索道運輸課程設計（1周）院 (系)： 專 業(yè)： 年 級： 學 號： 姓 名： 成 績： 指導教師： 2012年 7月 5日目錄課程設計任務書與指導書2設計說明書3計算書41.計算無荷主要參數(shù)4（1）設計計算跨的確定4（2）設計計算跨的無荷中撓系數(shù)S0M的確定4（3）各跨無荷中撓系數(shù)S0（I）及其無荷中央撓度F0(I) (m)4（4）各跨無荷索長L0（I）和全線路無荷索長L0(m)5（5）振動波往返一次所需的時間SE (I ) (s)62.計算設計荷重P(N )63.承載索設計計算7（1）初選承載索規(guī)格7（2）無荷重時最大拉力TW與下支點安裝張力TX(N)7（3）計算各跨荷重比N（I）7（4）無補正有荷最大拉力TQ（N）8（5）有補正有荷最大拉力TM（N）9（6）計算跨的無補正有荷中撓系數(shù)S11（7）計算跨的有補正有荷中撓系數(shù)S12（8）承載索的校核124.索道側型設計12（1）各跨支點的彎折角 (I)()12（2）彎折角的正切值tan (I)13（3）側型參數(shù)的校核135.懸索無荷線形f0x(I )和有荷線形fD(I )的計算（m）146.求地面變坡點與有荷懸索間的垂直距離HY（J）(m)187.集材方式方法的選擇238.工作索和絞盤機的選擇23（1）工作索選擇23（2）絞盤機所需實際功率NX的校核（kW）249.附圖1 索道側型設計30附圖2 索道索系圖（鳥覽圖）設計31施工預算書321 課程設計名稱：索道運輸2總周數(shù)：1周 學分：1學分3目的及任務、要求 目的 課程設計是索道運輸課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。通過課程設計，使學生加深理解和掌握所學理論知識，增強學生的實踐技能，正確掌握工程索道的一般原理、方法和步驟，為今后學生從事工程索道的設計、架設和管理打下堅實基礎。 任務 完成一條3跨增力式貨運索道完整的設計，具體設計內容(任務)如下： 對索道進行完整的設計計算； 確定集材方式方法； 索道側型圖設計； 索道索系圖(鳥覽圖)設計； 索道施工預算書； 編寫設計說明書。 要求 計算書和圖紙要裝訂成冊，出題每人1題，每人交1份，每份應有封面和目錄。4成績評定設計資料的完整性 20%設計文件質量 80%封面目錄設 計說明書計算書施 工預算書側型圖設 計索系圖設 計封面目錄設 計說明書計算書施 工預算書側型圖設 計索系圖設 計225533101020201010評分依據(jù)： 設計計算方法正確，內容完整； 圖形布置合理，符合索道設計要求； 說明書內容完整、清楚；5主要參考資料： 周新年架空索道理論與實踐北京：中國林業(yè)出版社，1996 中華人民共和國林業(yè)部林業(yè)架空索道設計規(guī)范(LY 1056-91)北京：中國標準出版社，1992 周新年工程索道與柔性吊橋 理論 設計 案例人民交通出版社，20082009級交通運輸專業(yè)索道運輸課程設計 試架設一條3跨(N3)單線3索增力式貨運架空索道。已知參數(shù)為跨號傾角X0(I) /()跨距L0(I) /m111.27404214.18287310.35200 試選牽引索13 6 19 NFC 1 570 B ZS(GB/T 201182006)，其單位長度重力QQ=5.93 N/m，鋼索許可破斷拉力TPq=81 500 N；承載索28 6 19 NFC 1 670 B ZZ(GB/T 201182006)，其單位長度重力QS=27.5 N/m，橫截面面積A=289.95 mm2，鋼索許可破斷拉力TP=402 000 N；鋼索彈性模量E=1105 MPa。木捆重量P1=20 000 N。 初選K1跑車：跑車輪數(shù)N0=4個，跑車自重P2=1 450 N，載物鉤重P3=100 N，鞍座處設置有托索器；初選閩林821絞盤機：額定功率為51.5 kW，絞盤機位置低于集材點73.2 m；起重牽引速度V=1.5 m/s。 初定無荷中撓系數(shù)SOM=0.035 5+學號后2位數(shù)字/10 000，各跨線形按M=10等分計算；計算跨支點位移量DL0.2 m；溫差DT10 。索道下支點坐標(0，0.5)。 地面總變坡點數(shù)S9，測量得地面變坡點坐標為跨號I變坡點數(shù)N(I)地面變坡點坐標XY(J)、YY(J) /m14(0，0)；(166，-49)；(280，20)；(404，70)；24(518.8，32)；(576.2，50)；(691，148)；33(791，100)；(891，184) 要求按拋物線(堀氏)理論對該索道進行完整的設計計算，并繪制索道縱斷面圖。 提 示 堀氏設計結果： SS(1) =2.91 SS(2) = 3.83 當S0M=0.03550.0465時，K=1.051.30 J=27.33%33.00% C=26.1220.00 N1=2.362.94滿足全部校核條件：K1.05、J=10%35%、C=2030、N12計算書1計算無荷主要參數(shù)(1) 多跨索道設計計算跨的判斷(表2-1)表21 判斷設計計算跨 /m設計計算跨LM500LM500最大跨所在跨最大弦傾角所在跨L20L20L10L10 注：LM最大跨距；L最大與最小跨距之差。判斷出設計計算跨后，對該跨的承載索的各技術參數(shù)進行設計計算?？芍畲罂缢诳鐬橛嬎憧纾吹谝豢鐬橛嬎憧?2) 設計計算跨的無荷中撓系數(shù)S0M的確定將設計計算跨視為單跨索道考慮，薦用取S0M=0.030.05，因，所以，S0=S0M。(3) 各跨無荷中撓系數(shù)S0(I)及其無荷中央撓度F0(I)(m) (1) (2)式中 lM計算跨的弦線長度(m)； l(I)各跨弦線長度(m)，； l0(I)各跨水平跨距(m)； l0-全線路水平跨距，； 0(I)各跨的弦傾角()； N跨數(shù)，I=1，2，3，N。第一跨無荷中撓系數(shù)S0(1)及其無荷中央撓度F0(1)(m)計算如下： 第二跨無荷中撓系數(shù)S0(2)及其無荷中央撓度F0(2)(m)計算如下： 第三跨無荷中撓系數(shù)S0(3)及其無荷中央撓度F0(3)(m)計算如下：(4) 各跨無荷索長L0(I)和全線路無荷索長L0(m) (3) (4)所以:第一跨無荷索長L0(1) 第二跨無荷索長L0(2) 第三跨無荷索長L0(3) 全線路無荷索長L0(m)： (5) 振動波往返一次所需的時間SE(I)(s) 所以：第一跨振動波往返一次所需的時間SE(1)(s) 第二跨振動波往返一次所需的時間SE(2)(s)第三跨振動波往返一次所需的時間SE(3)(s)2計算設計荷重P(N) (5)式中 P1、P2分別為木捆和跑車重量(N)； WQ牽引索自重(N)，鞍座上有托索器時，； L0M計算跨的無荷索長(m)； QQ牽引索單位長度重力(N/m)，其規(guī)格按GB/T 201182006選?。?G沖擊系數(shù)，。 又鞍座處設置有托索器 3承載索設計計算(1) 初選承載索規(guī)格根據(jù)設計荷重P按GB/T 201182006初選承載索規(guī)格。如庫存鋼索，則可酌情選用，而后進行計算。(2) 無荷重時最大拉力TW與下支點安裝張力TX(N) (6) (7)式中 q承載索單位長度重力(N/m)； H計算跨上支點到索道最高支點的垂直距離(m)； 0M計算跨的弦傾角()； 計算跨的無荷最大拉力(N)，。 H是計算跨上支點到索道最高支點的垂直距離(m) (3) 計算各跨荷重比N(I) (8) 計算跨的荷重比nM為 式中 W計算跨懸索自重(N)，W=qL0M。所以:第一跨荷重比N(1)如下：第二跨荷重比N(2)如下：第三跨荷重比N(3)如下： 計算跨的荷重比nM (4) 無補正有荷最大拉力TQ(N) TQ=TQ+qH (9)式中 TQ計算跨的無補正有荷最大拉力(N)，計算式為 TQ=； Hmax無補正有荷水平拉力(N)，； G有荷懸索荷重因數(shù)，計算式為； (I)線載荷在X軸上的投影，。所以：第一跨線載荷在X軸上的投影如下： 第二跨線載荷在X軸上的投影如下： 第三跨線載荷在X軸上的投影如下： 因為計算跨為第一跨，所以所以：有荷懸索荷重因數(shù)如下： 故取 S0=S0M 故取 所以：無補正有荷最大拉力TQ(N)如下: 故取(5) 有補正有荷最大拉力TM(N) (10)式中 HM有補正有荷水平拉力(N)，； H0有補正無荷的水平拉力(N)，； S0有補正無荷中撓系數(shù)，。 綜合補正系數(shù)，計算式為 ； ； ； GI無荷懸索荷重因數(shù)，GI=1； t鋼索投產(chǎn)時與安裝時的溫差，比安裝時溫度高取正值，否則取負值； 1鋼索的熱膨脹系數(shù)，一般1=1.110-5； DL計算跨上、下支點弦線方向位移量之和(m)。 ； 因為：計算跨支點位移量； ；溫差10 ；無荷懸索荷重因數(shù)， 解之得： ， 為虛數(shù)（舍去）綜上所述所以有補正有荷最大拉力TM(N)如下： 故取(6) 計算跨的無補正有荷中撓系數(shù)S (12)式中 r計算跨的中央撓度增加系數(shù)，。 (7) 計算跨的有補正有荷中撓系數(shù) (13)(8) 承載索的校核1) 承載索安全系數(shù)N1的校核 在剛安裝架設投產(chǎn)初期，懸索成無補正有荷狀態(tài)，此時的拉力大于投產(chǎn)中后期的有補正有荷狀態(tài)下拉力。因此，必須用無補正有荷最大拉力TQ校核承載索安全系數(shù)N1。 2 (14)式中 T所選鋼索鋼絲的破斷拉力。2) 校核承載索拉力與輪壓的比值C (15)式中 P設計荷重； N0跑車輪數(shù)。C值必須滿足20C30，C若不在此范圍內，就增加跑車輪數(shù)，或酌情重選鋼索，或改變設計荷重。C值必須滿足20C30；故不需要增加跑車輪數(shù)任選初定鋼索。4索道側型設計索道各跨的弦傾角的約定：弦傾角自左至右，仰角為正，俯角為負。(1) 各跨支點的彎折角(I)() (16)故第一跨弦線與第二跨弦線的彎折角(1)()如下： 第二跨弦線與第三跨弦線的彎折角(2)()如下：(2) 彎折角的正切值tan(I) Z(I) = tan(I) (17)要求Z(I)的絕對值滿足：2% |Z(I)| 8%。故第一跨與第二跨弦線的夾角即彎折角的正切值tan(1)如下： 故滿足要求 故滿足要求(3) 側型參數(shù)的校核1) 凸形線路校核彎撓角的正切值 (18)式中 CP相鄰兩跨的索道弦傾角平均值，。 要求：tan(I)必須在10%，35%范圍內。當彎撓角的正切值大于許用值時，可視具體線路情況采取以下措施：增設中間支架；降低計算跨支架高度；中間支架高度不變，將前后跨支點升高。 所以第二跨和第三跨之間為凸形線路第二跨與第三跨的索道弦傾角平均值第二跨與第三跨的索道彎撓角；即tan(I)必須在10%，35%范圍，故滿足要求。2) 凹形線路校核承載索在鞍座處的安全靠貼系數(shù)K(I) (19) 要求：K(I)1.05(集材索道)；K(I)1.2(運材索道)。當安全靠貼系數(shù)小于許用值時，根據(jù)具體線路情況采取下列措施：增設中間支架；升高中間支架或降低前后跨支點高度；增設承載索的壓索裝置。 所以第一跨和第二跨之間為凹形線路第一跨與第二跨的索道弦傾角平均值故滿足要求。5懸索無荷線形f0x(I)和有荷線形fD(I)的計算(m) (20) (21)式中 m0(I)線形系數(shù)，； k距離系數(shù)，； x各跨懸索上任意點到本跨下支點的距離； r(I)各跨撓度增加系數(shù)，。各跨線形按M=10等分計算；x等分點到本跨下支點的水平距離；第一跨每個等分水平距離因為懸索無荷線形f0x(I)為：；其中為各跨無荷中央撓度即所以按等分點計算無荷撓度(m): 同理可求得第二跨的m0(I)和k與第一跨等值，其每個等分水平距離故按等分點計算無荷撓度(m): 同理可求得第三跨的m0(I)和k也與第一跨等值，其每個等分水平距離按等分點計算無荷撓度(m): 因為各跨撓度增加系數(shù)，；其中為各跨的荷重比，即所以按等分點第一跨撓度增加系數(shù)如下：所以第一跨有荷撓度按等分點計算如下：其中同理按等分點求第二跨撓度增加系數(shù)如下： 所以第二跨有荷撓度按等分點計算如下： 同理按等分點求第三跨撓度增加系數(shù)如下： 所以第三跨有荷撓度按等分點計算如下： 6求地面變坡點與有荷懸索間的垂直距離HY(J)(m)以索道第1跨下支點(即山下起點)的地面坐標為原點建立直角坐標系，地面變坡點至索道下支點的水平距離XY(J)為正值，變坡點與索道下支點的地面點高程之差YY(J)(正負號由此而定)。J為1,2,3,S，其S為變坡點總數(shù)(包括索道起、終點在內)。則HY(J)為 (22)式中 FY(J)地面變坡點處懸索的有荷撓度(m)； XY(J)、YY(J)變坡點的X、Y坐標(m)； X(I-1)索道各支點至索道下支點的水平距離(m)； Y(I-1)索道各支點至索道下支點的地面坐標高程之差(m)。 后備高度C1(m)，即木捆最低點至地面凈空高為 C1HY(有荷懸索線形至木捆最低點高度)上述側型設計中的tan(I)或K(I)及后備高度C1不滿足要求時，除挖疑點外，不論采取何種措施，只要數(shù)據(jù)一有更動，就得重新進行設計計算。當， 時； ；索道下支點坐標(0，0.5)當， 時； ； 當， 時； ；當， 時； ；當， 時； ；索道下支點坐標(0，0.5)當， 時； ；當， 時； ；當， 時； ；索道下支點坐標(0，0.5)當， 時； ；因為第一點可以不考慮疑點，故取其他八個點中最小值為疑點，由以上計算可知：最小，故為疑點，其有荷撓度為，坐標為（691，148）后備高度C1(m)，即木捆最低點至地面凈空高為C1HY(有荷懸索線形至木捆最低點高度)；其中為跑車、捆木吊索、木捆、后備高度之和假設跑車高度為；捆木吊索高度為；木捆高度為，得7集材方式方法的選擇表22 確定集材方式方法(m)集材方式方法C10.5C14重新計算半懸伐倒木集材 全懸原木集材全懸伐倒木或原條集材HY 33 HY 77 HY 10.510.5 HY 15.5HY 15.5 注：HY為地面可疑點至有荷線形的垂直距離。根據(jù)表22和上述計算可得：集材方式方法應采用：半懸空伐倒木索道集材8工作索和絞盤機的選擇 非閉合增力式索道的工作索的最大受力產(chǎn)生在提升、運行過程中。(1) 工作索選擇1) 提升木捆時起重索的拉力T2(N) (23)式中 TQ 木捆重量產(chǎn)生的拉力(N)，Q=木捆重+載物鉤重； 起重索拉力包角，120180； Tq起重索自重附加在跑車上的分力，； h集材點到絞盤機位置高度差，絞盤機高于集材點取“+”號，反之取“_”號； qQ起重索的單位長度重力(N/m)； TR綜合阻力，繞過滑輪、貼地運行等產(chǎn)生的摩擦阻力，； W起重索自重，； f0綜合摩擦系數(shù)：當滑輪數(shù)少(7個以下)，集距較短(500 m以下)時，取0.06 0.12；當滑輪數(shù)多，集距較長時，取0.120.2； Ta慣性力，把木材視為勻速上升，。 Q=木捆重+載物鉤重 120180 因為此題牽引索起牽引和起重作用，所以起重索的單位長度重力。因為絞盤機位置低于集材點；即又為綜合摩擦系數(shù)，設其滑輪數(shù)多，集距較長時，取0.120.2故取 故取起重索安全系數(shù)N2的校核 3.5 (24)式中 TPQ起重索鋼絲的破斷拉力(N)。故滿足校核條件2) 跑車運行時牽引索的拉力T3(N) (25)式中 Ta運行慣性力，Q=木捆重+跑車重； 牽引索附加于跑車上的自重，； g重力加速度(m/s2)，g=9.81； a加速度(m/s2)：一般制動時，34 s，a=0.10.3；緊急制動時，12 s，a=0.51; Tq牽引索自重附加在跑車上的分力； TQ線路坡度及重車產(chǎn)生的拉力，； f跑車運行阻力系數(shù)，f=0.0080.012； 跑車升角，即為跑車車輪與懸索切線和水平線夾角，它與載荷P大小成正比， 與跨距l(xiāng)0成反比，。它是確定牽引力T3(或下滑 力)及索道選型的重要參數(shù)，在多跨索道中，當計算牽引索在跑車運行中的最大 拉力，應選擇索道弦傾角最大跨的跑車靠近上方支架時的升角進行分析， ；當檢查跑車能否靠自重下滑越過中間支架時， 則應選擇索道弦傾角最小跨的跑車靠近下方支架的升角來研究， 。 TR重車的綜合阻力，W=QQL0。 討論： T30，只考慮制動力；Ta0，跑車靠重力能越過中間鞍座，能自滑，不需要牽引，可設計成重力自滑索道； T30，跑車不能自滑，需要牽引； 當10時，起動時求T3，制動時求T回(只要P=0，代入(563)式求出T回)，二者取較大值校核； 當10(緩坡)時，求T3。a為加速度(m/s2)：設為緊急制動時，12 s，a=0.51;取 在多跨索道中，假設計算牽引索在跑車運行中的最大拉力，則應選擇索道弦傾角最大跨的跑車靠近上方支架時的升角進行分析，即 ；由上述條件可得：；故取由上述可得：故取 牽引索安全系數(shù)N3的校核 3.5 (26)式中 TPq牽引索鋼絲的破斷拉力(N)。3.5故滿足校核條件(2) 絞盤機所需實際功率NX的校核(kW) (27)式中 F纏繞在絞盤機主卷筒中層上的工作索的最大牽引力(N)，T2與T3中選較大值作為F； V纏繞在絞盤機主卷筒中層上的工作索的牽引速度(m/s)； 1絞盤機從發(fā)動機輸出軸至卷筒軸之間的總傳動效率，取1=0.60.7； 2內燃機高山功率降，海拔每升高1 000 m，柴油機功率降10 %；汽油機功率降15%20%。；??；設為柴油機功率降10 %，故9. 附圖1 索道側型圖設計 附圖2 索道索系圖(鳥覽圖)設計應用計算機按拋物線理論作多跨索道設計縣(市) 采育場 工區(qū) 林班 小班測 量 設 計 審核 20 年 月 日給定條件數(shù)據(jù)跨距(m)：l0(1)=404l0(2)=287l0(3)=200弦傾角()：(1)=11.27(2)=14.18(3)=10.35投產(chǎn)時與安裝時最大溫差()：DT=10索道下支點坐標：(X0，Y0)=(0，0.5)投產(chǎn)時與安裝時支點最大位移(m)：DL=0.2跨距等分數(shù)：M10無荷中撓系數(shù)：S0M= 0.0388木捆重量(N)：P1=20 000跑車重量(N)：P2=1 450跑車輪數(shù)(個)：N04載物鉤重(N)：P3=100絞盤機低于集材點(m)：h73.2牽引索規(guī)格參數(shù)單位長度重力(N/m)：QQ=5.93鋼索的鋼絲破斷拉力(N)：TPq=81 500承載索規(guī)格參數(shù)鋼絲繩28 6 19 NFC 1 670 B ZZ(GB/T 89181996)單位長度重力(N/m)：QS=27.5鋼索橫截面面積(mm2)：A=289.95 鋼索的鋼絲破斷拉力(N)：TP=402 000 鋼索的彈性模量(MPa)：E=1105 設計計算結果無荷中撓系數(shù)：S0(1)=0.0388S0(2)=0.0279S0(3)=0.0191無荷中央撓度(m)：F0(1)=15.675F0(2)=8.007F0(3)=3.820有荷中撓系數(shù)：S(1)=0.0446S(2)=0.0321S(3)=0.0219有荷中央撓度(m)：FD(1)=25.822FD(2)=13.225FD(3)=6.315無荷索長(m)：L0(1)=413.47L0(2)=296.56L0(3)=203.50振動波往返一次所需時間(s)：SE(1)=7.2SE(2)=5.1SE(3)=3.5無荷總索長(m)：L0=913.53無荷最大拉力(N)：TW=41864下支點安裝張力(N)： TX=36667無補正有荷水平拉力(N)：Hmax=146528無補正有荷最大拉力(N)：TQ=156132綜合補正系數(shù)：=1.4337有補正有荷最大拉力(N)：TM=141101承載索實際安全系數(shù)：NT=2.57承載索拉力與輪壓的比值：C=22.57彎折角()：SS(1)=2.91安全靠貼系數(shù)：KK(1)=1.23彎折角()：SS(2)=3.83彎撓角正切值(%)：J(2)=30.56第(1)跨 按等分點計算無荷撓度(m)：FF(1)FF(0.1)=5.643FF(0.2)=10.136FF(0.3)=13.167FF(0.4)=15.048FF(0.5)=15.675按等分點計算有荷撓度(m)：FD(1)FD(0.1)=14.991FD(0.2)=20.438FD(0.3)=23.578FD(0.4)=25.285FD(0.5)=25.822 第(2)跨 按等分點計算無荷撓度(m)：FF(2)FF(0.1)=2.883FF(0.2)=5.124FF(0.