工程货运索道工作索工况计算

索道工作索工况计算

摘要：在地形复杂的山区进行输电线路工程的建设，如何确保物料的有效运输是制约工程进度的主要问题。货运架空索道是目前解决物料运输最经济、最便捷的方式之一。在索道架设的过程中，施工队往往为了赶工期而仅依靠经验架设，忽视了对工作索的工况计算和校核，为索道的安全运行带来了一定隐患。本文通过实例计算，希望能够对现场实际工作提供一些帮助。

关键词：多跨单循环索道承载索牵引索返空索

概述：本文以施工中应用较多的“多跨单循环索道”为研究对象，该型索道适用于最大载重量不超过2t，中间支架不超过7个，每跨跨度不超过600m，全长不超过3000m的远距离物料运输。本文仅针对多跨索道中最不利载荷档的单件运输展开计算。

图1、多跨单循环索道运输现场布置示意图

1-始端地锚； 2-圆木支点； 3-索道牵引机； 4-承载索； 5-返空索；6-牵引索； 7-运输货车； 8-支架； 9-滑车； 10-终端地锚

工作索工况计算：

多跨单循环索道工作索由承载索、牵引索、返空索组成。

承载索是在运输过程中承载货车及物重的钢丝绳。一般采用同向捻“6×7钢丝+1纤维芯”型钢丝绳，其公称抗拉强度按1670MPa计算，安全系数取2.7。

牵引索是牵引货车在承载索上运行的钢丝绳。一般采用同向捻“6×19钢丝+1纤维芯”型钢丝绳，公称抗拉强度仍为1670MPa，安全系数取4.5。

返空索是承载空载货车重力的钢丝绳，其材质与承载索完全相同，安全系数同样取2.7。

计算实例模型：

现有一段三跨单循环索道，如图2所示，AB段跨度为100m、高差为80m；BC段跨度为400m、高差为100m；CD段跨度为150m、高差为50m。承载索取公称直径Φ20mm的钢丝绳，牵引索取Φ10mm的钢丝绳，返空索取Φ14mm的钢丝绳。索道最大单件载重质量为600kg。其工作索基本工况计算如下。

图2 实例断面示意图

一、承载索

1、计算流程图

2、计算及校核

（1）求最大载荷时的计算载荷P计max

P max

计=

⎪⎪

⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

+

+

⨯

α

cos

2

L

q

P

P

K

max

max

max

牵

车

冲

式中：K冲——冲击系数，取1.31；P m ax——最大载荷重量，kN；

P车——货车载荷重量，kN；q牵——牵引索每米自重，kN/m；

L

m ax

——最大档跨度，m ；

α——高差角，度；

根据图2，有L

H BC

BC

tan =

α=0.25，可推导出cos α=0.97，Ф10牵引索的自

重q 牵

为3.62*10-3 kN/m,最大载重质量为600kg ，即5.88kN ，货车自重3kg ，即

0.03kN ，于是有：

kN 2.7897.024001062.33.008.851.31-3max P =⎪⎪⎭⎫

⎝⎛⨯⨯⨯++⨯=计 （2）求无载荷时最大档的水平张力T a

α

cos 8S L

q T max

max

a

承

=

式中：S 0——中央弛度比，取0.05；

Ф20承载索的自重q 承

为13.72*10-3 kN/m ，于是有：

kN 4.11497

.005.084001072.133a

T

=⨯⨯⨯⨯=-

（3）求最大载荷时最大档的水平张力T b

利用如下状态方程求解:

⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢

⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣

⎡⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--L P q L q P 3124

cos L E S q 24T cos L E S q T T T max max max 2max 3max

2

max

2

203max 2max 20b 2b 计承承计承

承

承

承承承

αα

式中： S 承——承载索截面积，cm 2

； E 承——承载索弹性模数，kN /cm 2

；

由于承载索选用公称强度为1670MPa 的钢丝绳，可知E 承=167 kN /cm 2

，Ф20钢丝绳截面积为3.14cm 2

，于是有：

⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=⎥⎦⎤

⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯------4002.78102.713400102.7132.7831247.904001674.13102.7134.114247.904001674.13102.71314.143623

26223262b 2

b T T

T

b

=24.54 kN

（4）求最大载荷时各支架支点处最大张力T max

最大载荷时，各支架支点处张力为：

T

i

∑++=

H q

P T i

2

max 2

b 承

计

式中：H i ——承载索第i 支支架支撑点到最大档低侧支架支撑点的高差，第i 支支架较最大档低侧支架高度高时取正值，反之取负值；于是有：

kN 04.2601072.1372.84.5423

221

T =⨯⨯++=- (按照本例，第1支支架即为最大档低侧支架，因此高差为0)

kN 41.271001072.1372.845.243222

T

=⨯⨯++=- 经比较，kN 1.427T T 2max ==

（5）承载索强度校核

根据公式

K T

T

max

承破

> 校核

式中：T 破——承载索额定破断拉力，

kN ； K 承——承载索安全系数，取2.7； 承载索选用公称强度1670MPa 、公称直径Ф20钢丝绳，其额定破断拉力为221kN ，于是有：

=41

.27221

8.06>2.7，强度合格。 即承载索选取Ф20钢丝绳满足各项受力要求。