Расчет тягового усилия лебедки и выбор каната

От величины тягового усилия грузового трелевочного барабана лебедки зависит объем перемещаемой пачки древесины, а следовательно и производительность канатной установки. Средний объем перемещаемой пачки

где V – объем пачки, соответствующий максимальному тяговому усилию грузового трелевочного барабана лебедки, м³; j₂ – коэффициент использования тягового усилия грузового трелевочного барабана: = 0,75-0,85.

Средний объем перемещаемой пачки зависит не только от тягового усилия лебедки, но и от среднего объема хлыста, условий формирования пачки, типа вспомогательного оборудования для прицепки древесины к грузовому канату и его соответствия условиям работы. Если j₂<0,75, то тяговое усилие грузового барабана лебедки завышено для данных условий.

Таким образом, тяговое усилие лебедки, а следовательно, и диаметр грузового каната, зависят от объема трелюемой пачки древесины, типа канатной установки и условий трелевки. Для примера рассмотрим схему трелевки древесины одномачтовой канатной установкой без несущего каната (рис. 11).

Рис. 11. Схема для расчета тягового усилия лебедки: 1 – лебедка; 2 - возвратный трелевочный канат; 3 – грузовой трелевочный канат; 4 – растяжки; 5 – направляющий блок; 6 – трелевочная мачта; 7, 8 – угловые направляющие блоки; 9 – пачка хлыстов; 10 – лесовозный ус

Как видно из схемы, тяговое усилие грузового барабана будет равно натяжению каната в точке IX. Для определения натяжения грузового каната в точке IX применим метод последовательного определения усилия в канате в характерных точках, начиная с точки, где натяжение каната будет наименьшим. При подтаскивании пачки оно будет наименьшим в точке I и расходуется на преодоление сопротивления трения в подшипниках возвратного барабана, усилия притормаживания этого барабана, сопротивления от жесткости возвратного каната при разматывании его с барабана:

где F₀ – усилие притормаживания возвратного барабана и сопротивление от жесткости возвратного каната при его разматывании: F₀ = 100…150 Н; Gв – вес возвратного барабана с канатом, Н; – коэффициент трения в цапфах возвратного барабана; — диаметр цапф возвратного барабана, м.; — диаметр возвратного барабана, м.

Натяжение возвратного каната в точке II (за направляющим блоком на мачте)

FII=F1/hб,

где – КПД блока.

Сопротивление движению возвратного каната по лесосеке на участке II—III небольшое. Поэтому полагаем, что возвратный канат перемещается по горизонтальному участку лесосеки. Тогда натяжение каната в точке III

где — коэффициент, учитывающий какая часть возвратного каната волочится по земле; для установки без несущего каната 0,7—0,75; — расстояние от трелевочной мачты до направляющих угловых блоков, м; — вес возвратного каната на погонной длине 1 м, Н; — коэффициент сопротивления движению возвратного каната по волоку.

Натяжение возвратного каната в точке IV за направляющим угловым блоком

F_IV=F_III/h_б.

Натяжение возвратного каната в точке V

где l — расстояние между угловыми направляющими блоками, м.

Натяжение возвратного каната в точке VI (за вторым угловым направляющим блоком)

F_VI=F_V/h_б.

В точке VII натяжение грузового трелевочного каната

где – вес трелюемой пачки древесины, Н.; – коэффициент сопротивления движению пачки по волоку; α — угол наклона волока; при движении пачки по волоку на спуск sina принимаем со знаком минус.

Усилие в грузовом канате будет наибольшим, когда пачка находится в конце лесосеки (у направляющего углового блока) и движется по наклонному участку волока на подъем.

На участке VII—VIII часть рабочего трелевочного каната волочится по земле и его натяжение в точке VIII (у направляющего блока на мачте)

где – коэффициент, учитывающий, какая часть грузового каната волочится по волоку; 0,7; qг – вес грузового каната на погонной длине 1 м, Н.

Наибольшее натяжение грузового каната будет в точке IX:

F_IX=F_VIII/h_б.

Натяжение грузового каната — тяговое усилие грузового трелевочного барабана лебедки, т.е. = . Таким образом,

Первые три слагаемых в этой формуле малы по сравнению с четвертым и в расчетах для практических целей ими можно пренебречь. Тогда

Диаметр каната выбирается по каталогу стальных канатов. Для этого необходимо знать разрывное усилие в канате

где — коэффициент запаса прочности, зависящий от режима работы каната.

Из рис. 11, б видно, что при достаточно большом удалении пачки от трелевочной мачты грузовой канат в процессе трелевки на некотором участке пути не касается волока и направлен под углом β к местности, а пачка полностью волочится по волоку. Обусловлено это тем, что вертикальная составляющая натяжения грузового каната в этом случае мала, чтобы приподнять передний конец пачки над волоком. Расстояние от мачты, с которого трелюемая пачка древесины начинает приподниматься над волоком, определяется по формуле