Применение безопасных канатных подъемных систем
в грузовых подъемниках с направляющими
Автор: к.т.н., доцент М.И. Стукаленко (ОГАСА)
Для обеспечения безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, лифтов, подъемников и других канатных грузоподъемных машин (КГПМ) выполняется целый комплекс мероприятий, в котором наметилось отдельное направление, заключающееся в решении проблемы предотвращения аварий указанных машин при обрыве каната.
Применительно к лифтам, подъемникам, кранам-штабелерам и другим КГПМ с направляющими решение рассматриваемой проблемы заключается в использовании устройств безопасности (УБ) с ловителями, последние при обрыве каната захватывают направляющие и обеспечивают удержание на них поднимаемых кабин, клетей и других грузозахватных устройств (ГЗУ). В пассажирских, грузопассажирских лифтах и подъемниках, кранах-штабелерах включение ловителей осуществляется в случае превышения допускаемой скорости опускания ГЗУ, а в грузовых подъемниках и, следует обратить внимание, грузопассажирских шахтных (горных) подъемных установках — при обрыве подъемного каната.
Обзор источников информации и опыт эксплуатации КГПМ с направляющими свидетельствуют, что УБ с ловителями имеют существенные недостатки: громоздкость конструкции и сложность эксплуатации. Последнее наиболее существенно и заключается в необходимости специальных испытаний, постоянного контроля и соответствующих регулировок ловителей и включающего их механизма. При этом отказ одного из элементов ловителей или включающего их механизма или неправильная их регулировка приводят к отказу всего УБ, а следовательно, к аварии КГПМ, оснащенной таким УБ. Показательный пример — вызванное обрывом каната падение кабины лифта в Министерстве транспорта Украины в 2006 г. Как установила следственная комиссия, одной из причин аварии стал неправильно отрегулированный ограничитель скорости, приводящий в действие механизм включения ловителей в случае превышения допускаемой скорости опускания кабины. И это при том, что процесс проверки работоспособности ограничителя скорости довольно прост. Для этого достаточно перезакрепить канат привода ограничителя скорости в ручей приводного шкива меньшего диаметра, что позволит при номинальной скорости опускания кабины обеспечить соответствующую скорость вращения шкива ограничителя скорости.
Существенный недостаток рассматриваемых УБ также и в том, что их применение обусловливает:
-
большие динамические нагрузки в процессе удержания ГЗУ на направляющих, что приводит к увеличению металлоемкости последних и снижению надежности УБ, особенно при ловителях жесткого действия;
-
сложность замены оборванного каната, особенно в КГПМ с большой высотой подъема, при нахождении ГЗУ в среднем или близком к нему положениях. Следует отметить, что случались аварии КГПМ с направляющими в результате отказа таких УБ по самым разнообразным причинам;
-
внезапную остановку технологического процесса минимум на время замены оборванного каната.
Цель данной статьи — обосновать целесообразность применения в грузовых подъемниках с направляющими вместо УБ с ловителями безопасных канатных подъемных систем (БКПС), которые отличают простота конструкции, работы, эксплуатации и надежность, вследствие отсутствия страховочных элементов, ловителей и устройств, включающих такие системы при обрыве каната. В БКПС при обрыве одного каната ГЗУ удерживается на втором. Основополагающий принцип конструкций БКПС — наличие двух канатов и уравнительного устройства, выравнивающего длины и натяжения канатов при нормальной работе. При необходимости в уравнительном устройстве применяют амортизирующие элементы, которые в случае обрыва одного из канатов обеспечивают снижение динамических усилий в другом — удерживающем — и элементах КГПМ.
Такой принцип конструкций БКПС обусловливает существенные преимущества:
-
обеспечение минимальных динамических нагрузок в процессе удержания ГЗУ на одном канате;
-
возможность перемещения удержанного ГЗУ без замены оборванного каната, что, при необходимости, позволяет закончить выполнение соответствующих операций технологического процесса;
-
существенное упрощение процесса замены оборванного каната, так как удержанное на втором канате ГЗУ перед этим можно переместить в крайнее верхнее или нижнее положение.
Один из первых аналогов конструкций БКПС — сдвоенный полиспаст с балансиром. Применение в таком полиспасте двух канатов открывает возможность в случае обрыва одного каната удержать поднимаемый груз на втором. (Выполнены исследования в целях определения условий, при которых возможно удержание груза при обрыве одного из канатов сдвоенного полиспаста с балансиром в конкретной конструкции мостового крана грузоподъемностью 20 т при различных режимах динамического его нагружения).
Создание БКПС обусловлено решением проблемы предотвращения аварий при обрыве каната в монтажных полиспастных системах, грузоподъемных кранах и других КГПМ без направляющих. БКПС, в зависимости от типа подвеса поднимаемых ГЗУ, можно разделить на две основные группы: со сдвоенным полиспастным и канатным подвесами. БКПС со сдвоенным полиспастом, в соответствии с Международной патентной классификацией изобретений, получили название «Безопасные сдвоенные полиспасты». Они впервые нашли промышленное применение в монтажных полиспастных системах, использовавшихся для подъема очистных устройств массой 300 т на грануляционные башни высотой 102 м при строительстве первой и второй очередей производства карбамида на Одесском припортовом заводе.
О результатах применения таких монтажных систем делались доклады на научно-техническом совете (НТС) института Укрспецмонтажпроект и на бюро НТС Минмонтажспецстроя Украины. Было принято решение о целесообразности дальнейшей работы по развитию конструкций БКПС в целях расширения области их использования в монтажных системах, кранах и других КГПМ без направляющих.
Обзор источников информации свидетельствует, что к одной из первых работ теоретического обоснования возможности реализации принципа БКПС без амортизирующих элементов можно отнести исследования, выполненные в МакНИИ, по безопасности работ в горной промышленности. Решение проблемы рассматривалось применительно к грузопассажирским шахтным одноканатным подъемным установкам, в которых обязательно наличие УБ, предотвращающих аварии при обрыве каната. Такие УБ в горной промышленности имеют свою специфику и особенности, но и ряд существенных недостатков: громоздкость конструкции и сложность эксплуатации. В результате выполненных исследований сделано обоснование и даны рекомендации по обеспечению безопасной эксплуатации грузопассажирских шахтных подъемных установок без УБ при наличии в них двух подъемных канатов, запас прочности которых не менее 9.
Заслуживает внимания пример своеобразного применения БКПС с полиспастным подвесом без амортизирующих элементов в уравнительном устройстве вместо УБ с ловителями в скиповом подъемнике загрузки шихты в вагранку чугунолитейного цеха № 2 на Купянском литейном заводе.
В целях предотвращения падения скиповой тележки при обрыве каната на ней смонтировано УБ с ловителями. При обрыве каната ловители захватывают направляющие, по которым перемещается тележка со скипом (бадьей), и таким образом удерживают на них тележку. Однако при обрыве каната УБ не сработало, и тележка с груженым скипом упала, в результате аварии цех сутки не работал. В процессе ремонтно-восстановительных работ начальник конструкторского бюро цеха П.Р. Воронкин и инженер-конструктор М.Е. Ивахтин подали рационализаторское предложение, заключающееся в модернизации данного подъемника для реализации в нем БКПС вместо УБ с ловителями. Его приняли и почти без изменения конструкции подъемника реализовали.
Рисунок 1 – БКПС скипового подъемника
Полученная БКПС (рис. 1) отличалась от базовой канатной подъемной системы только тем, что один подъемный канат, концы которого закреплены на барабане 1 лебедки, между отклоняющими блоками 7 разделен на два каната 5 и 11, концы которых прикреплены к концам уравнительного штока 10, в центральной части с диском 9, по обе стороны от которого с зазорами δ на металлоконструкции подъемника закреплены упоры 8. При нормальной работе подъемника тележка 3 со скипом (на схеме не изображен) при помощи ходовых катков опирается на направляющие 2 и перемещается вдоль них. При подъеме либо опускании тележки 3 канаты 5, 11 соответственно наматываются на барабан 1 лебедки либо сматываются с него. Кроме этого, канаты огибают закрепленные на металлоконструкции подъемника в верхней его части отклоняющие блоки 6 и смонтированные на тележке 3 отклоняющие блоки 4. Необходимое для нормальной работы БКПС выравнивание длин и натяжений канатов 5, 11 осуществляется за счет перемещения уравнительного штока 10 в пределах зазоров δ между диском 9 и упорами 8.
В случае обрыва, например, каната 11, под действием усилия в канате 5 шток 10 перемещается до соприкосновения диска 9 с упором 8. После этого тележка удерживается на канате 5 , а затем, путем сматывания его с барабана 1, опускается в нижнее положение для замены оборванного каната 11.
Мотивируя тем, что канат может больше никогда и не оборвется, начальник цеха П.И. Абраменков отказал рационализаторам в выплате авторского вознаграждения. И лишь через полтора месяца, когда произошел обрыв каната и в течение часа подъемник уже нормально работал, начальник цеха дал согласие на выплату авторского вознаграждения.
В созданном на Купянском литейном заводе подъемнике для футеровки вагранок, также реализован принцип БКПС без амортизирующих элементов (рис. 2). Люлька 1 для находящегося в ней футеровщика и необходимых материалов подвешена на двух канатах 2 и 3, которые огибают отклоняющие блоки 4, закрепленные на конце стрелы, пропущенной в отверстие в верхней части вагранки. Во время подъема либо опускания люльки 1 канаты 2 и 3 соответственно наматываются на барабан 5 лебедки либо сматываются с него.
Рисунок 2 – БКПС подъемника для футеровки вагранок
При обрыве, например, каната 2 люлька 1 с футеровщиком повисает на канате 3 и наматыванием его на барабан 5 либо сматыванием с него перемещается в необходимое положение, удобное для замены оборванного каната 2.
Такой же принцип БКПС уже несколько десятков лет применяется на пассажирских подвесных канатных дорогах: для предотвращения аварии при обрыве тягового каната вместо УБ с ловителями используются два тяговых каната. Если применяется один тяговый канат, то «вагоны МППКД с одним тяговым канатом должны быть оборудованы ловителем автоматического действия, который при обрыве тягового каната захватывает несущий канат».
Выводы
Существенные недостатки УБ с ловителями обусловили применение вместо них БКПС в грузопассажирских шахтных подъемных установках, скиповых подъемниках загрузки шихты в вагранки и подъемнике для футеровки вагранок. При этом основополагающий принцип конструкций БКПС — наличие двух подъемных канатов — уже несколько десятков лет используется в некоторых пассажирских подвесных канатных дорогах, в которых вместо УБ с ловителями применяются два тяговых каната.
Для решения проблемы предотвращения аварий грузовых подъемников с направляющими при обрыве каната целесообразно использовать в них БКПС вместо УБ с ловителями.
|
