаметра обичайки разом зі збільшенням її довжини, тому що при простому збільшенні розмірів барабана його лобовини стають недостатньо стійкими до стискаючого навантаження, що діє на обичайку від навитого на неї з натягом каната. Інакше кажучи, у розглянутого барабана можливе збільшення його канатоємності, крім збільшення діаметра обичайки, також за рахунок підвищення числа шарів намотування на нього каната, але якщо число шарів каната на футерованій обичайці буде більше двох, то стає небезпечною робота всієї шахтної піднімальної машини під час витягу вантажу і підйому людей з надглибоких шахт. Цей недолік у меншій мірі виявляється в наступному барабані шахтної піднімальної машини (див., наприклад, книгу Димашко А.Д., Гершиков И.Я., Кревневич А.А. Шахтні електричні лебідки і піднімальні машини: довідник. – М.: Надра, 1973. - С. 247). Таке технічне рішення є найбільш близьким до того, що заявляється по сукупності істотних ознак і приймається як прототип. 1 UA 87815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомий і пропонований барабан шахтної піднімальної машини мають наступні подібні ознаки: містять гальмовий елемент і циліндричну обичайку з зовнішньою гвинтовою канавкою, усередині якої встановлені зі зміщенням від її торців лобовини, між якими розміщені кільця жорсткості, причому до обичайки і до лобовин приєднані внутрішні ребра жорсткості. Перевага прототипу виявляється в його більш високій, чим у двох аналогів, навантажувальній здатності при збільшенні довжини і діаметра обичайки для підвищення канатоємності барабана за рахунок підпору обичайки кільцями жорсткості і підпору двох лобовин і обичайки ребрами, тому що жорсткісні характеристики кілець і ребер, а також їхня кількість не перешкоджають усій масі складених елементів прототипу сприймати дію канатного тиску. Також наявність ребер на лобовинах забезпечує їм достатню стійкість при збільшенні довжини і діаметра обичайки. Однак при подальшому рості глибини підйому і маси корисного вантажу, що добувається із шахти, у місці переходу висоти кожного ребра до лобовини в районі маточини буде спостерігатися передчасна поява утомних тріщин, що знижують надійність роботи прототипу, тобто недоліком прототипу є застосування ребер великої висоти і довжини, що, підвищуючи жорсткісні характеристики барабана, викликає посилення концентрації напружень у з'єднанні лобовин з ребрами. Також недоліком прототипу є установка кілець жорсткості з недостатньо великою різницею зовнішнього і внутрішнього діаметрів, що мають самі по собі низьку тріщиностійкість при дії на обичайку циклічного навантаження в результаті намотування і змотування каната. В основу корисної моделі поставлена задача - підвищити довговічність шахтної піднімальної машини шляхом підвищення навантажувальної здатності її барабана на основі зниження імовірності передчасної появи утомних тріщин у конструктивних концентраторах напружень. Рішення поставленої задачі забезпечується за рахунок технічного результату, що полягає в мінімізації рівнів напружень, що виникають у барабані в місцях їхньої конструктивної концентрації в результаті дії на обичайку барабана канатного тиску. Для досягнення зазначеного технічного результату барабан шахтної піднімальної машини, що містить гальмовий елемент і циліндричну обичайку з зовнішньою гвинтовою канавкою, усередині якої встановлені зі зміщенням від її торців лобовини, між якими розміщені кільця жорсткості, а до обичайки і до лобовин приєднані внутрішні ребра жорсткості, відповідно до корисної моделі, оснащений додатковим кільцем жорсткості, прикріпленим до обичайки біля торця з боку гальмового елемента, з яким воно, як і з суміжною лобовиною, з'єднано стаканом і додатковими ребрами жорсткості, а також оснащений радіально орієнтованими діафрагмами,що з'єднані з обичайкою, лобовинами і встановленими між лобовинами кільцями жорсткості, при цьому діафрагми рівномірно розміщені між внутрішніми ребрами, також з'єднаними з зазначеними кільцями жорсткості, що скріплені між собою через установлений між ними кільцевий фланець, крім того до обичайки і до лобовини, віддаленої від гальмового елемента, приєднані зовнішні ребра жорсткості, які встановлені в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості, а додаткові ребра жорсткості встановлені в одну лінію з діафрагмами. Для посилення технічного результату діафрагми, внутрішні ребра жорсткості і зовнішні ребра жорсткості виконані з перемінною висотою, найбільше значення якої в них по краях, пов'язаних з лобовинами, а у внутрішніх ребер жорсткості і по краях, пов'язаних з кільцями жорсткості, при цьому діафрагми виконані з центральними вирізами криволінійної форми. Між відмітними ознаками і технічним результатом, що досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок. Завдяки оснащенню барабана шахтної піднімальної машини додатковим кільцем жорсткості, прикріпленим до обичайки біля торця з боку гальмового елемента, з яким воно, як і з суміжною лобовиною, з'єднано стаканом і додатковими ребрами жорсткості, а також оснащенню радіально орієнтованими діафрагмами, що з'єднані з обичайкою, лобовинами і встановленими між лобовинами кільцями жорсткості з розміщенням діафрагм рівномірно між внутрішніми ребрами, також з'єднаними з зазначеними кільцями жорсткості, що скріплені між собою через установлений між ними кільцевий фланець, а також завдяки тому, що до обичайки і до лобовини, віддаленої від гальмового елемента, приєднані зовнішні ребра жорсткості, які встановлені в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості, а додаткові ребра жорсткості встановлені в одну лінію з діафрагмами стало можливим раціонально збалансувати взаємний вплив один на одного складених елементів барабана (тобто обичайки, лобовин, кілець жорсткості, стакана, діафрагм і ребер), тому що: - оснащення барабана шахтної піднімальної машини додатковим кільцем жорсткості, прикріпленим до обичайки біля торця з боку гальмового елемента, з яким воно, як і з суміжною лобовиною, з'єднано стаканом і додатковими ребрами жорсткості, значно підвищує жорсткість 2 UA 87815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 лобовини і ділянки обичайки між додатковим кільцем жорсткості і цією лобовиною до вигину, що підвищує стійкість лобовини і знижує ступінь вигину основної довжини обичайки між лобовинами; - оснащення радіально орієнтованими діафрагмами, що з'єднані з обичайкою, лобовинами і встановленими між лобовинами кільцями жорсткості з розміщенням діафрагм рівномірно між внутрішніми ребрами, також з'єднаними з зазначеними кільцями жорсткості, поліпшує спільну деформацію обичайки і лобовин, що підвищує жорсткість до вигину і стійкість до стиску як для обичайки, так і для лобовини, віддаленої від гальмового елемента, а також дозволяє утягнути ділянки обичайки між діафрагмами в рівнозначну по навантажувальній здатності роботу разом з ділянками обичайки, з'єднаними безпосередньо з діафрагмами; - скріплення розміщених між лобовинами кілець жорсткості між собою через установлений між ними кільцевий фланець, знижує можливість депланації (тобто скривлення з площини, перпендикулярної осі обичайки) по окремості кожного з кілець, що підвищує жорсткість обичайки до вигину, а також сприяє нижчеописаній спільній роботі всіх з'єднаних з кільцями діафрагм і внутрішніх ребер; - приєднання до обичайки і до лобовини, віддаленої від гальмового елемента, зовнішніх ребер жорсткості, встановлених в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості, коли додаткові ребра жорсткості встановлені в одну лінію з діафрагмами, забезпечує стійкість лобовини, віддаленої від гальмового елемента, і підсилює жорсткість до вигину обичайки на ділянці між її торцем і цієї лобовиною, а також додатково підсилює вищевказану мінімізацію рівнів напружень у всіх місцях їхньої конструктивної концентрації. Крім того: - виконання в діафрагмах центральних вирізів криволінійної форми дозволяє регулювати жорсткість самих діафрагм для оптимального розподілу жорсткісних характеристик у барабані; - виконання діафрагм, внутрішніх ребер жорсткості і зовнішніх ребер жорсткості з перемінною висотою, найбільше значення якої в них по краях, пов'язаних з лобовинами, а у внутрішніх ребер жорсткості і по краях, пов'язаних з кільцями жорсткості, мінімізує з урахуванням вищесказаного підвищення жорсткості обичайки і двох лобовин рівні напружень, що виникають у барабані у всіх місцях їхньої конструктивної концентрації в результаті дії на обичайку канатного тиску. Більш докладно корисна модель, що заявляється, пояснюється кресленнями, де зображено: - на фіг. 1 показаний загальний вид на одну дванадцяту кутову частину барабана шахтної піднімальної машини, тобто дванадцять послідовних поворотів цієї частини щодо осі барабана цілком утворять барабан, що заявляється; - на фіг. 2 показаний вид збоку по напрямку стрілки А на фіг. 1. Барабан шахтної піднімальної машини містить гальмовий елемент 1 і циліндричну обичайку 2, яка виконана з зовнішньою гвинтовою канавкою. Усередині обичайки 2 розміщені і до неї прикріплені лобовина 3, лобовина 4, а також кільця жорсткості 5 і 6, що розміщені між лобовинами 3 і 4. На внутрішній стороні лобовин 3 і 4 прикріплені рівномірно розміщені по колу і радіально орієнтовані внутрішні ребра 7, що з'єднані також з обичайкою 2. Лобовини 3 і 4 з'єднані з маточинами, сполученими з приводним валом (на фігурах не показані). Відмінністю барабана шахтної піднімальної машини, що заявляється, є те, що він оснащений додатковим кільцем жорсткості 8, яке прикріплено до обичайки 2 біля торця з боку гальмового елемента 1, з яким воно, з'єднано стаканом 9 і додатковими ребрами жорсткості 10, а із суміжною лобовиною, - стаканом 11 і додатковими ребрами жорсткості 12. Також барабан шахтної піднімальної машини оснащений радіально орієнтованими діафрагмами 13, що рівномірно розміщені між внутрішніми ребрами 7 і з'єднуються з обичайкою 2 і, у залежності від розташування, або з лобовиною 3 і кільцем жорсткості 5, або з лобовиною 4 і кільцем жорсткості 6. Внутрішні ребра 7, що з'єднані з лобовиною 3 з'єднуються з кільцями жорсткості 5, а які з'єднані з лобовиною 4 - з кільцями жорсткості 6. Кільця жорсткості 5 і 6 скріплені між собою через установлений між ними кільцевий фланець 14. Крім того до обичайки 2 і до лобовини 4 приєднані зовнішні ребра жорсткості 15, які встановлені в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості 7, а додаткові ребра жорсткості 10 і 12 встановлені в одну лінію з діафрагмами 13. Ще відмінністю барабана, що заявляється, є те, що діафрагми 13, внутрішні ребра жорсткості 7 і зовнішні ребра жорсткості 15 виконані з перемінною висотою, найбільше значення якої в них по краях, пов'язаних з лобовинами 3 і 4, а у внутрішніх ребер жорсткості 7 і по краях, пов'язаних з кільцями жорсткості 5 і 6, при цьому діафрагми 13 виконані з центральними вирізами криволінійної форми. 3 UA 87815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Для опису роботи корисної моделі, що заявляється, на фігурах показані основні конструктивні концентратори напружень: - місце 16, де закінчується висота внутрішнього ребра 7 на лобовині 4; - місце 17, де закінчується висота діафрагми 13 на лобовині 4; - місце 18 біля з'єднання внутрішнього ребра 7 з обичайкою 2; - місце 19 біля з'єднання діафрагми 13 з обичайкою 2; Барабан шахтної піднімальної машини працює наступним чином. До обичайки 2 прикріплюють два канати, з'єднані з посудиною чи скіпом для підйому корисного вантажу чи людей зі стовбура шахти. Реверсивним обертанням вала створюють циклічне намотування і змотування канатів у зовнішній гвинтовій канавці на обичайці 2. Між реверсами обертання обичайка 2 стопориться шляхом взаємодії гальмового елемента 1 з дисковим гальмом (на фігурах не показаний). У результаті циклічного намотування і змотування двох канатів на обичайку 2 діє перемінний по величині канатний тиск, що передається на лобовини 3 і 4, кільця жорсткості 5, 6 і 8, а також на внутрішні ребра 7, зовнішні ребра 15, додаткові ребра жорсткості 10, 12, на діафрагми 13, стакани 9 і 11, що викликає в концентраторах 16, 17, 18 і 19 появу напружень. Додаткове кільце жорсткості 8, що приєднане з однієї сторони до гальмового елемента 1 за допомогою стакана 9 і додаткових ребер жорсткості 10, а з іншої його сторони - до лобовини 3 за допомогою стакана 11 і додаткових ребер жорсткості 12, протидіє вигину лобовини 3 і обичайки 2 на ділянці між додатковим кільцем жорсткості 8 і лобовиною 3. Одночасно з цим діафрагми 13 і внутрішні ребра жорсткості 7 втягують у спільну деформацію обичайку 2 і лобовини 3, 4, зменшуючи при цьому вигин та стиск обичайки 2 і лобовин 3, 4. Скріплені між собою кільця жорсткості 5, 6 через установлений між ними кільцевий фланець 14 протидіють вигину обичайки 2 у значно більшому ступені, чим по окремості кожне з кілець і забезпечують спільну роботу всіх з'єднаних з кільцями жорсткості 5, 6 діафрагм 13 і внутрішніх ребер жорсткості 7. Зовнішні ребра жорсткості 15 протидіють вигину обичайки 2 на ділянці між її торцем і лобовиною 4, а також протидіють вигину лобовини 4 разом із внутрішніми ребрами жорсткості 7 і діафрагмами 13. У ході вищеописаної протидії вигину обичайки 2 і лобовин 3, 4 відбувається локальне вдавлення в лобовини 3, 4 кутів, утворених ребрами жорсткості 7 і діафрагмами 13 у стиках з лобовинами 3, 4, а також кутів, утворених зовнішніми ребрами жорсткості 15 у стиках з лобовиною 4. Регулювання ступеня локального вдавлення в лобовини 3, 4 цих кутів відбувається за рахунок виконання в діафрагмах 13, внутрішніх ребер жорсткості 7 і зовнішніх ребер жорсткості 15 перемінної висоти, найбільше значення якої в них по краях, пов'язаних з лобовинами 3, 4, а у внутрішніх ребер жорсткості 7 і по краях, пов'язаним з кільцями жорсткості 5 і 6. Крім того регулювання ступеня локального вдавлення в лобовини 3, 4 кутів, утворених діафрагмами 13 у стиках із лобовинами 3, 4, відбувається також за рахунок центральних вирізів криволінійної форми, виконаних у діафрагмах 13. Також посилює ефект регулювання ступеня локального вдавлення в лобовини 3, 4 зазначених кутів розташування зовнішніх ребер жорсткості 15 в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості 7, а додаткових ребер жорсткості 10, 12 - в одну лінію з діафрагмами 13. Сумарно все це сприяє тому, що в результаті дії на обичайку 2 перемінного по величині канатного тиску в концентраторах 16, 17, 18 і 19 будуть виникати мінімальні рівні напруг. Таким чином, з опису конструкції і роботи корисної моделі, що заявляється, випливає, що вся сукупність відмітних ознак мінімізує рівні напружень, які виникають у барабані в місцях їхньої конструктивної концентрації, у результаті дії на обичайку барабана канатного тиску, що забезпечує підвищену довговічність барабана. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Барабан шахтної піднімальної машини, що містить гальмовий елемент і циліндричну обичайку з зовнішньою гвинтовою канавкою, усередині якої встановлені зі зміщенням від її торців лобовини, між якими розміщені кільця жорсткості, причому до обичайки і до лобовин приєднані внутрішні ребра жорсткості, який відрізняється тим, що він оснащений додатковим кільцем жорсткості, прикріпленим до обичайки біля торця з боку гальмового елемента, з яким воно, як і з суміжною лобовиною, з'єднано стаканом і додатковими ребрами жорсткості, а також оснащений радіально орієнтованими діафрагмами, що з'єднані з обичайкою, лобовинами і встановленими між лобовинами кільцями жорсткості, при цьому діафрагми рівномірно розміщені між внутрішніми ребрами, також з'єднаними з зазначеними кільцями жорсткості, що скріплені між собою через установлений між ними кільцевий фланець, крім того до обичайки і 4 UA 87815 U 5 до лобовини, віддаленої від гальмового елемента, приєднані зовнішні ребра жорсткості, які встановлені в одну лінію з внутрішніми ребрами жорсткості, а додаткові ребра жорсткості встановлені в одну лінію з діафрагмами. 2. Барабан за п. 1, який відрізняється тим, що діафрагми виконані з центральними вирізами криволінійної форми. 3. Барабан за п. 1, який відрізняється тим, що діафрагми, внутрішні ребра жорсткості і зовнішні ребра жорсткості виконані з перемінною висотою, найбільше значення якої в них по краях, пов'язаних з лобовинами, а у внутрішніх ребер жорсткості і по краях, пов'язаних з кільцями жорсткості. 5 UA 87815 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6