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设计提升机需要注意的一些问题-红星矿山机器有限公司

2015-12-30 09:44:52发布者:红星机器

提升机概述

提升机,是通过改变势能进行运输的大型机械设备,如矿井提升机、过坝提升机等。提升机房是煤矿地面生产系统的重要组成部分。与井架并列为提升系统的重要建筑物。随着煤矿生产能力的提高,以往单一的提升方式已不能满足现代企业生产的需要,逐步发展到多轮、多绳的提升方式。提升钢绳的拉力也随之增大,作用在提升机基础上的拉力也越来越大。以往单绳提升机仅靠基础自重即可满足提升机的稳定要求。基础也可按构造要求做成素混凝土基础。现在大型矿井中采用的多绳提升机,则仅凭提升机部分的基础自重远远满足不了基础稳定的要求。需要扩大基础的配重或另采用其它锚固的技术措施。对提升机基础的设计提出了新的问题和新的要求,也越来越受到工程技术人员的重视。

提升机基础的受力分析

提升机钢绳拉力的确定

斗式提升机钢绳一端与提升容器箕斗或罐笼相连,另一端与提升机滚筒相连。通过支撑井架与提升机基础形成力的平衡系统。因此,提升机钢绳荷载可按井架中钢绳荷载确定,具体如下:
1)正常工作时提升机钢绳荷载(Qk)标准值:
按《矿山井架设计规范》计算。
2) 断绳时提升机钢绳荷载(Ak)标准值
对于单绳提升,其中一根钢绳上为断绳荷载,另一根为2倍正常工作荷载;
对于多绳提升,其中一侧为所有钢绳的断绳荷载,另一侧为所有钢绳的0.33倍断绳荷载。

提升机设备与基础间传力

一般设备厂家提供提升机基础的相关资料,与结构相关的有:设备力的作用点及大小、预留洞、套管、螺栓及型钢抗剪键等。

提升机

由图示知:提升机是通过螺栓受拉,型钢抗剪键受剪将水平力传递到基础上。
提升机基础从整体上看,为大块式基础。其计算模型为刚体,基础各部分之间基本没有相对变形,应力水平低,一般可不进行整体强度计算。70年代某厂红旗
牌压缩机装配式基础表面钢筋应力测定仅为70~140N/cm2 。对于体积大的混凝土基础为了防止施工混凝土水化热形成内外温差,导致温度裂缝,一般要求基础表面配置构造钢筋。但是在提升机设备与混凝土基础间的直接作用力的部分,应力集中现象明显,需要进行计算和配筋,往往设计人员容易忽略。主要为以下两个部位:螺栓垫板处基础混凝土局部承压、型钢抗剪键埋入混凝土的部分。这两个部位为提升机传力给基础的关键部位,设计中应对提升机基础的局部应力和配筋计算引起高度重视。以下分别对这两部分详细讨论。

混凝土局部承压

一般螺栓由厂家提供,要求土建专业在相应的位置埋设钢套管,提升机的螺栓上的拉力是通过螺帽对混凝土的局部承压传递到混凝土基础上。混凝土局部的受力模式类似于带端板的锚栓。在基础混凝土中沿450扩散形成一个锥形破坏面。为了避免发生脆性破坏,可加长螺栓以形成更大的锥形破坏面,或者在螺栓周边混凝土中配置受拉钢筋,使的螺栓的拉力全部或部分由受拉钢筋传递下去。此时要求受拉钢筋在锥形破坏面内和下部基础中的长度都不小于钢筋的抗拉锚固长度。
螺帽垫圈下混凝土中的局部压应力非常集中,为防止混凝土局部压碎,应对此部分混凝土配置间接钢筋加以约束,具体计算及构造要求参见《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中相关章节的要求。
厂家提供的预埋钢套管与内部螺栓之间的空隙比较大,参考预应力钢筋的锚具端头锚固的构造要求,宜在基础混凝土中设置与钢套管焊接的预埋钢垫板。钢垫板的尺寸以不大于螺栓端头的预留洞的宽度为宜。设置钢垫板的好处在于可将压应力进一步扩散,降低套管周边混凝土的应力水平。

型钢抗剪键

提升机底座前的型钢抗剪键是传递水平力的重要构件。以往大多由设备厂家提供规格尺寸。埋入基础混凝土中长度有深有浅,各不相同。土建设计时,应校核型钢截面尺寸。埋入基础型钢柱翼缘与混凝土间的承压形成的抵抗力与水平力平衡。此时如果型钢埋入基础内的长度太短,则混凝土局部承压应力加大,混凝土易压碎。加大型钢柱的埋深,则压力的分布范围扩大,混凝土局部压应力降低。
多数设计人员对此不加重视,认为有厂家提供的资料,可照抄过来即可。其实不然,埋入基础混凝土中长度太浅,在瞬间断绳荷载作用下,很可能型钢抗剪键前边的混凝土块蹦出去,型钢抗剪键起不到应有的作用,剪力转移到螺栓上,螺栓既抗拉又抗剪,发生断裂,提升机移位,酿成事故。型钢抗剪键的受力简图见图2。根据力的平衡,可得下列二式[2]:
提升机
图2型钢抗剪键简图

bf(d-x)σ-V - bf xσ= 0 ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ ¬¬¬
bf xσ(d-x) - V(H+d/2)=0
式中 bf ------ 型钢翼缘宽度
V ------ 水平力
H ------ 型钢露出长度
d ------ 型钢埋入长度
σ------ 混凝土的承压应力值
令σ=f c (f c为混凝土轴心抗压强度设计值),消去x ,则可求出型钢埋入混凝土的长度d 。

提升机基础的稳定计算

提升机通过螺栓与型钢抗剪键与混凝土基础连成一体,共同工作。提升钢绳作用力的方向按工艺要求一般为与水平线的夹角不小于500。提升钢绳的水平和竖向分力均比较大,且大致相等。提升钢绳的斜向上拉力成为基础的稳定不利因素。因此需要进行基础稳定性的计算。基础的稳定性计算又包括两方面:基础的抗倾覆和基础的抗滑移。

基础抗倾覆计算

1倾覆稳定计算中转动轴的确定
进行基础抗倾覆稳定性验算,旨在保证提升机基础不致向一侧倾倒(绕基底的某一轴转动)。建在弹性地基上的基础,由于最大受压边缘陷入土内,此时基础的转动轴将在受压最外边缘的内侧某一条线上。基底土愈弱,基础转动轴将愈接近基底中心,基础的抗倾覆的稳定性就愈低。但在设计基础时,均要求基底边缘最大压应力小于1.2倍的基底土承载力,因此基底土的塑性区的扩展范围有限。从工程设计方便考虑,仍取基础外边缘为转动轴。
基础四周土的固着作用,对抗倾覆也有一定的作用,但因力臂小,因此一般不考虑。相对而言,基础四周的土对抗滑稳定的作用更大一些。目前较常用的库伦原理导得的被动土压力计算值偏大,另外基础四周的回填土的质量也不稳定且提升机基础属于浅基础。因此稳定计算中,被动土压力一般都不考虑。

抗倾覆稳定系数的取值

断绳荷载是提升机基础的稳定性计算的控制因素。稳定系数的取值大小直接影响基础设计是否经济。对此各规范有不同稳定系数的取值,具体如下:
1)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中对挡土墙在主动土压力作用下稳定系数取值如下:抗滑移稳定系数为1.3,抗倾覆稳定系数为1.6。
2)《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85中对桥涵墩台及挡土墙的抗倾覆和抗滑移的稳定系数根据荷载组合情况分别取不同的值。具体如下:
在正常荷载组合下,其抗倾覆稳定系数为1.5,抗滑移稳定系数为1.2。
在偶然荷载(地震或船和漂浮物的撞击力)参与的情况下,其抗倾覆和抗滑移稳定系数均为1.2。
3)《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB 50077-2003中规定在地震荷载作用下的抗倾覆稳定系数为1.2。
显然对于提升机基础在断绳荷载(偶然荷载)作用下,如果仍然同正常荷载作用一样取值,显然要求过于严格,而且不经济。因此在设计中参考《公路桥涵地基与基础设计规范》的作法对稳定系数区别对待,分别取值,更为合理。另外对于提升机基础其特殊性在于断绳荷载远远大于其它类型荷载,是属于起控制作用的荷载。提升机基础平面尺寸较埋深要大,属于矮胖形浅基础,相对而言,倾覆更不易发生。
从上述规范的规定看,对基础在偶然荷载作用的稳定性要求较低,稳定安全系数取值较小,因此可以将提升机基础的抗倾覆稳定系数取值为1.2。在正常荷载作用下,则提升机基础的倾覆稳定自然满足要求。

基础抗滑移计算

基础的滑动有两种可能,一为基础克服基底面与基底土之间的摩擦力而沿基底面滑动。另一种为水平力克服土体内部的摩擦力使基础与持力层土体的一部分一起滑动。后一种情况一般不易发生,因为一般基底的容许压应力已有一定的安全系数,这就保证了基底土不致产生局部的极限平衡而达到塑性流动。因此,只进行前一种情况的抗滑动稳定验算。
在抗滑计算中有两个有利因素未考虑进去。一:室内用混凝土做的一定厚度刚性地坪对基础的抗滑作用,实际上构造合理的刚性地坪具有良好的防止基础滑动的功能。二:基础四周回填土的固着作用对基础抗滑有一定的作用。另外基础前土体对基础的被动土压力作用一般也不考虑,因为被动土压力的充分发挥经常伴随基础的滑动出现,而且目前常用的库伦原理导得的被动土压力计算值偏大。因此综合考虑,可以将抗滑安全系数降低,特别是在偶然荷载作用的情况下。
《矿山井架设计规范》GB50385-2006中规定:井架基础的抗滑移稳定系数为1.2。同时又规定:地基和基础,可不进行断绳、防坠制动荷载效应及地震作用效应组合的验算。
因此,针对提升机基础(矮胖型浅基础)在断绳荷载作用下抗滑移稳定系数取值为1.1~1.2较为合适,工程上可做到经济合理。

其他需要注意的问题

1有时为了加大基础的配重,常将减速器、电动机的基础与提升机基础连为一体。此时,存在基础的合力中心与提升机钢绳合力的投影位置有较大的偏心。在设计中应调整基础在地面以下的部分,使二者的中心尽可能接近。以便配重充分发挥,符合计算假定。
2设计中由于提升机基础平面布置受周围主体结构布置影响,不能再扩大尺寸。则可采取增加抗滑板,锚杆及抗拔桩等。来保证基础在断绳荷载下的稳定性。
3为了提高提升机基础的抗滑能力,可选择下列构造措施:
1)设置刚性地坪,基础周围的回填土分层夯填密实。
2)基础底面下换土。
3)加大基础埋置深度。
4)根据实际井架与提升机房的布置情况,可在提升机基础与井架基础间设置连接构件,形成力的平衡。

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来源:红星矿山机器网
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