авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Удк 621.867.2 обоснование способа снижения угловых отклонений при вращатель ном движении ленты трубчатого конвейера для горных предприятий

На правах рукописи

ЕФИМОВ Максим Сергеевич УДК 621.867.2 ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ УГЛОВЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬ НОМ ДВИЖЕНИИ ЛЕНТЫ ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА ДЛЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Специальность 05.05.06 – Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Московском государственном горном университете Научный руководитель доктор технических наук, профессор Дмитриев Валерий Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Островский Михаил Сергеевич кандидат технических наук Кулагин Дмитрий Сергеевич Ведущая организация – ОАО «Объединенные машинос троительные технологии» (г. Москва)

Защита диссертации состоится 18 декабря 2008 г. в 12:00 час.

на заседании диссертационного совета Д212.128.09 при Московском гос ударс твенном горном универс итете по адрес у: 119991, Мос ква, Л енинс кий прос пект, д. 6.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета Автореферат разослан «14» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор Шешко Е.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ленточные конвейеры традиционной конс трукции широко применяются практически во всех отраслях хозяйства. Они отличаются простотой конс трукции, надежностью в работе, высокой безопасностью труда.

Многолетний опыт эксплуатации конвейеров на горнорудных и угольных предприятиях подтверждает главные дос тоинства этого вида транспорта – высокий уровень производительнос ти труда, достигаемый путём автоматизации их работы, возможность транспортирования груза на большие расстояния. Ленточные конвейеры являются одним из основных средств непрерывного транспорта на шахтах, разрезах и поверхностных комплексах.

Существенными недостатками ленточных конвейеров традиционной конструкции являются: сложность ус тановки и эксплуатации конвейера в одном ставе на криволинейных в плане трассах, что ухудшает их технико-экономические показатели;

ограничение углов наклона 18 градусами;

контакт транспортируемого груза, находящегося на ленте, непосредственно с окружающей средой, при этом происходит ее постоянное загрязнение пылящим грузом, а сам груз подвергается внешним воздействиям.

Ужесточение мер по охране окружающей среды способствует интенсивному развитию герметически закрытых способов транспортирования грузов, один из которых реализован при использовании ленточного трубчатого конвейера (ЛТК).

Основными преимущес твами ленточных трубчатых конвейеров являются:

- надежная защита окружающей среды от пыли при транспортировании насыпных грузов, а самих грузов – от внешних воздействий, что улучшает экологическую обстановку в местах эксплуатации конвейеров;

- возможность горизонтальных и вертикальных изгибов трассы конвейера, что позволяет транспортировать грузы на значительные расстояния без узлов перегрузки;

- возможность транспортирования насыпных грузов под углом до 30;

- возможность одновременного транспортирования на верхней и нижней ветвях ленты различных грузов.

На горных предприятиях конвейеры данной конструкции могут применяться на поверхностном комплексе шахт и карьеров при транспортировании пылящих сортов угля до обогатительных фабрик и ТЭЦ.

Эффективность применения ленточных трубчатых конвейеров во многом зависит от устойчивого движения ленты по прямолинейным и криволинейным в плане участкам трассы, поскольку именно на них при эксплуатации возможны значительные угловые отклонения, которые могут привести к повреждению ленты и сделать конвейер неработоспособным.

В настоящее время в технической литературе отсутствуют описания каких-либо научных исследований, посвященных изучению вращательного движения ленты трубчатого конвейера относительно его става, поэтому разработка методов определения угловых отклонений ленты и способов их снижения на грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера при ее движении по прямолинейным и криволинейным участкам является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка математической модели вращательного движения ленты и метода оценки ее угловых отклонений на грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера при движении по прямолинейным и криволинейным участкам трассы для обоснования способа их снижения до допустимой величины.

Идея работы. Снижение угловых отклонений ленты грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера при ее движении по прямолинейным и криволинейным участкам трассы достигается за счет обоснования рационального способа ее центрирования.

Научные положения и их новизна:

- математическая модель вращательного движения ленты на грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера на прямолинейных и криволинейных участках трассы, впервые учитывающая жесткость ленты на кручение, ее скорость и натяжение, тип транспортируемого груза, степень загрузки конвейера и характер взаимодействия трубообразной ленты с кольцевыми роликоопорами, использованная для определения угловых отклонений ленты при воздействии на нее возмущающих моментов различной физической природы;

- экспериментальный метод оценки напряженного состояния ленты трубчатого конвейера в поперечном направлении, выполненный на основе цифрового моделирования на ЭВМ, отличающийся возможностью установки количественной оценки неравномерности нагружения ленты по ширине в зависимости от физико механических свойств ленты и конструктивных параметров конвейера;



- метод оценки угловых отклонений ленты трубчатого конвейера на прямолинейных и криволинейных в плане учас тках трассы при воздейс твии возмущающих моментов различной физической природы, позволивший обосновать рациональный способ ее центрирования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Достоверность основных научных положений подтверждается результатами моделирования, выполненного на ЭВМ, анализом значимости и интерпретацией выявленных эффектов, возникающих при вращательном движении ленты внутри кольцевых роликоопор.

Теоретические исследования базируются на прикладном математическом анализе, теории упругости, сопротивлении материалов, прикладной механике и теории сыпучей среды.

Экспериментальные исследования выполнены путем моделирования на ЭВМ методом конечных элементов в пакете прикладных программ «ANSYS» напряженно-деформированного сос тояния ленты при неравномерном по ширине продольном нагружении с учетом ее поведения на криволинейном учас тке.

Научное значение работы состоит в том, что разработаны математические модели и выполнены исследования, позволяющие оценить угловые отклонения ленты трубчатого конвейера при ее движении по грузовой ветви линейной час ти става ЛТК и обосновать способ снижения этих отклонений.

Практическое значение работы з аключается в разработке методики расчета количества и местоположения центрирующих роликоопор, обеспечивающих снижение угловых отклонений ленты трубчатого конвейера до заданной величины.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета количества и местоположения центрирующих роликоопор, обеспечивающих снижение угловых отклонений ленты на грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера до заданной величины, а также предложения и рекомендации, позволяющие во время эксплуатации конвейера уменьшать угловые отклонения ленты на прямолинейных и криволинейных участках трассы, приняты ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» для использования при проектировании трубчатых ленточных конвейеров.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международных научно-технических симпозиумах «Неделя горняка» (МГГУ, город Москва 2006-2007 гг.), на научно практической конференции «Научное творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» (ВВЦ, город Москва, 2006 г.), на XII международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии XXI века» (МГГУ, город Москва, 2008 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы четыре научные статьи.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из наименований и включает 61 рисунок и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объектом исследования в данной работе является грузовая ветвь линейной части трубчатого конвейера, по которой движется трубообразная лента внутри кольцевых поддерживающих опор. Лента, наряду с поступательным движением вдоль става, под действием моментов различной физической природы может совершать и вращательное движение, сопровождающееся угловыми отклонениями, которые являются нежелательными, т.к. ухудшают технико-экономические показатели конвейера (рис. 1).

При выполнении работы с учетом параметров ЛТК и свойств транспортируемых грузов рассчитаны величины допустимых угловых отклонений ленты на основе современной практики конструирования и эксплуатации трубчатых конвейеров: 10 – по и 42 градуса – против часовой стрелки.

x ( x) ° (x) V 42° p Рис. 1. Модель линейной части трубчатого ленточного конвейера с указанием допустимых угловых отклонений ленты В первой главе работы выполнен обзор существующих конс трукций ЛТК и результатов теоретических исследований и прикладных методов анализа силового взаимодействия движущейся ленты с конвейерным роликом, а также проведено изучение научных работ, посвященных исследованиям контактного взаимодейс твия ленты с перекошенным относительно нее роликом.

Существенный вклад в развитие теории ленточных конвейеров традиционной конструкции внесли отечественные ученые: А.О. Спиваковский, Н.С. Поляков, Х.Г.





Аканов, А.В. Андреев, Н.Я. Биличенко, В.И. Галкин, Г.Н. Гуленко, В.Г. Дмитриев, В.К. Дьячков, П.Н. Егоров, И.В. Запенин, Р.Л. Зенков, Г.Г. Кожушко, Л.Н. Колобов, М.А. Котов, А.А. Кузнецов, Б.А. Кузнецов, В.Ф. Монастырский, С.А. Панкратов, А.А. Реутов, В.К. Смирнов, Ю.Д. Тарасов, Л.Г. Шахмейстер, Е.Е. Шешко, И.Г.

Штокман, а также зарубежные исследователи: У. Беренс, И. Бар, Х.Х. Шоммер и др.

Вопросами силового взаимодействия ленты с роликом, установленным под углом к ней, определения боковых смещений ленты и способов ее центрирования на ленточных конвейерах традиционной конструкции занимались многие отечественные ученые: В.Г. Дмитриев, И.В. Запенин, Ю.А. Подопригора, А.А. Реутов, В.К. Смирнов, В.С. Трощило, Л.Г. Шахмейстер, Ю.А. Яхонтов и др. Результаты научных исследований этих ученых явились теоретической базой для выполнения данной работы.

На основании проведенного в главе анализа результатов ранее выполненных научных работ сформулированы следующие задачи исследования:

- разработать математическую модель вращательного движения ленты на прямолинейных и криволинейных участках трассы трубчатого конвейера;

- вычислить угловые отклонения ленты и оценить влияние различных факторов на их величину;

- разработать методику и предложить конс труктивное решение, позволяющие уменьшить угловые отклонения ленты трубчатого конвейера;

Во второй главе выполнена оценка угловых отклонений ленты трубчатого конвейера на прямолинейных участках трассы при воздействии на ленту возмущающих статических моментов.

Для расчетов использовано дифференциальное уравнение вращательного движения ленты трубчатого конвейера, полученное проф. В.Г. Дмитриевым:

2 2 2 + + v + (d + h ) + + C = 0, (1) J тр + J тр 2v a tx t x x v t t 2 x 6 N i ( ) ci R2 N i ( ) w' R где a = G J к + S R 2 J тр v 2 ;

d= h= 1 ;

, k l 'p k l 'p = л + Kг, K = J г / J тр ;

x и - продольная и угловая координаты в цилиндрической сис теме координат;

J тр - полярный момент инерции трубы;

- условная плотнос ть массы ' ленты и груза;

л - плотность ленты;

г - плотность груза;

J г - полярный момент инерции сечения груза;

G - модуль упругости ленты при сдвиге;

J к - момент инерции ленты как разрезанного кольца;

S - натяжение ленты;

R - радиус трубообраз ной ленты;

v - скорость ленты;

- коэффициент диссипации;

w’ коэффициент сопротивления движению;

lp ’ - расстояние между роликоопорами;

k - коэффициент приведения сосредоточенных нагрузок к распределенным;

N i ( ) - сосредоточенная равнодейс твующая сила, дейс твующая на i-й ролик в роликоопоре;

распределенное давление груза на ролики;

ci коэффициент, учитывающий состояние контактирующих поверхнос тей «лента – ролик»;

C - жесткость системы «лента – груз» при угловых отклонениях ленты.

Уравнение (1) записано в общем виде;

коэффициенты, входящие в него, требуют исследования, аналитического и количественного определения;

кроме того, для анализа угловых отклонений ленты необходимо располагать решением данного уравнения.

В данной работе получено решение уравнения (1) для случая воздействия на ленту возмущающего момента М0 постоянного во времени и приложенного в средней части конвейера, а для количественных оценок угловых отклонений вычислены все коэффициенты указанного уравнения, которые зависят от параметров конвейера, ленты и свойств транспортируемых грузов.

При решении статических задач дифференциальное уравнение (1) приобретает вид:

d 2 d 2 g = 0, (2) dx 2 dx где v + h + d C 2 =, g=.

a a Характеристическое уравнение для уравнения (2) записано в виде:

p 2 2p g = 0, корни уравнения равны p1 = 2 + g, p2 = + 2 + g ;

они различны и действительны. В этом случае решение уравнения (1) имеет вид:

( x ) = C1 exp ( p1 x ) + C 2 exp ( p 2 x ), где С1 и С2 – произвольные постоянные.

Для правой и левой полуволн отклонений ленты решение различно из-за центрирующих и децентрирующих сил, возникающих на поддерживающих роликоопорах.

Наибольший угол отклонения ленты возникает в точке приложения статического момента x=0. С удалением от указанной точки под дейс твием центрирующих с ил угол отклонения ленты уменьшаетс я, и она принимает первоначальное положение (рис. 2).

x V Mo а) - -2 V -x б) 0 1 2 x, м -2 - Рис. 2. Характер изменения угловых отклонений ленты по длине конвейера Решение уравнения (1) позволило получить следующую зависимость для определения максимального углового отклонения ленты 0 в месте приложения момента М0 (x=0):

M 0 = = кM M 0, [( )] )( (3) 2a + + g 2 + g где кМ = 2a + 2 + g 2 + g.

С использованием выражения (3) проанализировано влияние всех ранее учтенных при составлении уравнения (1) факторов на величину угловых отклонений ленты при возмущениях в виде статических моментов М0. Для этого в работе были определены: полярный момент инерции сечения трубообразной ленты с грузом, зависящий от степени заполнения ленты конвейера (SG) и свойств груза;

сосредоточенные равнодействующие силы от распределенных сил, действующих на ролики, и силы, влияющие на ленту при перекосе роликов;

восстанавливающий момент от действия неуравновешенной части груза в зависимости от угла отклонения ленты;

жесткость системы «лента-груз»;

моменты, возникающие при повороте среднего нижнего ролика при различной степени заполнения сечения ленты грузом.

На величину угловых отклонений ленты трубчатого конвейера значительное влияние оказывает величина распределенного восстанавливающего момента от действия транспортируемого груза m():

m( ) = ( ) r( ) = S l 'p r( ), где m() – восстанавливающий момент, Нм;

() – сила, определяющая восстанавливающий момент и пропорциональная площади сечения груза S, м2);

r() – расстояние от центра тяжести площади () до вертикальной оси ZZ’, м;

S() – площадь сечения груза на ленте, м2 ;

- насыпная плотность груза, т/м3 ;

l'p – расстояние между роликоопорами, м;

На рис. 3 показана схема для определения величины восстанавливающего момента от действия транспортируемого груза при заполнении сечения ленты на 30% и угле отклонения 15.

=15° Восстанавливающий момент m() и угол Z отклонения груза являются основными параметрами, характеризующими распреде 30% ленную жесткость системы (С) – «трубообразная лента – груз»;

ее величина rj() определялась из следующего соотношения:

S() m( ) C =.

Z' () Рис. 3. Cхема для определения величины На рис. 4 представлены результаты расчета восстанавливающего момента от жесткости системы – «трубообразная лента действия транспортируемого груза груз» для лент шириной 800, 1000 и 1200 мм.

С, Н/град 1 - В= 800 мм 2 - В=1000 мм MAX 3 - В=1200 мм SG, % 100% 50% 0 75% 25% Рис. 4. Зависимость жесткости системы от степени заполнения сечения ленты конвейера Из приведенных зависимостей следует, что система достигает максимальной жесткости при заполнении сечения ленты примерно на 50-60%. Уменьшение количества груза на конвейере снижает величину самоцентрирующего момента m(), что делает данную систему более “мягкой” (т.е. существенно реагирующей на малые внешние возмущения) и способной вызвать в некоторых режимах работы конвейера значительные угловые отклонения ленты.

Сосредоточенные равнодействующие силы N(), возникающие от распределенных сил, действующих на ролики, зависят от степени заполнения сечения трубчатого конвейера грузом и его плотности. Величина моментов от поворота нижнего среднего ролика в горизонтальной плоскости при различной производительности конвейера определяется равнодействующей силой, величиной соответствующего приведенного коэффициента трения и радиусом трубообразной ленты. В табл. 1 в качестве примера показаны схемы для двух вариантов заполнения ленты транспортируемым грузом и приведены данные расчета сосредоточенных равнодействующих сил N() и моментов Mr от поворота нижнего среднего ролика (заполнение сечения ленты на 10 и 80%):

Таблица 1 – Рассчитанные величины сосредоточенных равнодейс твующих сил и моментов от поворота нижнего среднего ролика Сосредоточенные Величина момента М0 (Нм) Схема расположения груза равнодействующие от поворота ролика на 2:

силы N(), Н 1 2 N N N N1= 50, Q=10% N2= 50, R143, N3 = 51, 30 5, ° N4 = 98, 10° ° N5 = 51, N6= 50, N3 N N Продолжение табл. 1 2 N N2 N Q=80% N1= 50, N2 = 67, ° N3 = 797, 20, N4 = 370, 60° 3 6° N5 = 797, N6 = 67, N3 N N На рис. 5 приведены результаты расчета угловых отклонений ленты для трубчатого конвейера от натяжения в ленте со следующими параметрами: ширина ленты – 1000 мм;

коэффициент сопротивления движению – 0,05;

статический момент, приложенный к ленте – 300 Нм;

степень заполнения – 10, 45 и 80% площади поперечного сечения трубообразной ленты, скорость движения ленты – 3 м/с, натяжение ленты изменялось в пределах от 10 до 50 кН.

Как следует из графика, с увеличением величины натяже ния ленты угловые отклонения уменьшаются. Установлено, что хотя при изменении степени заполнения сечения ленты величина коэффициента жест Рис. 5. Зависимость угла отклонения ленты трубчатого кости С имеет максимум в конвейера () от натяжения ленты (S) определенной точке (рис. 3), угловые отклонения в этой точке не имеют минимума, т.к. одновременно с этим существенно меняются распределенные силы, действующие на ролики, и величина условной плотности, что в результате приводит к монотонному уменьшению угла отклонения.

Аналогичная зависимость угловых отклонений ленты имеет место при изменении плотности транспортируемого груза. С увеличением плотности груза с 1,0 до 2,0 т/м угловые отклонения ленты уменьшаются в среднем на 20-30%.

Скорость движения ленты практически не влияет на ее угловые отклонения при постоянной степени заполнения сечения ленты конвейера. С увеличением степени заполнения ленты грузом угловые отклонения при всех значениях исследуемого диапазона скоростей движения ленты снижаются в пределах 35%.

На рис. 6 показана зависимость величины угловых отклонений ленты от ее модуля сдвига G. Чем выше указанный модуль, тем меньше угловые отклонения ленты: так увеличение модуля сдвига ленты в 10 раз снижает ее угловые отклонения примерно на 40%.

Увеличение толщины ленты (с 10 до 18 мм) приводит к существенному росту момента инерции ее поперечного сечения Jк (с 0,01·10-5 до 0,123·10-5 м4).

Однако влияние и этого показателя на угловые Рис. 6. Зависимость угла отклонения ленты трубчатого конвейера () от модуля сдвига ленты (G) отклонения ленты невелико.

при постоянном крутящем моменте Исследование влияния расстояния между роликоопорами l 'p на угловые отклонения ленты при различной производительности конвейера показало, что увеличение также вызывает весьма незначительные увеличения углов отклонения l 'p ленты;

так, при изменении расстояния с 0,8 до 1,5 м, постоянном возмущающем l 'p моменте М0 = 300 Нм и заполнении сечения ленты на 80% угол отклонения изменился с 8,0 до 8,7 градусов.

Установлено, что значительное влияние на угловые отклонения ленты оказывает жесткость системы «лента - груз» (коэффициент C ), зависящая от степени заполнения поперечного сечения ленты конвейера (рис. 7).

Как следует из данного графика, при изменении степени заполнения сечения ленты конвейера с 80% до 10% при натяжении 30 кН увеличивается почти в два раза угол отклонения ленты. Это свидетельствует о том, что при Рис. 7. Зависимость угловых отклонений ленты эксплуатации ЛТК с малым заполнением трубчатого конвейера от жесткости системы площади поперечного сечения ленты «лента-груз» грузом необходимо обращать особое внимание на монтаж и эксплуатацию конвейера, т.к. данный режим работы требует исключения даже незначительных внешних возмущающих моментов.

В третьей главе исследованы угловые отклонения ленты трубчатого конвейера на криволинейных участках трассы.

Прежде всего показано, что на криволинейных участках трассы при равномерном по ширине ленты натяжении не возникает дополнительных вращающих ленту моментов. Такой вид распределения натяжения характерен для конвейеров небольшой длины и производительности (рис. 8, б).

Однако на наклонных конвейерах и горизонтальных конвейерах значительной длины возникает неравномерное натяжение, способное вызвать угловые отклонения ленты на криволинейных участках трассы. Это связано с тем, что на грузовой ветви таких конвейеров имеет место воздействие на ленту существенно неодинаково распределенных по ее ширине тяговых усилий из-за разного сопротивления движению отдельных роликов поддерживающих опор.

Неравномерное по ширине натяжение S в общем случае включает постоянную S0 и переменную S1 составляющие (рис. 8). На рис. 9,а представлена схема приложения переменных по ширине ленты нагрузок от отдельных роликоопор с учетом давления груза, ленты и веса вращающихся частей роликоопор. Эти нагрузки создают в ленте продольные усилия Wi=Ni·w', где w' – коэффициент сопротивления движению ленты по роликоопорам, которые преодолеваются силами натяжения Si = Wi, развиваемыми приводом (рис. 9, б). На наклонном конвейере к этим силам добавляются скатывающие силы, имеющие также S1 неравномерный характер распределения по ширине, а близкий к рассмотренному.

Для определения величины этих натяжений, S S б выполнено моделирование грузовой ветви ленты S ЛТК с применением метода конечных элементов в B пакете прикладных программ ANSYS. При этом Рис. 8. Характер изменения рассмотрены конвейерные ленты шириной 800, натяжения по ширине ленты 1000 и 1200 мм с двумя вариантами заполнения ее для длинного (а) и короткого (б) конвейеров сечения (30 и 80%);

при моделировании изменялся также угол наклона конвейера при транспортировании груза.

а) N2 N S3 S S S W N3 N5 W S W S3 S2 W W N4 S S W W б) S W S3 S2 W W S S W W S V W W2 W B Рис. 9. Силы, действующие на роликоопоры трубчатого конвейера, при пассивном давлении груза (а) и удельные натяжения ленты на единичных роликоопорах (б) Была создана модель грузовой ветви конвейера длиной 1000 м, т.е. рассчитаны и приложены к ленте неравномерные нагрузки от 1000 роликоопор. При расчете напряженно-деформированного состояния под действием такого рода нагрузок модель ленты принята в виде ортотропной оболочки, при этом для наглядности трубообразная лента разворачивалась на плоскости (рис. 9, б). При моделировании исследовано влияние на напряженно-деформированное состояние ленты таких факторов, как толщина, длина и ширина ленты, продольный и поперечный модули упругости, угол установки конвейера и плотность насыпного груза.

Анализ напряженного сос тояния ленты трубчатого конвейера, выполненный с использованием разработанной модели, показал, что из-за различных по величине сил сопротивления движению отдельных роликов, обусловленных различной нагрузкой на них, неравномернос ть натяжения ленты по ширине может дос тигать 5%, т.е. (S0 + S1 ) / S 0 ~ 1,05.

Для теоретического анализа экспериментально полученное изменение общего натяжения S и удельного натяжения s по ширине ленты в работе описано функцией:

s( ) = s0 + s1 sin, (0 2 ), (4) где s0 – постоянная составляющая удельного натяжения: s0 = S 0 2 ;

s1 - амплитуда нелинейной составляющей удельного натяжения, зависящая от типа и ширины ленты конвейера, степени его загрузки, длины и др.: s1 = S1 2.

Установленная путем моделирования неравномернос ть натяжения ленты по ее ширине была использована далее для решения задачи об угловых отклонениях ленты при движении по криволинейному участку.

Для этого с использованием уравнения (1) автором разработана математическая модель вращательного движения ленты на грузовой ветви линейной час ти става трубчатого конвейера на криволинейном участке трассы.

При изгибе трассы конвейера в горизонтальной плоскости неравномернос ть распределения продольного натяжения по ширине приводит к возникновению некоторого крутящего момента M кр и появлению соответс твующих угловых отклонений ленты кр. Это обусловливает угловые отклонения ленты, а следовательно, и отклонение соединенных внахлестку бортов ленты;

при этом при значительных угловых отклонениях возможно расхождение бортов, потеря герметичнос ти внутреннего объема, контактирование торца борта ленты с роликом и пр.

Аналитическое выражение для определения угла отклонения на криволинейном участке (рис. 10) было установлено на основании определения величины крутящего момента Mкр. Первоначально определены силы, действующие на ленту в плоскости поперечного сечения, при ее изгибе на роликоопоре на угол (рис. 10, а):

или для малых сила Fs s( ).

Fs = s ( ) sin, а) б) V Z' Fs() s R Fs MFS1 s Z' s r() Y Y' Fs R Y' s MFS Y X Fs() Z Z Рис. 10. Формирование на роликоопоре усилий Fs (а) и крутящих моментов MFSi (б) при повороте ленты в горизонтальной плоскости и ее неравномерном натяжении по ширине Затем с использованием формулы (4) получены выражения для результирующих моментов относительно оси YY':

/2 / S0 R S R Fs ( ) r ( )d = + 1, 7 1, s0 + s1 sin R cos d = M FS 1 = 2 0 S0 R S R Fs ( )r ( )d = 2,33 1, M FS 2 = 2 / откуда результирующий крутящий момент на роликоопоре M кр = M FS с учетом второй половины ленты равен:

( ) S R M FS = 2 M Fs1 + M F1 s2 = 1,26 1. (5) Таким образом, возникающий крутящий момент отклоняет ленту в противоположную сторону относительно выбранного нами положительного направления для угла.

Для дальнейшего решения задачи сосредоточенный момент M FS заменен распределенным моментом mFS = M FS кl, где к - коэффициент приведения сосредоточенной нагрузки к распределенной;

l – расстояние между роликоопорами.

Таким образом, ус тановлено, что при неравномерном натяжении по ширине ленты на криволинейном учас тке трассы возникает рас пределенный вращающий момент, зависящий от угла изгиба ленты на роликоопоре, т. е. радиуса кривизны трассы, радиуса трубообразной ленты R, вида неравномернос ти (в данном случае синусоидальная завис имос ть) и амплитуды неравномерной составляющей общего натяжения S1 (формула 5).

В этом случае дифференциальное уравнение (1), описывающее вращательное движение ленты на криволинейном участке трассы принимает вид:

d 2 d + ( v + h + d ) + c = mFS.

a (6) dx dx Далее был проанализирован характер изменения момента mFS в зависимости от угла и принятой конфигурации трассы;

для него получено следующее выражение:

mFS = ( M 0 k ) / кl.

В работе получено решение уравнения (6) и выполнена оценка угловых отклонений ленты трубчатого конвейера при прохождении криволинейных учас тков трассы на примере лент шириной 800, 1000 и 1200 мм, т.е. с диаметром трубообразных лент соответс твенно 230, 290 и 350 мм. Рассмотрены три варианта установки конвейера: горизонтальная и с углами наклона 5 и градусов. При этом поворот с тава конвейера принят равным 90, в частнос ти, с пос тоянным радиусом поворота, который был рассчитан в соответс твии с методикой, предложенной в МГГУ Кулагиным Д.С.

Для каждого вида ленты и конвейера рассчитаны результирующие моменты на роликоопорах. Установлено, что результирующий момент стремится повернуть ленту на угол, величина которого в значительной степени зависит от неравномерности натяжения по ширине ленты, с тепени загрузки конвейера и радиуса его поворота. Результаты расчета максимального угла кр для ленты max шириной 1000 мм приведены на рис. 11.

Как следует из рис. 11, кр. max, град S, kН Mкр, Нм несмотря на значительный рост В=1000 мм 500 10 1, крутящего момента Мкр, 9 0,9 400 8 0, угловые отклонения ленты 7 0, 300 6 0,6 кр_max в данном случае не 5 0, только не возрастают, но и 200 4 0, 3 0, несколько уменьшаются. Это 100 2 0,2 1 0, объясняется тем, что, град 0° 5° 10° увеличение крутящего момента 1 - максимальный угол отклонения ленты на криволинейном Мкр происходит при росте участке трассы, град.

2 - результирующий крутящий Мкр момент на роликоопоре, Нм амплитуды неравномерной 3 - натяжение ленты, kН - угол наклона конвейера составляющей, которая в свою Рис. 11. Зависимость максимального угла очередь повышается из-за отклонения ленты на криволинейном участке трассы от результирующего момента и натяжения ленты на нарастания постоянной участке поворота составляющей натяжения S0.

Пос тоянная же составляющая в соответс твии с полученным ранее решением уравнения (1) снижает угол отклонения ленты. При рассмотренном в данном примере сочетании параметров влияние S0 превалирует над влиянием Мкр.

С целью ус тановления поведения ленты трубчатого конвейера под воздейс твием рассмотренных возмущающих сил с оценкой деформаций, натяжений в элементах сис темы, а также углов отклонения выполнено моделирование движения ленты с использованием программного комплекса ANSYS.

В данном исследовании создан ряд параметрических моделей трубчатого конвейера, позволяющих с высокой точнос тью анализировать угловые отклонения ленты практически на всех учас тках трассы (рис. 12).

Рис. 12. Характер изменения углового отклонения ленты при изгибе трассы ленточного трубчатого конвейера при неравномерном (а) и равномерном (б) распределении натяжения по ширине ленты В четвертой главе обоснован способ углового центрирования ленты и предложено конструктивное решение, позволяющее достаточно просто во время эксплуатации конвейера уменьшать угловые отклонения ленты на прямолинейных и криволинейных участках трассы. Центрирование движения конвейерной ленты целесообразно осуществлять при помощи элементов самого конвейера. Такими элементами являются поддерживающие ролики, которые могут быть преобразованы в центрирующие ус тройства. Поскольку центрирующие силы, возникающие на ролике, пропорциональны весу груза, приходящегося на него, то при существующей степени загрузки ленты такими центрирующими элементами могут быть три нижних ролика. При заполнении сечения ленты грузом на 75% максимальная нагрузка приходится на два боковых нижних ролика, величина которой более чем в два раза превышает нагрузку на нижний средний ролик. При уменьшении степени заполнения сечения ленты до 50% нагрузки на боковые и нижний ролики практически равны.

Наибольший угол отклонения ленты в трубчатом конвейере возникает в случае, когда она движетс я с малой загруженнос тью (SG=10%) или вообще без груза. В этом случае нижний средний ролик осущес твляет более эффективное центрирование.

В соответствии с принятым способом центрирования предложен метод определения местоположения и количества центрирующих роликоопор, позволяющий уменьшить угловые отклонения ленты трубчатого конвейера на прямолинейных и криволинейных участках трассы до заданной величины.

Для определения величины угловых отклонений ленты использован графический метод, который позволяет наглядно представить ее поведение на криволинейном учас тке при изменении положения центрирующих роликов.

На рис. 13 показано отклонение трубообразной ленты в зависимости от регулирования центрирующими роликами с указаниями их необходимого количес тва и местоположения.

При выполнении расчетов принято, что угол отклонения ленты после центрирования не должен превышать ± 1 от ее первоначального положения.

Установлено, что для снижения углов отклонения трубообразной ленты на криволинейном учас тке трассы с радиусом, равным 100 м (всего на учас тке 140 роликоопор), необходимо изменить положение 62 центрирующих роликов, рас положенных группами на некотором расстоянии друг от друга.

8,72° 8,66° 8,59° 8,36° 7,90° 7,70° 6,63° 6,42° 4,96° 3,40° 2,38° 1,00° -56,5 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 56,5 L, м -1,00° Изменение угловых отклонений ленты при движении по криволинейному участ ку при отсутст вии центрирующих устройтв Изменение угловых отклонений ленты при применении цент рирующих роликов Участки установки центрирующих роликоопор Зона действия одного центрирующег о ролика Рис. 13. Характер изменения угловых отклонений ленты трубчатого конвейера на криволинейном участке трассы Таким образом, не прибегая к предварительным высокозатратным испытаниям, можно с достаточной точностью графическим методом обосновать последовательность настройки центрирующих устройств трубчатых конвейеров для их надежной эксплуатации на криволинейных участках трассы. На основании выполненных исследований разработана «Методика центрирования ленты трубчатого конвейера на криволинейных участках трассы», которая принята ОАО «Гипроуглемаш» к использованию при обосновании параметров ленточных конвейеров данного типа.

Заключение В результате выполненных исследований дано решение актуальной задачи по разработке метода определения угловых отклонений ленты и способа их снижения на грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера при движении ленты по прямолинейным и криволинейным участкам трассы, что позволяет снизить угловые отклонения ленты, обеспечить ее устойчивое движение, уменьшить трудоемкость работ по центрированию и эксплуатационные и энергетические затраты.

Результаты и выводы, полученные лично автором:

1. Опыт эксплуатации современных ленточных трубчатых конвейеров показывает, что наряду с поступательным движением лента может совершать и вращательное движение, которое увеличивает сопротивление движению ленты, уменьшает срок службы ее и роликов и в некоторых случаях может привести к отказу конвейера.

2. Исследование угловых отклонений ленты на прямолинейных учас тках под дейс твием статического момента позволило оценить влияние жес ткос ти ленты на кручение, ее натяжения и скорос ти движения, с тепени заполнения сечения ленты грузом, сил, возникающих при взаимодейс твии ленты с поддерживающими роликоопорами, плотнос ти груза, расстояния между роликоопорами. Так, например, для конвейера с диаметром трубы D=290 мм (шириной ленты В=1000 мм), натяжением с 10 до 50 кН и степенью заполнения поперечного сечения ленты на 30% угловые отклонения изменялись с 13,1 до 7,6 градуса, при с тепени заполнения сечения ленты на 60% - с 11,9 до 7,1 градуса.

Установлено также, что с увеличением плотнос ти транспортируемого груза с 1, до 2,0 т/м3 угловые отклонения ленты уменьшаются в среднем на 25%.

3. Восстанавливающий момент, зависящий от степени заполнения сечения ленты грузом, оказывает сущес твенное влияние на ее угловые отклонения. Так, при пос тоянном возмущающем моменте, натяжении и увеличении степени заполнения ленты конвейера с 10 до 80% угловые отклонения ленты в среднем снижаются на 45%. Установлено, что восстанавливающий момент достигает максимального значения при загрузке конвейера на 5055%.

4. Ленточные трубчатые конвейеры целесообразно эксплуатировать при некоторой минимально допустимой степени заполнения поперечного сечения ленты грузом;

так, если возможный возмущающий момент на конвейере с лентой шириной В=1000 мм и ее натяжением S=40 кН составляет 300 Нм, то степень заполнения поперечного сечения ленты грузом не должна быть менее 40%;

(при плотнос ти транспортируемого груза 1,5 т/м3 и скорости транспортирования 3 м/с).

5. Неравномерное натяжение ленты по ширине создает на криволинейных участках трассы распределенный вращающий момент, приводящий к ее нежелательным угловым отклонениям. Путем моделирования на ЭВМ установлено, что натяжение по ширине ленты трубчатого конвейера при определенных условиях эксплуатации может быть неравномерным;

неравномерность может достигать 35%.

Разработанная математическая модель вращательного движения ленты трубчатого конвейера на криволинейных в плане участках трассы позволяет определить величину ее угловых отклонений. Так, для горизонтального конвейера с лентой шириной В=1200 мм при ее среднем натяжении S=150 кН, степенью заполнения сечения ленты 80%, угле изгиба на единичной роликоопоре = 0,1 градуса угловые отклонения в средней части криволинейного участка составляют 7,4 градуса.

6. При определенном сочетании параметров ленточного трубчатого конвейера и возмущающих моментов угловые отклонения max могут превысить доп;

допус тимую величину в этом случае необходимы специальные центрирующие ус тройс тва, уменьшающие углы max.

7. Разработана методика расчета количес тва и местоположения центрирующих роликоопор, обеспечивающих снижение угловых отклонений ленты на грузовой ветви линейной части става трубчатого конвейера до заданной величины, а также сформулированы предложения и рекомендации, позволяющие во время эксплуатации конвейера уменьшать угловые отклонения ленты на прямолинейных и криволинейных участках трассы, за счет чего расширяется область применения трубчатых ленточных конвейеров и увеличивается срок службы конвейерной ленты. Методика принята ОАО «ОМТ» к ис пользованию при разработке ленточных конвейеров данного типа.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Ефимов М.С. Определение восстанавливающих моментов от действия груза при вращательном движении ленты трубчатого ленточного конвейера. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2007, - №1. С. 307 – 309.

2. Дмитриев В.Г., Ефимов М.С. Особенности движения ленты трубчатого конвейера по изогнутому в горизонтальной плоскости участку трассы. // Известия вузов. Горный журнал. – 2008, - №3. С. 99 – 102.

3. Ефимов М.С. Оценка неравномернос ти нагружения в поперечном направлении ленты трубчатого конвейера. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2008, - №6. С. 24 - 26.

4. Дмитриев В.Г., Ефимов М.С. Влияние различных факторов на угловые отклонения ленты трубчатого конвейера. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2008, - №8. С. 235 - 237.

Подписано в печать «31» октября 2008 г. Формат 60х90/ Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Типография Московского государственного горного университета.

Москва, Ленинский проспект,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.