I. Вводная часть Характеристика аварий на пожаро-взрывоопасных объектах

 

 

Теоретическая (конструктивная) производительность определяется формулой:

м³/час,

где - геометрическая емкость ковша, м³;; - расчетное число циклов за 1 час работы:

,

- продолжительность цикла, сек:

сек,

- время копания грунта, сек;

- время поворота на разгрузку, сек;

- время разгрузки, сек;

- время поворота в забой, сек.

Продолжительность каждого элемента цикла определяется расчетом по данным технической характеристики экскаватора и по заданным условиям работы.

Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

м³/час,

где - геометрическая емкость ковша, м³;; - действительное число циклов за 1 час работы; - коэффициент наполнения ковша грунтом (табл. 124); - коэффициент разрыхления грунта (табл. 122); - коэффициент использования машины по времени. Значения устанавливаются в зависимости от реальных условий работы;

,

где - продолжительность цикла, сек.

Обычно продолжительность цикла для определения эксплуатационной производительности принимают по таблицам, составленным на основе данных хронометражных наблюдений.

 

 

Табл. 124

 

 

Определение сопротивления грунта копанию. Сопротивление грунта копанию, касательное к траектории движения ковша, может быть определено по формуле:

кГ,

где F - площадь сечения снимаемой стружки грунта, м³;: м²;; - удельное сопротивление грунта копанию (табл. 122); - ширина режущей кромки ковша, м,

для прямой лопаты

м;

для драглайна

м;

- емкость ковша м³;,

- толщина срезаемого слоя грунта, м.

Для прямой лопаты

м,

- высота оси опорного вала, м; - коэффициент разрыхления.

Для драглайна

м,

- коэффициент соотношения между объемом призмы волочения и емкостью ковша; - коэффициент отношения пути копания к длине ковша.

Значения и зависят от категории грунта (табл. 125), - длина ковша, м:

м.

 

 

 

Кроме сопротивлений грунта резанию, возникает также сопротивление, препятствующее внедрению ковша в грунт, перпендикулярное траектории движения ковша, величина которого примерно составляет: - для драглайна; - для прямой лопаты. Меньшие значения соответствуют однородным грунтам, большие – грунтам, имеющим каменистые включения.

Определение усилий в элементах рабочего оборудования. Прямая лопата. Усилие на зубьях ковша определяется для двух положений ковша.

а) При основном расчетном положении: зубья ковша находятся на уровне напорного вала; подъемный канат вертикален; угол наклона стрелы .

б) При полном вылете рукояти зубья ковша находятся на уровне напорного вала; угол наклона стрелы .

За расчетный грунт принимаются: для легких моделей – средняя глина, кГ/см²;; для средних моделей – тяжелая глина кГ/см²;; для моделей, предназначенных к работе в особо тяжелых грунтах – каменистый грунт, кГ/см²;.

В первом расчетном положении расчет ведут при условии 100% заполнения ковша, . При втором положении коэффициент наполнения принимают , параметров стружки не определяют, а усилия на зубьях ковша принимаются пониженными по сравнению с полученными для первого расчетного положения.

Для машин малой мощности ; для машин средней мощности .

Для первого и второго положений определяют значения составляющих сопротивления грунта копанию - и (рис. 116).

 

 

 

Усилие в подъемном полиспасте - определяется при тех же расчетных положениях, при которых определялись усилия на зубьях ковша. За расчетное усилие принимается наибольшее из найденных.

Для определения усилия в подъемном полиспасте необходимо составить уравнение моментов относительно оси напорного вала:

; и

; ,

- вес ковша с грунтом, кг.

Вес ковша т. Вес грунта т,

- объемный вес грунта в разрыхленном состоянии, т/м³;, - коэффициент наполнения ковша грунтом.

Значения длин плеч рычагов определяются в результате графических построений при известных значениях длины стрелы, рукояти и ковша. Ориентировочные размеры длины стрелы и рукояти составляют:

м; м,

где - емкость ковша, м³;.

Выбранное значение усилия в подъемном полиспасте проверяют на возможность подъема груженого ковша в наивысшее положение (рис. 116, в):

= 0

 

Если значение окажется больше найденного ранее , , то увеличивают диаметр головного блока, или увеличивают длину верхней части стрелы, или дальнейший расчет ведут по .

Максимальное значение усилия в подъемном полиспасте, необходимое для выбора канатов и расчетов на прочность при одномоторном приводе возникает при заторможенном напорном механизме, когда вся мощность движения идет на создание усилия подъема.

Обычно , где - мощность подъемного механизма, - мощность двигателя. Тогда максимальное усилие

.

При многомоторном приводе

,

считая, что возникает при стопорении механизма. В среднем

.

Усилие в подъемном канате при двукратном полиспасте

,

при бесполиспастной подвеске

.

- число канатов подвески.

При расчете оборудования прямой лопаты необходимо определить активное и пассивное напорные усилия.

Активное напорное усилие , затрачиваемое на преодоление отпора грунта и составляющей подъемного усилия , определяется для трех положений рабочего оборудования (рис. 117):

 

 

1) Положение начала копания. Угол наклона стрелы 50 ÷ 60º. На систему действует вес рукояти , вес ковша , усилие подъема - (при многомоторном приводе ), определенное ранее, и реакция грунта . В начале копания

.

Из уравнения моментов относительно оси напорного вала определяют значение реакции грунта :

; .

По известным величинам , , и строят многоугольник сил и находят равнодействующую . Силу раскладывают на две составляющие, причем сила, действующая вдоль рукояти, является активным напорным усилием , а ей перпендикулярная - реакцией седлового подшипника.

2) Положение окончания копания; зубья ковша находятся на уровне напорного вала; угол наклона стрелы . Все силы в этом положении известны.

- копание окончено.

Как и в предыдущем случае, в результате графических построений определяют .

3) Положение максимального выдвижения груженого ковша при максимальном подъеме. Копания нет - ; .

Наибольшее из найденных значений , и является расчетным активным напорным усилием при определении потребной мощности.

Пассивное напорное усилие определяется для расчета тормоза напорного механизма; тормоз должен удержать от возвратного движения рукоять при продолжении подъема ковша, упирающегося зубьями в грунт. Расчетное положение изображено на рис. 117, г.

На оборудование действуют силы и ; ; и . Реакция грунта определяется из уравнения моментов относительно оси напорного вала.

Расчет механизмов на прочность производится по наибольшему из полученных напорных усилий активных или пассивного.

 

 

Драглайн. Усилие на зубьях ковша экскаватора создается за счет натяжения тягового каната и за счет веса ковша.

Решением основных уравнений статистики ; ; можно определить усилие в тяговом канате, потребный вес ковша драглайна и ординату прикрепления тяговых цепей к боковым стенкам ковша (рис. 118):

;

;

.

В этих уравнениях:

- усилие в тяговом канате, кГ; - сопротивление рунта копанию, кГ; - усилие отпора грунта, кГ; - вес ковша с грунтом, кг; а и b – координаты центра тяжести ковша, м; - ордината крепления тяговых цепей, м; - коэффициент трения ковша о грунт; - угол откоса грунта.

Предельные углы откоса зависят от плотности грунта, для тяжелых грунтов , для средних грунтов , для мягких грунтов .

Усилие в тяговом канате в конце копания обычно составляет . Усилие в подъемном канате составляет не менее от соответствующего тягового усилия.

 

Грейфер. Усилия, действующие на режущую кромку ковша, и усилия, действующие в подъемном и замыкающем полиспастах, определяются из основных уравнений статистики (рис. 119):

; ; ;

; ; ;

В этих уравнениях: - усилие на режущих кромках ковша, кГ; - вес створок грейфера, кг; - вес нижней траверсы с блоками, кг; - вес верхней траверсы с блоками и тягами, кг; - сила натяжения полиспаста, действующая на нижнюю траверсу, кГ; - сила натяжения полиспаста, действующая на верхнюю траверсу, кГ; - горизонтальная составляющая от сжатия тяги грейфера, кГ; a, h, b, c – переменные расстояния, м.

На основании опытных данных рекомендуется принимать:

; ; ; вес грейфера, кг

, Т – для легких грейферов;

, Т – для средних грейферов;

, Т - для тяжелых грейферов;

где - емкость грейфера, м ³.

Между отдельными усилиями, действующими на ковш, имеются зависимости:

; ;

где - усилие в замыкающем канате, кГ; - кратность полиспаста; - к.п.д. полиспаста;

;

кГ.

где - угол наклона тяги к вертикали;

кГ.

Выбор скоростей основных движений. Прямая лопата. Скорость на блоке ковша принимается в зависимости от емкости ковша экскаватора (табл. 126).

 

Принятая скорость напора должна быть достаточной для обеспечения выдвижения рукояти на полный вылет за время подъема ковша до уровня напорного вала ;

,

где - рабочий ход рукояти из положения начала копания в положение максимального вылета при расположении зубьев ковша на уровне оси напорного вала.

Средняя скорость возврата рукояти обычно равна:

.

Скорость подъемного каната ; - кратность подъемного полиспаста. При зависимом напорном механизме для сохранения скорости подъема ковша необходимо увеличение скорости движения подъемного каната:

.

При зависимом реечном напоре

.

При зависимом канатном напоре

,

где - скорость напора, м/сек; - диаметр напорного барабана, м; - диаметр начальной окружности шестерни, передающей усилие на рейку рукояти, м; - крайность напорного полиспаста.

Драглайн. Скорость тяги ковша драглайна выбирается в пределах: м/сек для малых драглайнов; м/сек для средних драглайнов; м/сек для крупных драглайнов.

Скорость подъема ковша м/сек.

Грейфер. Скорость движения замыкающего каната

м/сек

Определение потребных мощностей. Прямая лопата. Мощность на подъем ковша

л.с.

Мощность для напорного движения

л.с.

Драглайн. Мощность для тягового движения

л.с.

Мощность для подъема ковша

л.с.

Грейфер. Мощность для замыкания ковша

л.с.

Мощность для подъема ковша

л.с.

Значение к.п.д. передачи можно принимать .

 

 

Пример 23. Определить мощность, потребную для подъемного и напорного механизмов лопаты по следующим исходным данным:

емкость ковша экскаватора м³;; ширина ковша м; длина рукояти м; длина ковша вдоль оси рукояти м; длина стрелы м; вес рукояти кг; вес ковша кг; высота оси пяты стрелы м; напор независимый.

Решение. Основное расчетное положение рукояти – зубья ковша на уровне напорного вала; подъемный канат вертикален, угол наклона стрелы . Вес грунта в ковше при объемном весе разрыхленного грунта кГ/м³;

кГ.

Высота забоя составляет

м.

Толщина срезаемого слоя грунта при принятой высоте забоя

м.

Площадь сечения снимаемой стружки

м²;.

Сопротивление грунта копанию

кг.

При расположении шарнира рукояти в средней части стрелы (рис. 116 а) и диаметре головного блока м:

м;

м;

м;

м.

Усилие в подъемном полиспасте

кГ.

Второе расчетное положение – полный вылет рукояти (рис. 116, б) зубья ковша находятся на уровне напорного вала.

кГ.

В результате графических построений (рукоять выдвигается не полностью)

м; м; м; м.

Вес грунта в ковше

кГ.

Усилие в подъемном полиспасте

кГ.

Проверка усилия в подъемном полиспасте на возможность подъема ковша в наивысшее положение. В результате графических построений

м; м; =2,0 м.

Усилие в подъемном полиспасте

кГ.

Наибольшее расчетное значение усилия подъема кГ. Активное напорное усилие определяется для трех расчетных положений (рис. 117).

Для определения реакции грунта в начале копания графическими построениями находят м; м; м и м;

кГ.

В результате построения многоугольника сил и разложения равнодействующей на составляющие находим активное напорное усилие =4700 кГ.

Для второго расчетного положения (рис.117, б) находим:

кГ.

В результате построения многоугольника сил кГ.

Для третьего расчетного положения (рис. 117 в) в результате построения многоугольника сил кГ. Наибольшее активное напорное усилие =4700 кГ.

Для определения пассивного напорного усилия необходимо найти реакцию грунта из уравнения моментов относительно оси напорного вала:

; .

Величины плеч были найдены ранее: м; м; м; м.

кГ;

кГ.

В результате построения многоугольника сил пассивное напорное усилие получилось равным кГ. Скорость подъема ковша м/сек. Скорость напора ; м/сек.

Мощность необходимую для подъема ковша, определяем по наибольшему усилию в подъемном полиспасте. Принимаем .

л.с.

 

 

 

Пример 24. Произвести расчет по определению потребных мощностей для подтягивания и подъема ковша драглайна по следующим данным. Емкость ковша экскаватора м³;, вес ковша экскаватора кг, разрабатываемый грунт – гравий II категории, кГ/м³;, кГ/м²;, , коэффициент трения ковша о грунт , угол разрабатываемого откоса , ширина ковша м; длина ковша м; высота ковша м.

Решение. Толщина срезаемого слоя грунта при и :

м.

Сопротивление грунта копанию кГ.

Усилие отпора кГ.

Принимаем координаты центра тяжести:

мм м;

мм м.

Из трех уравнений статистики:

 

находим вес ковша с грунтом

кГ,

натяжение тягового каната

кГ,

ординату крепления тяговых цепей

м.

При скорости тяги ковша м/сек и потребная для перемещения ковша мощность:

л.с.

При подъемном усилии кГ, скорости подъема ковша м/сек и потребная мощность для подъема ковша составит

л.с.

 

 

 

 

I. Вводная часть Характеристика аварий на пожаро-взрывоопасных объектах

 

Множество разнообразных технологических процессов в промышленности основано на использовании взрывоопасных и обладающих высокой степенью возгораемости веществ.

Как известно, горение — это экзотермическая реакция окисления, сопровождаемая выделением большого количества тепла и обычно свечением. Для возникновения процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник зажигания. Горючее — это вещество, способное самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Окислителем чаще бывает кислород, иногда галогены (хлор, бром, йод). Источником зажигания может стать пламя, электрический разряд и др.

Интенсивность и продолжительность горения зависят от ряда факторов, и в первую очередь от обеспеченности процесса кислородом, количества горючего материала и его состояния. Наиболее сильное горение происходит в чистом кислороде. Содержащегося в воздухе кислорода (около 21%) вполне достаточно для интенсивного горения большинства горючих веществ. Если количество кислорода в воздухе уменьшается до 14—15%, горение прекращается [2].

Показатели, характеризующие скорость горения и степень пожаро- и взрывоопасности вещества различаются в зависимости от его агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое вещество). Для горючих газов основным показателем являются верхний и нижний концентрационные пределы воспламенения, т. е. минимальное и максимальное содержание горючего вещества в системе «горючее вещество - окислительная среда», при которой возможно распространение пламени. Горючий газ тем опаснее, чем ниже нижний предел воспламенения и шире его область.

Основной показатель пожарной опасности горючей жидкости — температура вспышки, т. е. температура, при которой над поверхностью жидкости образуются пары, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

 

Пожар

Неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для здоровья и жизни людей.

По частоте возникновения пожары занимают одно из первых мест среди чрезвычайных ситуаций антропогенного происхождения.

Пожары на крупных промышленных предприятиях и в населенных пунктах могут быть отдельными и массовыми. Отдельные пожары — это пожары в изолированных зданиях, сооружениях, постройках. Совокупность отдельных пожаров, охватывающих более 25% зданий, называют массовыми пожарами [6].

На распространение пожара в населенном пункте оказывают влияние степень огнестойкости зданий, метеорологические условия, характер местности и, особенно, расстояние между зданиями (плотность застройки). Так, например, вероятность распространения огня при расстояниях между зданиями в 90 м и более равна нулю, 30 м — 13%, 15м— 50%. В населенных пунктах с деревянными постройками при сильном ветре уже через 30—40 мин. из отдельных очагов могут возникать участки сплошных пожаров. Медленнее происходит развитие пожаров в населенных пунктах с каменными зданиями.

Особо благоприятные условия для развития пожаров могут привести к возникновению особого вида устойчивого пожара, охватывающего в городах более 90% зданий, и называемого огненным смерчем. Он характеризуется наличием восходящих потоков сильно нагретых газов, а также притоком с периферии воздушных масс с ураганной скоростью (50—100 км/ч). При таком ветре разрушаются здания, вырываются с корнями деревья и т. д.

Даже при отдельных пожарах температура в зоне горения может достигать 1000 ⁰С. В помещениях с ограниченным доступом воздуха (склады, подвалы и т. п.) температура повышается до 1200 °С, а концентрация продуктов горения достигает токсических величин. При пожарах в хорошо вентилируемых зданиях концентрация дыма и окиси углерода не представляет серьезной опасности для человека