Обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Дьяченко, Антон Вячеславович

• Дьяченко, Антон Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дьяченко, Антон Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ.

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Существующие теории и прикладные методы анализа пластического деформирования сыпучей среды.

1.2. Современное состояние исследований напряженного состояния насыпного груза на желобчатой конвейерной ленте.

1.3 Математические модели формирования поперечного сечения конвейерной ленты повышенной желобчатости

1.4. Постановка задач исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКОГО

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СЫПУЧЕГО ГРУЗА ПРИ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ОБЖАТИЯ

КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТОЙ.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Кинематика процесса сворачивания ленты в трубу и граничные условия НДС груза.

2.3 Анализ напряженно-деформированного состояния груза и определение давления на ленту.

2.4 Сопоставление разработанной модели напряженно-деформированного состояния груза с другими моделями.

I* 2.5. Выводы по главе. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СЫПУЧЕГО ГРУЗА ПРИ ПОВЫШЕННОЙ СТЕПЕНИ ОБЖАТИЯ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТОЙ.

3.1 Описание экспериментальной установки.

3.2 Методика проведения экспериментального исследования.

3.3 Анализ результатов экспериментального исследования

3.4. Выводы по главе.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ЛЕНТУ И ОПОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТРУБЧАТОГО ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА НА УЧАСТКЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЖЕЛОБА.

4.1.Анализ объемного напряженного состояния груза на участке формирования желоба конвейера.

4.2. Расчетная модель формирования нагрузок на опорные элементы fr трубчатого ленточного конвейера на участке формирования желоба.

4.3. Определение нагрузок на опорные элементы трубчатого ленточного конвейера на участке формирования желоба.

4.3.1 Определение нагрузок на ролики переходных роликоопор.

4.3.2 Определение нагрузок на ролики кольцевой роликоопоры участка формирования желоба ленты.

4.4 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера»

Актуальность. Одной из характерной тенденцией развития транспорта на горных предприятиях в течении уже многих лет является расширение области применения ленточных конвейеров — вида транспорта, отличающегося технологичностью при изготовлении и эксплуатации, соответствующего требованиям ритмичности производственных процессов, полной автоматизации, а также современным экологическим требованиям. Полная конвейеризация горного транспорта сдерживается неспособностью традиционных конструкций работать в некоторых сложных горно-технических условиях (стесненность, криволиней-ность трасс, значительные углы уклона). Эти сложности, в частности, имеют место при прокладывании трасс транспортирования по пересеченной местности при транспортировании полезных ископаемых от места их добычи к обогатительным и перерабатывающим предприятиям, при проведении транспортных выработок по гипсометрии пласта, при подъеме горной массы по наклонным стволам и т.д.

В связи с этим в России и за рубежом ведется интенсивная работа по созданию ленточных конвейеров с более сложной геометрией трассы и конструкцией грузонесущих элементов: в частности с лентой глубокой желобчатости, с прижимной лентой, с лентой в форме трубы, допускающей изгиб в горизонтальной плоскости. Такие конструкции имеют ряд преимуществ перед обычными конвейерами:

- возможность устройства криволинейных пространственных трасс, что позволяет огибать различные препятствия, обходясь без пунктов перегрузки;

- возможность транспортирования сыпучих грузов под большими углами уклона, за счет дополнительного радиального давления ленты на заключенный в ней груз;

- исключаются полностью или частично (в конвейерах с не полностью закрытой в поперечном сечении лентой) просыпи и пылеобразование, что не допускает скопление груза под лентой, защищает окружающую среду от негативного воздействия пылящих, ядовитых, коррозирующих и тому подобных грузов, а также улучшает условия труда персонала;

- груз полностью или частично защищен от природных факторов (ветра или осадков);

- возможность транспортирования липких материалов ввиду отсутствия контакта «грязной» поверхности ленты с опорными и какими-либо другими элементами конвейера.

Работы в этом направлении ведутся с 1970-х годов. К тому времени в большинстве стран мира были значительно ужесточены меры по охране окружающей среды, что способствовало интенсивному развитию закрытых технологий транспортирования грузов.

Из всего многообразия конструкций наиболее жизнеспособными оказались трубчатые конвейеры и конвейеры с подвесной лентой. Последние по конструкции опорных элементов делятся на два вида. Первый вид - это конвейеры, лента которых на участке транспортирования имеет полностью замкнутое поперечное сечение в форме мешка. Боковые кромки ленты имеют треугольные утолщения, которые прижаты встречно расположенными друг к другу роликами конвейерного става и образуют V-образный опорно-направляющий элемент (профиль), движущийся по этим роликам. С одной стороны, так как утолщения выполнены из резины, направляющий профиль достаточно гибок для того, чтобы позволять искривление трассы конвейера, с другой стороны, эти утолщения имеют площадь поперечного сечения, достаточную для обеспечения необходимой жесткости направляющего профиля в пролетах между роликоопорами. Эти конвейерные системы получили большое распространение за рубежом и среди них выделились две наиболее распространенные концепции: Enerka-Becker system (EBS) и Sicon system [94]. Они отличаются друг от друга конструкцией привода и ленты. Конвейеры EBS имеют многоточечный привод и, как следствие, тканевый одинаковый по всей ширине ленты тяговый каркас, рассчитанный на небольшие натяжения. Грузонесущая часть ленты и направляющий профиль изготовлены как единое целое.

Конвейеры типа Sicon имеют один приводной блок в конце трассы. Боковые утолщения привулканизированы к основной части ленты и имеют внутри стальные тяговые тросы. Грузонесущая часть ленты, внутри которой заключен груз, не имеет тягового каркаса.

Конвейеры с подвесной лентой замкнутого сечения имеют наименьший, из выше перечисленных конструкций, радиус поворота в горизонтальной плоскости и способны транспортировать груз под углом до 35°. Однако, ввиду вытянутой формы грузонесущего сечения, требуют большей ширины ленты, по сравнению с конвейерами других конструкций той же производительности. Кроме того, податливость резинового направляющего профиля приводит к его провисанию между роликоопорами в продольном направлении и заклиниванию между роликами в поперечном направлении. Поэтому несущая способность такого опорного элемента невысока. Из-за этих двух недостатков данные конструкции применяются только для конвейеров небольших размеров и производительности - в основном для транспортирования мелкозернистых и порошковых грузов в химической и перерабатывающей промышленности.

Второй вид конвейеров с подвесной лентой является фактически гибридом ленточного конвейера и рельсового транспорта. Одна из конструкций такого типа создана в инженерно-производственном центре «Конвейер», г. Брянск. К бортам размещенной на приводном и концевом барабанах ленты с помощью кронштейнов прикреплены опорные ролики, обечайка которых имеет вогнутую поверхность. По обе стороны конвейера расположены опорные трубы, на которых с помощью кронштейнов установлены контактирующие с роликами направляющие элементы, выполненные в виде замкнутых, вытянутых вдоль конвейера труб, расстояние между которыми выбрано таким, чтобы обеспечить требуемую желобчатость ленты на все длине конвейера. При этом вблизи барабанов направляющие элементы имеют отгибы в горизонтальной плоскости, позволяющие ленте в местах ее взаимодействия с барабанами принять плоскую форму. Эти конвейеры имеют наименьшую энергоемкость транспортирования ввиду низкого сопротивления качению металлических роликов по металлическим направляющим и отсутствия «шевеления» груза, которое имеет место в обычных конвейерах при прохождении роликоопор. Однако на пути массового внедрения таких конструкций стоят несколько серьезных, пока неразрешенных проблем: высокая концентрация напряжений в ленте в местах крепления к ней кронштейнов роликов; массивность роликов с кронштейнами и, как следствие, возникновение значительных сил инерции при огибании барабанов, отрывающих ролики от направляющих и кромки ленты от барабанов; в данной конструкции не обеспечивается достаточная устойчивость движения роликовых опор по направляющим и наблюдается их заклинивание.

Одной из самых удачных конструкций, обладающей выше приведенными преимуществами, является трубчатый конвейер, в котором лента после загрузки на нее груза сворачивается в трубу с поперечным сечением, близким к круговому, а на участке разгрузки вновь раскрывается. Длина участков загрузки и разгрузки равна 30 диаметрам трубы. Трубчатая форма ленты на участке транспортирования обеспечивается жестким охватывающим ленту с грузом ставом. Как правило, это набор, расположенных с определенным шагом, шестиро-ликовых круговых опор. Боковые кромки ленты накладываются одна на другую внахлест и благодаря упругости ленты плотно прижаты друг к другу. Конструкция ленты трубчатого конвейера имеет свои особенности. Она должна позволять принимать ленте трубчатую форму, обеспечивать герметичность соединения кромок, борта ленты, вследствие их перенатяжения, должны иметь повышенную прочность. Способность принимать трубчатую форму достигается двумя основными способами: либо изготовлением ленты первоначально трубчатой формы, с последующим ее разрезанием вдоль; либо изготовлением ленты с переменной по ширине изгибной жесткостью. Первый способ не получил большого распространения, ввиду сложности изготовления трубчатой ленты большого диаметра. Переменная по ширине изгибная жесткость в резинотканевых лентах достигается ступенчатым изменением количества прокладок (вблизи кромок количество прокладок меньше и лента имеет большую гибкость), в резинотросо-вых - изменением диаметра тросов и шага между ними (вблизи кромок, вследствие больших натяжений, диаметры тросов больше, а шаг между ними, для обеспечения больше гибкости, увеличен).

Трубчатые конвейеры могут преодолевать горизонтальные и вертикальные криволинейные участки радиусом от 300-кратного диаметра трубы и подъемы до 30°. Трубчатая форма ленты обеспечивает меньшее ее провисание между роликоопорами, что уменьшает сопротивление движению ленты с грузом, позволяет увеличить скорость ее движения и снижает измельчение груза. Сход ленты с трассы принципиально невозможен. При применении специального механизма переворота ленты, возможно транспортирование материала по нижней ветви в противоположном направлении. Например, транспортирование угля от шахты к ТЭЦ по верхней ветви и одновременное транспортирование золы с ТЭЦ для заполнения выработанного пространства шахты в обратном направлении по нижней ветви.

Трубчатые конвейеры имеют и ряд недостатков. Во избежание раскрытия ленты, ее перенатяжения или гофрообразования на поворотах, а также с целью снижения усилий возникающих при сворачивании ленты с грузом в трубу, ее поперечное сечение заполняется грузом, как правило, не более чем на 75%. В связи с этим для конвейера той же производительности требуется на 50% большая ширина ленты, по сравнению с конвейерами традиционной конструкции. Максимальная крупность кусков транспортируемого материала может достигать 1/3 диаметра трубы, однако увеличение кусковатости груза требует снижения коэффициента заполнения. Перегруз, попадание негабарита или неравномерное поступление материала может вывести конвейер из строя. Кроме того, у трубчатых конвейеров существует проблема вращения ленты относительно продольной оси. Это приводит к необходимости установки специальных средств контроля и управления и устройства промежуточных накопителей материала. Невозможность дополнительной подачи материала на промежуточных участках конвейерной линии также является недостатком.

Однако с развитием электроники проблемы автоматического контроля и управления в трубчатых конвейерах находят решения, и, по совокупности своих преимуществ и недостатков, а также как наиболее развитое на сегодняшний день, именно это направление в конвейеростроении представляет особый интерес для горной промышленности.

Впервые концепция трубчатого конвейера была предложена «Japan Pipe Conveyer Company» в 1970 году. В настоящее время существует множество производителей трубчатых конвейеров: японская корпорация «Bridgestone Corporation», английская фирма «Dosco Overseal Engineering», фирма «Bateman Materials Handling» (ЮАР), дочернее предприятие индустриального гиганта «Sve-dala Industri АВ» - компания «Trellex Flexopipe», немецкие компании «Man Tak-raf» и «Koch Transporttechnik GmbH» и другие. В частности фирма Koch смонтировала более 150 установок в 25 странах мира общей протяженностью около 60 км. Из них можно выделить следующие [90]:

- Дойче штайнколе АГ, СБВ Эндсдорф, Германия. Трубчатый конвейер транспортирует пустую породу из каменноугольной шахты в отвал по пересеченной местности под углом 28°. Конвейер частично расположен на отвале и имеет конструкцию достаточно гибкую для компенсации просадки отвала.

- Фамза, Швейцария. Конвейерная установка расположена в непроходимой скалистой местности. Трубчатый конвейер спускает под углом 29° до 500 т щебня в час из каменоломни на завод находящийся на 208 м ниже, а на обратном пути транспортирует до 30 т/ч шлаков. Установка работает в генераторном режиме (использует уклон для производства электроэнергии).

- СЕЦ ф.с., Электрана Мелник, Чешская республика. Реверсивный трубчатый конвейер транспортирует сырую золу из ТЭЦ в накопитель, а затем обратно на станцию для обогащения. Реверсирование происходит каждые 24 ч. Конвейер длиной 2 км имеет 3 горизонтальных и 4 вертикальных криволинейных участка.

Имеются и примеры подземного применения трубчатых конвейеров. В 1990 году на шахте «Луизенталь» в Германии [96] при вскрытии поля Альсбахфельд между горизонтами 7 и 8 по горно-техническим причинам перешли на нарезку лав по простиранию вместо планируемой нарезки по восстанию. Первую лаву, предназначенную для отработки по простиранию, из-за ограничений во времени, нарезали из старого вентиляционного штрека предыдущей, уже отработанной лавы. Снабжение породой для закладки выработанного пространства также должны были производить по этому штреку. Однако из-за конвергенции свободное сечение штрека уменьшилось настолько, что рядом с надпочвенной рельсовой дорогой уже нельзя было разместить обычный ленточный конвейер. При рассмотрении различных способов решения этой проблемы предпочтение отдали трубчатому конвейеру фирмы Koch Transporttechnik GmbH с шириной ленты 1000 мм и диаметром трубы 250 мм. Требуемую производительность конвейер обеспечивал при скорости движения ленты 2, 09 м/с и заполнении сечения трубы до 54%. Потребляемая мощность (приводная и тормозная) составила 80 кВт. Конвейер эксплуатировался с 23 апреля 1990 г. до полной отработки лавы в мае 1991г. и переместил за это время в общей сложности около 608 тыс. т породы для закладки. Ожидаемые преимущества трубчатого конвейера, например, невысокий износ, экономия энергии, а также преодоление криволинейных участков подтвердились. Горняки, работавшие- на участках с этим конвейером, отмечали его меньшую шумность и меньшее пылевыделе-ние в сравнении с обычными конвейерами. Однако ввиду невозможности при применении данной конструкции быстро реагировать на внезапную сильную конвергенцию, при отработке следующих лав отдали предпочтение скребковому конвейеру, отметив актуальность трубчатых конвейеров в устойчивых криволинейных штреках.

С ноября 2000 г. трубчатые конвейеры используются в строительстве трансальпийского туннеля Lotschberg в Швейцарии [91], который предполагается пустить в эксплуатацию в 2006 - 2007 г. Туннель, состоящий из двух отдельных ветвей, будет иметь протяженность 34,6 км, и поэтому извлечение породы, а также доставка материалов, техники и персонала осуществляется через боковые штольни. Всего, по расчетам, необходимо будет извлечь около 15,6 млн. т породы. Два трубчатых конвейера с диаметром труб 500 мм выносят отбитую породу на поверхность, которая после переработки частично возвращается назад в виде добавок к бетону с помощью третьего, меньшего по размеру конвейера с диаметром трубы 250 мм. С целью экономии пространства, два больших конвейера имеют вертикальную компоновочную схему и расположены друг над другом, а ветви меньшего подвешены к потолку штольни и расположены горизонтально, а необходимую для загрузки и разгрузки вертикальную компоновку принимают лишь в начале и в конце конвейера. В частности, длина конвейерной трассы штольни Mitholz около 1,8 км, разница высот 170 м, а средняя величина уклона 12°. Трасса также имеет горизонтальные, вертикальные и даже пространственные криволинейные участки. Минимальный радиус изгиба больших конвейеров 160 м, а меньшего - всего 75м.

В России трубчатый конвейер эксплуатируется на Лебединском ГОКе для подачи окатышей с фабрики окомкования в цех горячебрикетированного железа.

Работоспособность и экономическая целесообразность применения таких конструкций в значительной степени зависит от возникающего при этом напряженного состояния (НС) транспортируемого груза, которое определяет устойчивость совместного движения груза и ленты, нагрузки на опорные ролики, деформированное состояние ленты, а следовательно, и сопротивление движению и зависящие от него такие важные показатели, как необходимая прочность ленты, мощность привода конвейера и энергопотребление.

Расчет НС груза на конвейерах с лентой обычной желобчатости и связанные с ним вопросы определения нагрузок на ленту и роликоопоры, сопротивления движению ленты и тягового расчета конвейера достаточно подробно исследованы многими отечественными и зарубежными учеными. В то же время особенности НС груза на ленте при формировании глубокого желоба практически не изучены и рассматривались в основном лишь при заполнении желоба ленты до полукругового сечения и при дальнейших малых относительных деформациях груза.

На участках формирования желоба трубчатых ленточных конвейеров (между пунктом загрузки и линейными секциями) груз находится в существенно изменяющемся по длине этого участка объемном НС, характеризующемся большими деформациями. Существующие методы расчета давления груза на ленту основаны на исследовании плоской деформации груза в состоянии статического предельного равновесия и не учитывают закономерностей его пластического течения. В связи с этим обоснование метода расчета НС сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера является актуальной научной задачей.

Цель работы: разработка метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы трубчатого ленточного конвейера при формировании желоба на основе установления закономерностей деформирования груза.

Идея работы состоит в том, что при разработке метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы трубчатого ленточного конвейера при формировании желоба учтены особенности кинематики пластического течения груза при его обжатии конвейерной лентой.

Научные положения и их новизна:

- кинематическая модель процесса обжатия сыпучего груза лентой на участке формирования желоба трубчатого ленточного конвейера, позволяющая установить механизм формирования напряженного состояния груза, его давления на ленту и нагрузок на опорные элементы конвейера;

- математическая модель напряженного состояния сыпучего груза на участке формирования желоба трубчатого ленточного конвейера, построенная на основе теории пластического течения сыпучей среды в условиях трехосного предельного состояния и учитывающая кинематику обжатия груза лентой;

- метод расчета давления груза на ленту и нагрузок на опорные элементы трубчатого ленточного конвейера на участке формирования желоба, учитывающий особенности кинематики процесса формирования желоба.

Обоснованность н достоверность научных положений, методология и методы исследования. Обоснованность и достоверность научных положений * подтверждаются использованием существующих классических теорий пластического деформирования сыпучей среды и экспериментальных данных о напряженном состоянии сыпучего груза на желобчатой ленте, корректным применением математической модели трехмерного НС сыпучей среды, графоаналитическим моделированием кинематики обжатия сыпучего груза лентой глубокой желобчатости, а также результатами экспериментального исследования на натурном стенде.

Теоретические исследования основаны на механике сплошной среды, теориях упругости и пластичности, методах аналитической геометрии и математического анализа. Анализ полученных зависимостей выполнен с использованием численных методов расчета и графических построений на ЭВМ с использованием пакетов прикладных программ MathCAD и AutoCAD.

Экспериментальные исследования проводились на специально разработанном натурном стенде, имитирующем обжатие сыпучего груза на участке формирования желоба трубчатого ленточного конвейера. Обработка результатов эксперимента производилась с использованием пакета прикладных программ Photoshop и методов математической статистики.

Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается достаточной сходимостью с экспериментальными данными (коэффициент корреляции 0,85).

Научное значение работы состоит в обосновании метода расчета напряженного состояния транспортируемого груза на участках формировании желоба трубчатого ленточного конвейера, позволяющего определить давление груза на ленту и нагрузки на опорные элементы конвейера с учетом кинематики пластического течения груза при его обжатии конвейерной лентой.

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчета давления груза на ленту и нагрузок на роликоопоры трубчатого ленточного конвейера на участке формирования грузонесущего желоба, позволяющей выподнять прочностные расчеты элементов трубчатых ленточных конвейеров и конвейеров с лентой глубокой желобчатости.

Реализация результатов работы. Методика расчета давления груза на с ленту и нагрузок на роликоопоры трубчатого ленточного конвейера на участке формирования грузонесущего желоба принята ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» для использования при проектировании трубчатых ленточных конвейеров и конвейеров с лентой глубокой желобчатости.

Апробация работы. Работа и основные ее положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2004, 2005 и 2006 гг. (г. Москва, ИПКОН РАН - МГГУ), в ОАО «НПО ВНИИПТМАШ» (г. Москва, 2005 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять научных статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 99 наименований, приложения и включает 27 рисунков и одну таблицу.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Дьяченко, Антон Вячеславович

4.4 Выводы по главе

1. Проведенная в главе аналогия с полным предельным состоянием сыпучей среды при осесимметричном нагружении позволяет заключить, что при пассивном напряженном состоянии груза продольное напряжения должно быть равны наибольшему главному напряжению, а при активном наименьшему. Это позволяет определить необходимое усилие подпора, предотвращающее продольное выдавливание груза.

2. Нагрузка от веса ленты и давящего на нее груза передается на опорные элементы конвейера путем накопления отклонения вектора натяжения ленты. При расчете нагрузки от веса ленты можно считать, что накопления отклонения этого вектора происходит вдоль основы ленты, нити которой описывают в поперечном сечении кохлеоиды.

3. В главе получены зависимости для определения нагрузок на ролики переходных роликоопор и кольцевой опоры участка формирования желоба трубчатого ленточного конвейера.

4. Расчеты нагрузок на ролики переходных трехроликовых опор показывают, что нагрузки на средние ролики растут на всей длине участка формирования и достигают своего максимума на последней переходной роликоопоре; средний ролик воспринимает от 60 до 70% от общей нагрузки на опору; наибольшая нагрузка на боковые ролики, в зависимости от соотношения веса груза и жесткости ленты, имеет место либо на первой переходной роликоопоре, либо на последней; с увеличением конусности участка формирования нагрузки на ролики растут по практически линейной зависимости.

5. Расчеты нагрузок на ролики первой линейной кольцевой шестироликовой опоры показали, что наибольшее влияние на нагрузки на ролики оказывают вес груза и натяжение ленты и, в зависимости от их соотношения наибольшая нагрузка может наблюдаться на нижнем или на верхнем ролике. Изменение конусности участка формирования в значительной степени влияет на нагрузки на верхние боковые и средний ролики, а изменение коэффициента заполнения и насыпного веса груза существенно влияют только на нагрузки на нижние средний и боковые ролики.

6. При наличии наклона участка формирования желоба относительно линейных секций при большом натяжении ленты и малом погонном весе груза возможна потеря контакта ленты с нижним роликом опоры. Для безотрывного движения ленты необходимо уменьшать угол конусности ее желоба.

7. На основе полученных в главе зависимостей разработана методика расчета давления груза на ленту и нагрузок на роликоопоры трубчатого ленточного конвейера на участке формирования грузонесущего желоба, принятая ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» для использования при проектировании трубчатых ленточных конвейеров и конвейеров с лентой глубокой желобчатости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера, что дает возможность определять конструктивные параметры конвейера на этом участке, рассчитывать коэффициент сопротивления движению ленты и выполнять на его основе тяговые расчеты трубчатых ленточных конвейеров и прочностные расчеты конвейерных лент.

Исследования, выполненные лично автором, позволяют сделать следующие основные выводы:

1. При сворачивании конвейерной ленты кругового поперечного сечения в трубу трубчатого ленточного конвейера траектории движения точек ленты относительно нижней точки желоба являются кохлеоидами. При пластическом течении груза и полном сцеплении его с лентой эти траектории совпадают с траекториями наибольшего главного напряжения в грузе вблизи поверхности ленты.

2. Экспериментально установлено, что внутри массива груза при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера возникает ядро, находящееся в простом напряженном состоянии. Ориентировочные границы ядра проходят вдоль полярного радиус-вектора с углом, равным критическому акр = 67°, который полностью определяется кинематикой процесса сворачивания и не зависит от рода груза. В области поперечного сечения, находящейся вне границ ядра, груз деформируется блоками, составляющими цепь вдоль поверхности ленты. Направления движения блоков близки к направлениям движения прилегающих точек ленты, поэтому последние можно считать направлениями траекторий наибольших главных напряжений. В самой нижней части желоба ленты происходит выдавливание груза вниз и в

I продольном направлении против движения ленты. Наиболее опасной в отношении обратного выдавливания груза является стадия сворачивания ленты, при которой высота уровня груза достигает величины радиуса кривизны желоба ленты.

3. Сравнение результатов расчетов нагрузок, выполненных по предлагаемой модели напряженного состояния груза и модели простого напряженного состояния, а также со случаем весьма малого коэффициента трения груза о ленту, показывает, что максимальная величина давления груза на ленту может быть в 1,8 раза меньше, чем предсказывают две последние модели. Распределение пассивного давления груза на ленту по окружности желоба не имеет максимума, который предсказывает модель простого напряженного состояния. В то же время при малых деформациях груза, соответствующих малой желобчатости ленты, оценки давления по всем моделям весьма близки.

4. Принятая в работе аналогия с полным предельным состоянием сыпучей среды при осесимметричном нагружении позволила заключить, что наибольшее и наименьшее главные нормальные напряжения лежат в плоскости поперечного сечения груза. При этом при пластическом течении груза и его пассивном напряженном состоянии продольное напряжение равно наибольшему главному напряжению, а при активном - наименьшему. Это, в частности, позволило определить угол наклона участка формирования Д^, позволяющий создать подпор, предотвращающий выдавливание груза назад из зоны сворачивания ленты в трубу. При рекомендуемой длине сворачивания ленты LCB = 30DTP {g = 0,1 рад = 6°) и коэффициенте подвижности груза т — 0,3, возможном для большинства сыпучих грузов, Рк =11°, что в 1,5-2 раза выше, чем рассчитанный исходя из существующих способов сведения объемной задачи напряженного состояния к плоской.

5. Теоретически определены зависимости для расчета нагрузок на ролики переходных и первой кольцевой опор участка формирования желоба трубчатого ленточного конвейера.

6. Расчеты нагрузок на ролики переходных трехроликовых опор показывают, что нагрузки на средние ролики растут на всей длине участка формирования и достигают своего максимума на последней переходной роликоопоре; средний ролик воспринимает от 60 до 70% от общей нагрузки на опору; наибольшая нагрузка на боковые ролики, в зависимости от соотношения веса груза и жесткости ленты, имеет место либо на первой переходной роликоопоре, либо на последней; с увеличением конусности участка формирования нагрузки на ролики растут по практически линейной зависимости. Так, для конвейера с диаметром трубы DTP =350 мм, лентой 4ТК - 400 и шагом роликоопор ГР = 1м, транспортирующего песок (груз наиболее соответствующий понятию идеально сыпучей среды, у = 15000 Н/мъ), при увеличении угла конусности в два раза (с ^,=4,3° до =8,6°) максимальные нагрузки, наблюдаемые при этом на последней роликоопоре, увеличиваются приблизительно на 12% как на средний, так и на боковые ролики.

7. Расчеты нагрузок на ролики первой линейной кольцевой шестироликовой опоры показали, что наибольшее влияние на нагрузки на ролики оказывают вес груза и натяжение ленты и, в зависимости от их соотношения, наибольшая нагрузка может наблюдаться на нижнем или на верхнем ролике. Нагрузки, рассчитанные для вышеуказанных данных, при рекомендуемой длине сворачивания ленты LCB = 30DTP и натяжении ленты 5 = 15,9 кН составили: на нижний ролик Рн = 758 Н; на нижние боковые -РХ=570Н; на верхние боковые - Р2=44\Н; на верхний - РВ = 7$8Н. Изменение конусности участка формирования в значительной степени влияет на нагрузки на верхние боковые и средний ролики, которые при тех же данных при увеличении угла конусности с =4,3° до =8,6° увеличиваются соответственно на 60 и на 85%, а изменение коэффициента заполнения и насыпного веса груза существенно влияют только на нагрузки на нижние средний и боковые ролики.

8. Установлено, что при наличии наклона участка формирования желоба относительно линейных секций при большом натяжении ленты и малом погонном весе груза возможна потеря контакта ленты с нижним роликом опоры. Для безотрывного движения ленты необходимо уменьшать угол конусности ее желоба.

9. На основе полученных зависимостей разработана методика расчета давления груза на ленту и нагрузок на роликоопоры трубчатого ленточного конвейера на участке формирования грузонесущего желоба, принятая ОАО НПО «ВНИИПТМАШ» для использования при проектировании трубчатых ленточных конвейеров и конвейеров с лентой глубокой желобчатости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дьяченко, Антон Вячеславович, 2006 год

1. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов.- М.: Высшая школа, 1995.-560 с.

2. Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. М.: Гостехиздат, 1952.- 214 с.

3. Березанцев В.Г. Расчет прочности оснований сооружений. М.: Гос-стройиздат, I960.- 148 с.

4. Богданов А.А. Надежность узлов загрузки ленточных конвейеров для угольных шахт./ Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- М.: МГТУ, 2002.- 22 с.

5. Вольмир А.С. Гибкие пластины и оболочки. М.: Гостехиздат, 1956. -412 с.

6. Галкин В.И., Громов С.В. Исследование процесса формирования тела волочения в скребковом трубчатом конвейере. // ГИАБ. М.: МГТУ, 2004,-№8, с 342-345.

7. Генералов М.Б. Механика твердых дисперсных сред в процессах химической технологии. Калуга: Изд-во Н. Бочаровой, 2002. - 592 с.

8. Голушкевич С.С. Статика предельных состояний грунтовых масс.-Гостехиздат, 1957.- 156 с.

9. Груйич М. Преимущества трубчатого конвейера для транспортирования угля и золы. // ГИАБ. М.: МГТУ, - 2002, - № 8, с. 241 - 243.

10. Гущин В.М. Определение параметров грузонесущего полотна крутонаклонного конвейера с лентой глубокой желобчатости. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 1.- М.: Недра, 1974, с. 164-166.

11. Гущин В.М. Сопротивление движению тягового органа конвейера с лентой глубокой желобчатости для повышения углов наклона. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 2. М.: Недра, 1975, с. 113 -116.

12. Гущин В.М. Экспериментальные исследования давлений насыпного груза на ленту глубокой желобчатости. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 2. М.: Недра, 1975, с. 116-118.

13. Гущин В.М. О природе сопротивлений от деформирования насыпных грузов при движении конвейерной ленты. // Шахтный и карьерный транспорт, вып.5.- М.: Недра, 1980, с. 9-13.

14. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия.- М.: Мир, 1989.509 с.

15. Дмитриев В.Г., Дунаев В.П., Перминов Г.И. Насыпные грузы на движущейся конвейерной ленте. // Шахтный и карьерный транспорт, вып.5.- М.: Недра, 1980, с. 14-17.

16. Дмитриев В.Г., Дьяченко А.В. Методы анализа объемного напряженного состояния сыпучего груза в закрытом желобе трубчатого ленточного конвейера. // ГИАБ. М.: МГГУ, - 2004, - № 12, с. 241 - 243.

17. Дмитриев В.Г., Дьяченко А.В. Особенности объемного напряженного состояния сыпучего груза на желобчатой конвейерной ленте. // ГИАБ. М.: МГГУ, - 2005, - № 2, с.277 - 278.

18. Дмитриев В.Г., Кулагин Д.С. Моделирование напряженного состояния конвейерной ленты трубчатого конвейера. // ГИАБ. М.: МГГУ, -2004,-№7, с. 283-286.

19. Дуброва Г.А. Взаимодействие грунта и сооружений. М: Речной транспорт, 1963. - 148 с.

20. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. Под ред. А.Н. Зеленина. М: Машиностроение, 1975. - 424с.

21. Зенков P.JI. Механика насыпных грузов. М: Недра, 1964. - 214с.

22. Зенков P.JL, Ивашков И.И., Колобов JI.H. Машины непрерывного транспорта.- М.: Машиностроение, 1987.- 432 с.

23. Картавый А.Н. Обоснование основных параметров крутонаклонного конвейера с прижимной лентой для карьеров с большими грузопотоками. // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- М.: МГГУ, 2000. -211с.

24. Кожушко Г.Г. Механика деформирования и прогнозирование ресурса резинотканевых лент конвейеров горнорудных предприятий. // Автореферат дисс. на соиск уч. степ. докт. техн. наук.- Екатеринбург, 1992.36 с.

25. Конвейеры. / Под ред. Ю.А. Пертена.- JL: Машиностроение, 1984.- 367 с.

26. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.: Мир, 1973.- 720 с.

27. Котов М.А., Григорьев Ю.И. Загоронский Г.А. Опыт эксплуатации ленточных конвейеров и конвейерных лент на угольных шахтах. М.: ЦННИЭИуголь, 1970. -22с.

28. Краткий физико-технический справочник. В 3-х т.т., т. 1. / Под ред. К.П. Яковлева .- М.: Физматгиз, I960.- 446 с.

29. Краткий физико- технический справочник. В 3-х т.т., т. 2. / Под ред. К.П. Яковлева .- М.: Физматгиз, 1962.- 420 с.

30. Краткая химическая энциклопедия. В 5-ти т.т., т. 2. / Под ред. И.Л. Кнунянц.

31. Курятников А.В. Установление рациональных параметров высокопроизводительных крутонаклонных конвейеров с прижимными элементами для горной промышленности. /Автореферат дисс. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук.- М.: МГИ, 1976.- 18 с.

32. Лавриков С.В., Ревуженко А.Ф. Стохастические модели в задачах локализованного деформирования сыпучих сред в радиальных каналах. // ФТПРПИ, 2000, - №1, с.12 - 20.

33. Магула В.Э. Геометрические граничные условия при расчетах изгибаемых оболочек нулевой кривизны. — Научные труды ДВ ВИМУ.-Владивосток, вып. 2, 1968, с. 170 181.

34. Математический энциклопедический словарь. Под ред. Ю.В. Прохорова. — М.: «Советская энциклопедия», 1988. 846с.

35. Михайлов Ю.И. Конвейеры с погруженным рабочим органом. М.: Машиностроение, 1976.- 176 с.

36. Монастырский В.Ф. Разработка методов и средств управления надежностью мощных ленточных конвейеров. / Дисс. . докт. техн. наук.-Днепропетровск, 1990.-543 с.

37. Монастырский В.Ф., Шевченко А.В. и др. Формирование грузопотока крупнокускового груза в загрузочном устройстве. // Механика транспортирующих машин,- Киев: Наукова думка, 1983, с. 12-14.

38. Мягков С.Д. Теоретическое определение сил сопротивления движению от деформирования груза и ленты мощных ленточных конвейеров. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 3. М.: Недра, 1977, с. 33 -36.

39. Неменман JI.M. Исследование давления на ленты крутонаклонного конвейера при прерывистом грузопотоке. // Шахтный и карерный транспорт, вып. 5. -М.: Недра, 1980, с. 106 109.

40. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996.-448 с.

41. Новиков Е.Е., Смирнов В.К. Введение в теорию динамики горнотранспортных машин.- Киев: Наукова думка, 1978.- 173 с.

42. Овсянников Ю.С. Исследование взаимодействия загружаемого грузопотока насыпных грузов с элементами ленточных конвейеров в загру-зочно-перегрузочных узлах. / Автореферат дисс. . канд. техн. наук.-Днепропетровск, 1979.- 22 с.

43. Определяющие законы механики грунтов. (Новое в зарубежной науке)./ Под ред. В.Н. Николаевского, вып. 2, М.: Мир, 1975. - 356 с.

44. Панкратов С.А. Динамика машин для открытых горных и земляных работ. — М: Машиностроение, 1967.- 526 с.

45. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем.- М.: Наука, 1979. 384 с.

46. Пертен Ю.А. Крутонаклонные ленточные конвейеры. — Л: Машиностроение, 1976.- 256 с.

47. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н., Фролов В.И. Загрузочные и разгрузочные устройства ленточных конвейеров. // Экспресс-информация.- М.: ЦНИЭИ уголь, 1977.- 32 с.

48. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н. Эксплуатация мощных конвейеров.- М.: Недра, 1986.- 344 с.

49. Прагер В., Ходж Ф.Г. Теория идеально пластических тел.- М.: ИЛ, 1956.-398 с.

50. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. М: Физматгиз, 1962. -456с.

51. Ревуженко А.Ф., Бобряков А.П., Косых В.П. О течении сыпучей среды с возможным неограниченным скольжением по поверхностям локализации. // ФТПРПИ, 1997, - №3, с. 37 - 42.

52. Ревуженко А.Ф. Механика упруго-пластических сред и нестандартный анализ. Новосибирск: НГУ, 2000.

53. Ревуженко А.Ф., Стажевский С.Б., Шемякин Е.И. О несимметрии пластического течения в сходящемся симметричном канале. // ФТПРПИ, 1977, -№3.

54. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. - 274 с.

55. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Теоретические основы расчета ленточных конвейеров.- М.: Наука, 1977.- 154 с.

56. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины.- М.: Машиностроение, 1968.- 487 с.

57. Стажевский С.Б. Об особенностях течения раздробленных горных пород при добыче руд с подэтажным обрушением. // ФТПРПИ, 1996, -№5, с. 72-88.

58. Тимошенко С.П., Войновский- Кригер С. Пластинки и оболочки.- М.: Физматгиз, 1963.- 408 с.

59. Транспорт на горных предприятиях. Под ред. Б.А. Кузнецова. - М.: Недра, 1976.-552с.

60. Флорин В.А. Основы механики грунтов, т.т. 1,2.- М.: Госстройиздат, 1959-1961.

61. Фролов А.Г. Основы транспорта сыпучих материалов по трубам без несущей среды. М.: «Наука», 1966. - 118 с.

62. Харр М.Е. Основы теоретической механики грунтов. М: Стройиздат, 1971.-320 с.

63. Хилл Р. Математическая теория пластичности.- М.: Гостехтеориздат, 1956.

64. Христианович С.А. Плоская задача математической теории пластичности при внешних силах, заданных на замкнутом контуре/ Математический сборник, 1938, т. 1 (43), вып. 4.

65. Цытович Н.А. Механика грунтов.- М.: Госстройиздат, 1963.

66. Черненко В.Д. Изгиб ортотропной пластины в цилиндрическую оболочку. // Прикладная механика, 1985, том XI, вып. 4, с. 49-53.

67. Черненко В.Д. Разработка методов расчета крутонаклонных конвейеров. // Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук.- М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1992.- 42 с.

68. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров." М.: Машиностроение, 1983.- 256 с.

69. Шешко Е.Е., Гущин В.М. Крутонаклонный конвейер с лентой, имеющей форму глубокого желоба. // Развитие и совершенствование шахтного и карьерного транспорта. М: Недра, 1973, с. 120-125.

70. Шешко Е.Е., Курятников А.В Устойчивость слоев внутри насыпного груза на крутонаклонном конвейере с прижимной лентой. // Шахтный и карьерный транспорт, вып. 6. М.: Недра, 1980, с. 111 - 115.

71. Юрченко В.М. Исследование и создание изгибающегося ленточного конвейера с магнитными самоцентрирующими роликоопорами и маг-нитомягкой лентой. // Автореферат дисс. на соиск уч. степ. канд. техн. наук. Кемерово, 1979. - 22с.

72. А.С. СССР № 861192. Вертикальный ленточный конвейер / В.Т. Лагутин, Р.К. Прилепский.- Б.И. №33, 1981.

73. А.с. СССР № 988676. Грузонесущий орган подвесного ленточного конвейера/В.И. Кулай.- Б.И. №2, 1983.

74. А.с. СССР № 768701. Крутонаклонный ленточный конвейер/ В.А. По-номаренко, В.И. Папазов.- Б.И. № 37, 1980.

75. А.с. СССР № 870267. Крутонаклонный ленточный конвейер/ В.А. По-номаренко, А.И. Тимошко, С.В. Пономаренко и др.- Б.И. № 37, 1981.

76. А.с. СССР № 575282. Ленточно-канатный конвейер/ А.П. Овчинников.- Б.И. № 37, 1977.

77. А.с. СССР № 774999. Ленточный конвейер/ В.А. Дорученко, B.C. Мочков и др.- Б.И. № 40,1980.

78. А.с. СССР № 882843. Ленточный конвейер/ В.Т. Лагутин, Ю.М. Гон-чаренко.- Б.И. № 43, 1981.

79. А.с. СССР № 196603. Ленточный конвейер для транспортирования насыпного груза под большим углом наклона/ Ю.А. Пертен.- Б.И. №11, 1967.

80. А.с. СССР № 196602. Ленточный крутонаклонный конвейер для транспортирования насыпного груза / Ю.А. Пертен.- Б.И. № 11, 1967.

81. Патент РФ 2102302. Ленточный конвейер и конвейерная лента для него/ Леннарт Тингског (SE).- Б.И. №2, 1998.

82. Патент РФ 2028974. Ленточный подъемник для сыпучих грузов/ М.Л. Бергман, Г.В. Овчаренко, И.Б. Горелик.- Б.И. № 5, 1995.

83. Патент РФ 2118284. Ленточный транспортер с рукавной лентой/ Карл Беккер (DE).- Б.И. №2, 1998.

84. Патент РФ 2067962. Рукавная ленточная транспортерная установка/ Вильгельм Энгст (DE) и др.- Б.И. №29, 1996.

85. Bartelmus W., Gladisiewicz L., Jonkisz J. Badania doswiadaczlne i modelowe przenosnika rurowego. Podstawowe problemy transportu kopal-nianego, № 75 Seria 17, Wroclaw, 1994.

86. Behrens U. Untersuchungen der Bewegungswiederstand von Gurtband-forderer. Braunkohle, Warme und Energie, №7, 1968, s. 21 - 24.

87. Chou C.S., Chen Y.W. Study of flow patterns in an inclined moving granular bed. Bulk solids handling, 2004,1, Vol. 24, p 32 - 36.

88. Gladisiewicz L., Wozniak D. Badania pola przemieszczen i stanu naprezen w tasmie na odcinku przejsciowym przenosnika rurowego. Podstawowe problemy transportu kopalnianego, № 75 Seria 17, Wroclaw, 1994.

89. KOCH Pipe Conveyor. KOCH. Transporttecnik GmbH. www. kochtras. com. 2003/11, E 5, F 3, ES 3, PT 3, RU 3, CZ 2.

90. KOCH Pipe Conveyor Sistems at the Lotschberg Base Tunel. KOCH. Transporttecnik GmbH. www. kochtras. com. 2003/01, D1/E2.

91. Korzen Z. Zum AbwurfVorgang bei Gurtforderern. Fordern und Heben, 1984, №5 (34), s. 380-388.

92. Kvapil R. Theorie der Schuttgutbewegung. Tecnik Berlin, 1959. 83c.

93. Lodevijks G. Research and Development in Closed Belt Conveyor Systems, Bulk Solids Handling, Vol. 20,2000, pp 465 - 470.

94. Schommer H.H. Auswahl- und Verschleissprobleme von Forderband-tragrollen.- Braunkohle, 1976, N 9, s. 47-52.

95. Ziegler M., Busse H.-J. Untertageeinsatz eines Rohrgurtforderers auf der Grube Luizentahl. Gluckauf, 1991, № 21/22, s. 5 - 11.

96. GB 2 092 977 A. A method and devce for preventing a flexible tubular belt from twisting for use in a tubular belt conveyor/ Kunio Hashimoto. 1982.

97. GB 2 140 760 A. A tubular belt conveyor and a belt rolling up means of the same/ Kunio Hashimoto, Haruo Okazaki. 1984.

98. GB 2 094 741 A. Tubular belt support means for a tubular belt conveyor/ Kunio Hashimoto, Haruo Okazaki. 1981.