单线循环吊椅式客运索道设计.doc

工程索道课程设计说明书

题 目： 单线循环吊椅式客运索道的设计

指导教师： 邓旻涯

2017年 6月 8日
目录
1.给定参数 1
1.1线路参数 1
1.2吊椅参数 1
2运载索计算 1
2.1 运载索初张力计算 1
2.2 确定下站从动轮处运载索张力 2
2.3 各种状态下，上站驱动轮处运载索张力计算 3
3惯性力计算 3
3.1基础资料 3
3.2线路重侧、空侧惯性力PZ、PK的计算 4
4钢丝绳安全系数验算 4
4.1运载索 4
4.2拉紧索 5
5驱动机功率确定 5
5.1当处于空上空下状态时，上行的自重作用力方 7
5.2当处于空上重相状态时，驱动机对空车的自重 7
5.3当处于重上重下状态时， 7
5.4当处于重上空下状态时 7
6线路设备选择 8
6.1钢丝绳类型的确定 8
6.2驱动机型号的选用 8
6.3拉紧装置的选择 8
6.4线路托（压）索轮的选择 9
6.5吊椅的选择 9
7运载索各跨张力的计算 9
7.1重车侧上行时各跨运载索张力（N） 9
7.2空车侧下行时各跨运载索张力（N） 10
7.3重车侧、空车侧各跨平均张力Tz和Tk 10
8拉紧装置行程计算 11
9各挠度计算 13
10．各跨悬索曲线长度计算 14
11.线线路个支架的技术参数计算 15
11.1线路各跨弯折角δ 15
11.2运载索自重引起的倾角α（º） 15
11.3运载索受支架间距内载荷作用引起的倾角γ 16
11.4运载索受运行过支架时荷载作用所引起的倾角Φ 16
11.5验算支架左侧最大爬坡角（左侧指靠下站的一侧） 16
11.6检验运载索作用于压索轮的最小向上力V（总倾角θ<0时检验此步） 16
11.7计算托索轮受到的最大向下力V 17
11.8托索轮轮数计算 17
12运载索耐久性验算 17
13.小结： 18
17 / 22

1.给定参数
1.1线路参数
全线路水平长度（m）：L0 310
全线路高度（m）：H0=110
运载索设计速度（m/s）：V=1

1.2吊椅参数
单个吊椅重力（N）：W=650 载人后单个吊椅重力（N）：W′=1850
空吊椅受风面积（m）：A= 0.4 重吊椅受风面积（m）：At=1.0
单位平面受风载荷（MPa）：P=500 单位吊架杆受风载荷（MPa）：Pt=300
吊椅间距（m）:J=15 单个吊椅自重（N）：W=650

全线路共设10跨，各跨水平距离与全线路水平长度L0 的比值分别如下：
0.04
0.13
0.14
0.12
0.1
0.09
0.14
0.13
0.08
0.03

2运载索计算
综合考虑风力的影响，空车侧、重车侧运载索单位长度负荷分别为：有课本公式得Qk=84.2N∕m,Qz=163.9N∕m
2.1 运载索初张力计算
取滑轮组倍率a=4,由选定的参数可以知道：
取G=20000 N。Tmin=20*1850=3700N
∑Ta=Ga=7.8x247.2=1928.16   
由G2／a=2x37000／4=18500 N>Tmin 满足要求
2．1．1 当重锤静止时，运载索初张力的计算
∑Ta=Ga=4G 所以重锤的质量符合要求。
2.1.2 当重锤下降时的运载索初张力的计算（取滚动轴承）
由阻力系数公式3-2：求得f=0.003523
TB1＝19132.36 TB2=19859.33
TB3=19789.37 TB4=19719.66
∑TB=39297.9 Tmin（B）=39648.95
Tmin(B)≥Tmin,故重锤符合要求。
2.1.3 当重锤上升时运载索初张力的计算
Tc1=20060 Tc2=20120.18
Tc3=20180.48 Tc4=20241.38
∑Tc=80602.04  Tmin(c)=400301.02
Tmin(c)≥Tmin,重锤符合要求,确定G=20000 N
2.2 确定下站从动轮处运载索张力
T1+T2=T； T1=T2+T2Fr=T2 (1+Fr) （3-2）
套用公式3-2可求得运载索通过从动轮的阻力系数Fr,由式3-3可求得紧边张力T1，松边拉力T2。
得Fr=0.002905 T1=39960N T2=40136N
2.3 各种状态下，上站驱动轮处运载索张力计算
2.3.1 重吊椅上行，空吊椅下行
入侧：T入1=69686.32N
出侧：T出1=62126.42N
2.3.2 空吊椅上行，重吊椅下行
入侧：T入2=73686.56N
出侧：T出2=68277.68N
2.3.3 重吊椅上行，重吊椅下行
入侧：T入3=69686.22N
出侧：T出3=68277.68N
2.3.4 空吊椅上行，空吊椅下行
入侧：T入4=T入2=73686.56N
出侧：T出4=T出1=62126.42N
3惯性力计算
惯性力计算的目的是考虑运载索安全性检验时，运载索最大张力需要考虑增加运载索的最大惯性力，即
3.1基础资料
起动、制动时的平均加速度（m/s）：a 重力加速度（m/s）：g
索道转动部分的重量（包括驱动机的转动部分、尾部拉紧装置的滑轮、线路托索轮和站内导向轮）：∑G
电动机变位重量 G1′ =(G1D12)i2/D12
联轴节变位重量 G2′ =(G2D22 )i2/ D22
式中D1、D2————电动机和联轴节各自的飞轮直径；
G1、G2————电动机和联轴节各自的飞轮自重；
i———— 电动机的传动比。
电动机和联轴节，并计及减速器的变位重量之和G3′=1.3(G1′+ G2′)
3.2线路重侧、空侧惯性力PZ、PK的计算
PZ=[ QzL0/g+0.06∑G+ G3′/g]a; PK=[QkL0/g+0.06∑G+ G3′/g]a (3-6)

4钢丝绳安全系数验算
4.1运载索
4.1.1弯曲应力бb1与张应力бk1(MPa)
бb1=δ1/E1Dq б k1=（T入1+PZ）/F1

4.1.2安全系数
纯张应力时 n1=[бb1]/ бk1≥5
综合应力时 n2=[бb1]/( бb1+бk1)≥4 (3-7)
以上式中E1——运载索的弹性模量(MPa)；
δ1——运载索表面钢丝直径（mm）；
Dq——驱动轮直径（mm）；
[бb1]——运载索的公称抗拉强度(MPa)。
4.2拉紧索
4.2.1弯曲应力бb2张应力бk2 (MPa)
Бb2 =δ2 /E2Dl б k2=Tc4/F2
4.2.2安全系数
纯张应力时 n3=[бb2]/ бk 2≥5.5
综合应力时 n4=[бb2]/( бb2+бk2)≥4 (3-8)
以上式中
F2——拉紧索的有效断面积（mm2）；
E2——拉紧弹性模量(MPa)；
δ2——拉紧索表面钢丝直径（mm）；
Dl——拉紧轮直径（mm）；
[бb2]——拉紧索的公称抗拉强度(MPa)。

5驱动机功率确定
根据各种运行状态所求的功率值，确定交流电动机型号，求出现最大功率时的运行状态。
运载索通过驱动轮阻力损失△t为
t （3-9）
式中　Ｔ——驱动轮入侧运载索张力（Ｎ）；
t——驱动轮出侧运载索张力（Ｎ）。
各种状态下Ｔ与t的计算公式，见表３－３。
表 33
运行状态
正常运行
启动
制动
T
T
T
t
T
t
重上轻下

空上重下

重上重下

空上空下

驱动轮圆周力P为
P＝T－t+△t
电动机功率
N＝KPV/η
式中 η——电动机的传动效率，常取η＝0.95；
K——备用系数，常取K＝1.2
驱动机防滑验算为
ζT/t （3-10）
式中 ζ—附着安全系数,启动或制动时ζ>1.25;
e—自然对数底;
α—驱动轮上钢索有效缠绕圈数的包角,一般α=180度;
u—钢索与驱动轮间的摩擦系数,无衬0.11-0.13,皮革衬,木衬0.16,橡皮衬,塑料衬0.20。
将种状态下的正常运行,启动制动时的T与t值一一代入式(3-9),式(3-10)计算,可得客运索道运行的最大功率和最大负功率,据此选取所需的电动机。
在运载索运行的最大功率和最大负功率，据此选取所需的电动机。
在运载索运行的4种状态中，以重上空下最不利状态，因此在确定单线循环吊椅式客运索道的电动机功率时，只需要算出重上空下状态时的电动机输出功率，其余运行状态的电动机输出功率都比重上空下运行状态小。以下在不考虑风荷载的情况下，对这一结论加以证明。
5.1当处于空上空下状态时，上行的自重作用力方
向与运行方向相反 ，电动机对上行侧的自重作用输出功率为，下行侧自重作用力方向与运行方向相同 ，电动机的输出功率为，因此电动机的输出总功率＝｜－｜。
5.2当处于空上重相状态时，驱动机对空车的自重
作用输出功率为，重车侧荷式作用力及自重方向与运行方向相同，通过运载索作用可把动力传递到驱动机，即可以加到原动机的驱动力中，设回收功率为（>）,此时电动机输出功率，所以<。
5.3当处于重上重下状态时，
上行侧载荷作用力及自重方向与运行方向相反，电动机输出功率为（）, 下行侧载荷作用力及自重方向与运行方向相同，起到动力回收作用，设回收功率为， 因此电动机输出总功率 ，所以> 。
5.4当处于重上空下状态时
上行侧载荷作用力及自重方向与运行方向相反，电动机输出功率为（>，>） ，对下行侧的自重作用输出功率为 ，因此电动机输出总功率 ，所以。
综上所述，，即处于空上重下状态时驱动机输出功率值为最小且做负功，起动力回收作用；处于重上空下状态时，驱动机输出功率值为最大，故最不利的运行状态为重上空下。

6线路设备选择
6.1钢丝绳类型的确定
通过张力计算及安全系数的验算，可确定出所需运载索和拉紧索的型号。运载索应选用6×25 FI或6×36WS等线接触的顺绕钢丝绳；在腐蚀环境中工作的运载索，应采用镀锌钢丝绳；运载所采用重锤拉紧，拉拉紧索宜采用4绳拉紧方式，并设置调节重锤的电动或手动绞车；拉紧索应选用6×25FI或8×19等线接触的顺绕钢丝绳，拉紧索导向轮的绳槽内应设耐磨衬垫。运载索、拉紧索的公称抗拉强度分别取1870MPa、1960MPa。
6.2驱动机型号的选用
一般采用单槽卧式，绳槽应设耐磨衬垫；驱动装置应设主原动机和备用原动机，主原动机应为电动机，备用原动机应为内燃机或电动机。备用原动机工作室，索道应具有与0.3—0.5m/s检修速度相近的运行速度。驱动装置应设2套不同结构的制动器，其中工作制动器设在高速轴上，安全制动器设在驱动轮上。拖牵索道和不会到转的索道，可仅设工作制动器。当空车上行、中车下行时，工作制动器的平均制动减速度，不得小于0.3m/s；当重车上行、空车下行时，工作制动器的平均制动减速度，不得大于1.5m/s。否则，工作制动器应采用制动力控制、制动力调节或分级制动的方式。群动轮直径按不小于运载索直径的100倍，祸不小于运载索表层钢丝直径的1000倍选取。
6.3拉紧装置的选择
拉紧索水平放置便于吊椅迂回，其直径选取条件与驱动轮相同；平衡锤常采用单锤悬挂式，其质量按初张力计算与验算的结果选取；拉紧索导向轮（滑轮）的直径按不小于拉紧索直径的40倍，或不小于拉紧索表层钢丝绳直径的6000倍选取。
6.4线路托（压）索轮的选择
索轮的轮槽内设耐磨衬垫，索轮直径D为运载索直径的12—15倍以上。每个有衬托索轮的允许径向载荷[P](N)为
[P]=pdD （3-11）
式中 p——耐磨衬垫的比压（MPa），p=0.2—0.5，由所选用衬垫的耐磨性确定；
D----托索轮衬垫绳槽底部的直径（mm）。
6.5吊椅的选择
吊椅的选择由吊杆或吊架的高度在最大坡度纵、横向摆动35%时，吊椅的顶篷、座椅或乘客伸出手的手部，不得接触运载索或支架的任何部位的条件确定。座椅的有效宽度，单人吊椅不得小于500mm；双人吊椅不得小于950mm；3人吊椅不得小于1380mm；4人吊椅不得小于1800mm。吊椅座面和靠背应向后倾斜。吊椅应设活动式安全扶手与踏板，安全扶手与踏板应联动，便于乘客上、下车。

7运载索各跨张力的计算
对重上空下最不利运行状态（电动机耗用功率为最大者）进行具体分析，求出线路两侧各支架处张力和各跨平均张力，为后述各步骤设计计算提供数据。
7.1重车侧上行时各跨运载索张力（N）
Tn=Tn-1+Qz△hn+QZlonf3 (n=1,2,3,…,I+1) （3-12）
T0=T1[下站紧边拉力由公式T1+T2=T；T1=T2(1+fr)计算]。
T1=T0+Q2△h1+Qzl01f3=42228.5(N);
T2=T1+Qz△h2+Qzl02f3=444097(N);
T3=T2+Qz△h3+Qzl03f3=46765.5(N)；
T4=T3+Qz△h4+Qzl04f3=49034(N);
T5=T4+Qz△h5+Qzl05f3=51302.5(N);
T6=T5+Qz△h6+Qzl06f3=53571(N);
T7=T6+Qz△h7+Qzl07f3=55839.5(N);
T8=T7+Qz△h8+Qzl08f3=58100(N);
T9=T8+Qz△h9+Qzl09f3=60376.5(N);
T10=T9+Qz△h10+Qzl10f3=62643(N);

7.2空车侧下行时各跨运载索张力（N）
tn=tn-1+Qk△hn-Qklonf3 (n=1,2,3,…,I+1) （3-13）
t0=T2[下站松边拉力由公式T1+T2=T；T1=T2(1+fr)计算]。
t1=t0+Qk△h1-Qkl01f3=41078.7(N);
t2=t1+Qk△h2-Qkl02f3=42021.4(N);
t3=t2+Qk△h3-Qkl03f3=42964.1(N);
t4=t3+Qk△h4-Qkl04f3=43906.8(N);
t5=t4+Qk△h5-Qkl05f3=44849.5(N);
t6=t5+Qk△h6-Qkl06f3=45792.2(N);
t7=t6+Qk△h7-Qkl07f3=46734.9(N);
t8=t7+Qk△h8-Qkl08f3=47677.6(N);
t9=t8+Qk△h9-Qkl09f3=48620.3(N);
t10=t9+Qk△h10-Qkl10f3=49563(N);

7.3重车侧、空车侧各跨平均张力Tz和Tk
重车侧、空车侧各跨平均张力，分别按重车侧、空车侧各跨相邻两支点张力和的平均值计算。
重车侧：T0-1=1／2(T0+T1)=41094.2(N);
同理 T1-2=1／2(T1+T2)=44497(N);
T2-3=1／2(T2+T3)=45631.2(N);
T3-4=1／2(T3+T4)=47899.7(N);
T4-5=1／2(T4+T5)=50168.2(N);
T5-6=1／2(T5+T6)=52436.7(N);
T6-7=1／2(T6+T7)=54705.2(N);
T7-8=1／2(T7+T8)=56969.7(N);
T8-9=1／2(T8+T9)=59238(N);
T9-10=1／2(T9+T10)=61509.5(N);
所以 Tz=53570.9(N)。

空车侧：T0-1=1／2(T0+T1)=40198.6(N);
T1-2=1／2(T1+T2)=41550.1(N);
T2-3=1／2(T2+T3)=42492.7(N);
T3-4=1／2(T3+T4)=43927.6(N);
T4-5=1／2(T4+T5)=44378.1(N);
T5-6=1／2(T5+T6)=45320.3(N);
T6-7=1／2(T6+T7)=46310.2(N);
T7-8=1／2(T7+T8)=47679.4(N);
T8-9=1／2(T8+T9)=48237.5(N);
T9-10=1／2(T9+T10)=49013.4(N);
所以 Tk=44861.9(N)。

8拉紧装置行程计算
通过计算行程，可确定拉紧装置的重锤距地面高度和支持重锤的导向轮之间的活动范围，以避免重锤触地或者碰撞导向轮，失去其平稳拉紧的作用。
∑△S=△ST+△S+△St+△S （3-14）
负荷变化而产生的运载索长度的变化△ST
△ST=(-)=0.120 （3-15）
式中——重锤下降时拉紧边的平均张力（N）；
——重锤上升时拉紧边的平均张力（N）；
——各跨弦倾角（°）。
当重锤下降时，运载索的重侧下行、空侧上行，即下行侧为拉紧边；当重锤上升时，运载索的重侧上行、空侧下行，即上行侧为拉紧边。在运载索计算中可求得，重锤下降（下行）和重锤上升（上行）时的下站运载索拉紧边的张力分别为、，有公式得：
+=；=+=(1+) （3-16）
得出：
==39490.7(N), = (1+)=39589.4(N) （3-17）
同理：
+=；=+=(1+)
==40411.6(N),= (1+)=40512.6(N)
又上站运载索的拉紧边的张力可以通过下式计算
=+Qz+Qz(=1,2) （3-18）
得出：=54720.0(N),=55643.2(N)
又=，= （3-19）
运载索弹性伸长所引起的长度变化为
==0.00535 （3-20）
温度变化引起的运载索长度变化为
==0.00535 （3-21）
式中 ——运载索的膨胀系数，为0.000011;
——运载索投产时与安装时的温差，比安装时的温度高取正值，反之取负值。
运载索残余伸长长度为
==0.27 (0.0008—0.0001) （3-22）
综上所述，
=+=3.395
9各挠度计算
重侧各跨度最大挠度
=f自大+f集大
f自大= = f集大= =
q=
索道出现故障后，要把乘客从吊椅上营救下来。此时，操作手动绞车，将拉紧重锤提起，直到乘客悬空为止。
空车侧各最大挠度 （3-24）
（3-25）

对m将数据代入得：
1，3，4，3，3，
3，4，3，3，1
再代入可得各跨在重侧的最大挠度分别为：
0.00857，0.4876，0.5187，0.40366
0.2124，0.12801，0.5187，0.48746
0.0955，0.004822
空车侧各跨最大挠度：
)
则各跨在空车侧最大挠度分别为：
，
，
，
，
，

10．各跨悬索曲线长度计算
重车侧各跨悬索曲线长度S（m）
（3-26）
其中，
式中——各跨弦长（m）；
q——均布载荷（N/m），。
空车侧各跨悬线曲线长度
（3-27）
其中，
代入各跨的相关数值，可将重车侧和空车侧各跨悬索曲线长度求出。

11.线线路个支架的技术参数计算
凸（凹）形指点用来托（压）索轮承托（压），而后再由支架支撑。为保证固定抱索器及吊椅平稳通过各支架，尤其是凸形支点为避免发生漂浮现象，力求安全靠贴。
11.1线路各跨弯折角δ
δ=βz —βy (3-28)
根据索道侧形图，从左到右，索道的玄倾角是仰角时为正值，俯角时为负值，代入式（3-28）
计算。 当δ＜0时，线路为凹形;当δ＞0时，线路为凸形。
11.2运载索自重引起的倾角α（º）
αz=arcsin(Q1Lon左)； （3-29）
11.3运载索受支架间距内载荷作用引起的倾角γ
按重车侧计算
γ左=arcsin(Wz/Tz)τ左； γ右=arcsin(Wz/Tz)τ右 （3-30）
各跨τ值的计算式为τ=（m-1）（1-0.5mJcosβn／Lon）
式中m—各跨最多容许吊椅个数（取整），
m=1+Lon／Jcosβn （3-31）
11.4运载索受运行过支架时荷载作用所引起的倾角Φ
Φ=arcsinWz／Tz （3-32）
式（3-29）。（3-30）。（3-32）中，当支架采用压缩轮时，重车侧各跨平均张力Tz应考虑张力减少10%计算（避免凹形支点发生飘起现象）；当支架采用托式索轮时。重车侧各跨平均张力Tz按原值计算。
11.5验算支架左侧最大爬坡角（左侧指靠下站的一侧）
β总=β左+α左+γ左+φ （3-33）
运载索重车侧在支架上的倾角不得大于110%。
11.6检验运载索作用于压索轮的最小向上力V（总倾角θ<0时检验此步）
θ=δ+α+α+γ+γ+φ （3-34）
V=Tsinθ （3-35）
此时，T不考虑张力减少。运载索在每个托索式支架上的靠贴力，不得小于该支架两相邻跨距之和的10倍，当相邻跨距之和小于200m时，靠贴力不得小于2000N，并以此来验算V是否符合要求。
11.7计算托索轮受到的最大向下力V
T不考虑张力减少，代入上面式子。当θ<0时，最小向心力V=T|sinθ|，则采用压索轮；当θ>0时，最大向心力V=T|sinθ|，用托索轮。
11.8托索轮轮数计算
索轮轮数按V与[P]的比值向上圆整取偶数，并应符合每个托索轮上的允许平均折算角（总倾角θ除以轮数N），在任何情况下不得大于4。.有时考虑到要安装其他装置，可以适当增加轮数。

12运载索耐久性验算
当运载索处于工作状态时，一方面由于张力的作用，运载索内部产生拉应力；另一方面由于索轮对运行中的运载索横向力的作用，使运载索弯曲而产生弯曲应力。故要求运载索具有很高的抗拉强度，以及抵抗冲击和横向压力的能力，并要对运载索的耐久性进行校核。通常用运载索的最大拉力与单个托（压）索轮应承受的设计荷重的比值来衡量，即
(n=1，2，……，I+1) （3-36）
式中 ——重车侧运载索在各支架上的张力。
值推荐范围为20~30。若算出的值不满足要求时，可酌情重选运载索规格，或改变设计重荷，或重选轮数较多的托（压）索轮等重新计算。
（n=1，2，……，10）
由于，……相差不大，取他们的平均值得

虽然 20<=21.01<30 故认为载运索的耐久性符合要求。
13.小结：
1，客运索道线路的选择必须考虑总的地形，索道中心线的水平投影力求平直。
2，在实际设计中，确定单线循环吊椅式客运索道的电动机功率，只需算出重上空下状态时的电动机输出功率，并以此依据选择所需的电动机。
3，线路设备的选择应在确保安全可靠的情况下，兼顾经济效益。
4，应保证抱索器及吊椅平稳通过各支架，确保凹形支点不发生漂浮现象，安全靠贴。
5，运载索要进行安全性与耐久性验算，拉紧索只需进行安全性检验。
最后，感谢小组成员每个人辛勤的付出，大家的努力是我们完成课程设计的动力。还要感谢老师为我们准备的材料，对我们的设计起到了不可或缺的指导作用，做课程设计这段时间，将成为我们每个人一生中最宝贵的回忆。