Обоснование метода расчета сопротивлений движению и нагрузок на став на криволинейных участках ленточного трубчатого конвейера для горной промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Иванов, Никита Юрьевич

• Иванов, Никита Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Иванов, Никита Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Конструктивные и эксплуатационные параметры ленточных трубчатых конвейеров

1.2. Обзор работ по исследованию нагрузок на ленту и роликоопоры ленточного трубчатого конвейера

1.3. Анализ работ по формированию продольных усилий, действующих на ленту и став трубчатого конвейера

1.4. Направление и задачи исследования

2. Определение статических нагрузок на роликоопоры и расчет сопротивлений движению на криволинейных участках трассы ленточного трубчатого конвейера

2.1. Геометрические параметры криволинейной пространственной трассы ЛТК

2.2. Определение нормальных нагрузок на ролики кольцевой роликоопоры ЛТК на криволинейном участке трассы

2.3. Аналитическое определение общей силы сопротивления движению ленты на криволинейном участке ЛТК

2.4. Установление зависимости нормальных нагрузок на ролики и определение сопротивления движению ленты на криволинейном участке

ЛТК

2.4. Практический пример тягового расчета ленточного трубчатого конвейера с вертикальным и горизонтальным криволинейными участками

2.4.2. Ориентировочный тяговый расчет конвейера

2.4.3. Выбор ленты конвейера

2.4.4. Уточненный тяговый расчет ЛТК

2.4.5. Определение натяжений в характерных точках

2.4.6. Расчет мощности и двигателей

Выводы по главе

3. Анализ динамических нагрузок, возникающих в ленте при пуске трубчатого конвейера с криволинейной пространственной трассой

3.1. Общие вопросы исследования процесса распространения упругих волн в ленточном трубчатом конвейере с криволинейной трассой

3.2. Пуск ленточного трубчатого конвейера с предпусковой ступенью

3.1.2. Процесс пуска ленточного конвейера с переменным коэффициентом \ сопротивления движению

3.3. Математическая модель ленточного трубчатого конвейера для

моделирования на ЭВМ динамического процесса пуска ЛТК

3.5. Выводы по главе

4. Определение ветровой нагрузки и нагрузки от сил инерции на став ЛТК

4.1. Особенность расчета ветровой нагрузки

4.2. Определение суммарных поперечных и продольных нагрузок на

единичную роликоопору и став ЛТК

Заключение

Список испольованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование метода расчета сопротивлений движению и нагрузок на став на криволинейных участках ленточного трубчатого конвейера для горной промышленности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Для горных предприятий России одной из основных проблем является проблема защиты окружающей среды от вредного воздействия транспортируемых грузов. Одним из транспортных средств, способных улучшить экологическую обстановку на горных предприятиях, является ленточных трубчатый конвейер (ЛТК).

Этот конвейер имеет закрытую конструкцию, исключающую взаимодействие груза, находящегося в трубообразной ленте, с окружающей средой. Ленточный трубчатый конвейер, кроме отмеченного, обладает многими ценными достоинствами, среди которых следует отметить его способность изгибаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Такая возможность ЛТК позволяет осуществлять бесперегрузочное транспортирование насыпного груза по сложным криволинейным пространственным трассам с меньшим объемом земляных работ. В настоящее время известны реализованные проекты для бесперегрузочного транспортирования насыпных грузов с использованием ЛТК длиной до 3-И-км и несколькими криволинейными участками.

Став ленточного трубчатого конвейера на пространственных криволинейных участках трассы часто располагается на опорных конструкциях, нагрузки на которые зависят от многих факторов и, в частности, от пространственных нагрузок на кольцевые шестироликовые опоры. Вертикальные нагрузки на роликоопоры на прямолинейных участках трассы, создаваемые весом груза, ленты и роликов, определялись во многих работах; для таких трасс определены и продольные нагрузки в виде сил сопротивления движению, создаваемых лентой при движении внутри кольцевых роликоопор.

Однако, двигаясь по криволинейным участкам трассы, лента, находящаяся под некоторым статическим натяжением, более интенсивно воздействует на ролики, находящиеся на внутренней стороне участка поворота и, наоборот, т.е. происходит перераспределение статических

нагрузок на ролики и изменение сил сопротивления движению. При этом неизвестно, каких значений достигают эти силы, а следовательно, невозможно рассчитать пространственные нагрузки на роликоопоры и став, определить распределенные силы сопротивления движению на криволинейных участках, выполнить тяговый расчет ЛТК, найти мощность привода и рассчитать ленту на прочность. Также неизвестно, как будут протекать пусковые процессы в ленте конвейера, содержащего криволинейные участки, и какие дополнительные динамические натяжения при этом возникнут в ленте и на кольцевых роликоопорах.

Таким образом, обоснование метода расчета сил сопротивления движению на криволинейных участках трассы и определение статических и динамических нагрузок на отдельные роликоопоры, а следовательно, на став и опорные конструкции ЛТК и является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка математических и цифровой моделей, позволяющих обосновать метод расчета сопротивлений движений и определить статические и динамические нагрузки на роликоопоры става на криволинейных участках трассы ЛТК.

Идея работы состоит в том, что в разработанных математических и цифровой моделях учтены особенности формирования силы сопротивления движению и статических и динамических нагрузок на единичной роликоопоре на криволинейных участках трассы ЛТК.

Научные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель расчета силы сопротивления движению и статической нагрузки на единичную кольцевую опору и став ЛТК на криволинейных участках трассы, учитывающая тип криволинейного участка и конструктивные параметры конвейера, позволяющая выполнить его тяговый расчет;

- математическая и цифровая модели ЛТК для анализа на ЭВМ динамических процессов, отличающиеся тем, что на основании тягового расчета коэффициент сопротивления движению ЛТК принят переменным по

длине конвейера, при этом учтено его дополнительное изменение на криволинейных участках трассы, позволяющие определить дополнительные нагрузки на ленту и роликоопоры;

- установление зависимостей статических и динамических нагрузок на ленту и роликоопоры от типа и параметров криволинейного участка трассы, типа груза и ленты, её скорости, конструктивных параметров става ЛТК, температуры окружающей среды, ветровой нагрузки и др., полученных аналитически и с использованием цифрового моделирования на ЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием классического математического анализа, теории упругости, механики сыпучей среды, теории колебаний и волн в механических системах с распределенными параметрами, а также цифрового моделирования на ЭВМ.

Научная новизна выполненных исследований состоит: в аналитическом описании нагрузок на единичные роликоопоры грузовой и порожней ветвей ЛТК и став конвейера на различного вида пространственных криволинейных участках трассы ЛТК; в установлении характера изменения статического натяжения ленты на грузовой и порожней ветвях и определении силы сопротивления на криволинейных участках трассы ЛТК; аналитическом описании ЛТК как системы с п степенями свободы, позволившем путем последующего моделирования на ЭВМ установить характер формирования дополнительных динамических нагрузок на ленту при переменном коэффициенте сопротивления движению как на прямолинейных участках конвейера, так и криволинейных пространственных участках трассы и передаваемых лентой на став конвейера.

Научное значение работы состоит в обосновании математических и цифровой моделей, позволяющих определить суммарные статические и динамические нагрузки на единичные роликоопоры грузовой и порожней ветвей и став ЛТК, а также суммарные продольные натяжения в ветвях

ленты, позволяющие выполнить расчет сил сопротивления движению на различного вида пространственных криволинейных участках.

Практическое значение выполненных исследований заключается в разработке метода расчета статических и динамических нагрузок на роликоопоры става ЛТК на различного вида криволинейных участках, а также методики позволяющей выполнить тяговый расчет ЛТК с пространственной криволинейной трассой.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета сопротивлений движению на криволинейных участках трассы ленточного трубчатого конвейера принята ОАО «Объединенные машиностроительные технологии».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международном научно-техническом симпозиуме «Неделя горняка» (МГГУ, 2012 г.), на научных семинарах кафедры ГМТ МГГУ (2011-2013 гг.), техническом совещании отдела конвейерного транспорта ОАО «Объединенные машиностроительные технологии». Отдельные разделы диссертации использованы при чтении лекций по курсу «Транспортные машины» для студентов, обучающихся по специальности 150402 - «Горные машины и оборудование».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы пять научных статей в изданиях, входящих в перечень, рекомендуемый Минобрнауки ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 126 наименований и включает 27 рисунков и 8 таблиц.

1. Современное состояние вопроса и постановка задач

исследования

1.1. Конструктивные и эксплуатационные параметры ленточных

трубчатых конвейеров

Ленточный трубчатый конвейер (ЛТК) состоит из свернутой в трубу конвейерной ленты, имеющей замкнутый контур в вертикальной плоскости (рис. 1.1). По всей длине ленту поддерживают роликоопоры, состоящие из шести роликов равной длины (рис. 1.2) и установленные на специальных металлических диафрагмах; расстояние между роликоопорами колеблется от 1 до 2 м (в зависимости от насыпной плотности транспортируемого груза, крупности кусков и скорости движения ленты) [2, 4, 8, 10, 19, 58, 59 и др].

Расстояние между роликоопорами на грузовой и порожней ветвях одинаковые. Загрузка груза на верхней ветви конвейера осуществляется при желобчатой ленте, как на традиционном ленточном конвейере, но впоследствии сворачивается в трубу на специальном переходном участке.

Как и в ленточном конвейере традиционной конструкции, лента трубчатого конвейера может быть резинотканевой или резинотросовой. Так как в конструкции трубчатого конвейера требуется, чтобы лента сворачивалась в трубу, то имеются некоторые особенности конструкции ленты. Применяется специальная конструкция каркаса ленты для сохранения формы трубы при транспортировании груза. Необходимая поперечная жесткость ленты, должна обеспечивать возможность её сворачивания в трубу и выполаживания.

У разгрузочного барабана разгрузки транспортируемого груза необходимо развернуть ленту, поэтому также необходимо иметь переходный участок (рис. 1.1).

Для улучшения условий работы конвейерной ленты на порожней ветви осуществляется её переворот на поворотной станции. Эти что необходимо для того, чтобы изгибные напряжения, возникающие в конвейерной ленте были направлены как на грузовой, так и на порожней ветви в одну сторону.

8

Разгрузка верхней ветви

Промежуточный узел загрузки

Загрузка верхней ветви

Загрузка нижней ветви

Разгрузка нижней ветви

Рис. 1.1 Принципиальная схема устройства ленточного трубчатого конвейера

На линейной части ЛТК лента сохраняет трубообразную форму с помощью кольцеообразных шестироликовых опор (рис. 1.2), а ее борта соединены внахлест и благодаря значительной упругости самой ленты плотно прижаты друг к другу. Односторонне расположенные ролики, как и на ленточном конвейере традиционной конструкции, устанавливаются с гт. ............минимальными зазорами для того,

(а)

(б) *

чтобы лента не вдавливалась между ними. При двустороннем расположении роликов можно устанавливать ролики большего диаметра и длины.

Выбор параметров ЛТК в настоящее время производится во многом на основании опыта проектирования и эксплуатации их за рубежом. Обобщение этого опыта выполнено, в частности, в работах [2, 10, 22, 27, 27, 37, 41, 58, 77 и др.]. Некоторые параметры ЛТК приведены в табл. 1.1.

Рис. 1.2. Панели ЛТК для роликоопор с двусторонним (а) и односторонним (б) расположением роликов

Диаметр трубообразн-ой ленты, мм Площадь поперечного сечения груза, м3 Скорость ленты, м/с Производительность, м3/ч Максимальная крупность кусков, мм Ширина сворачиваемой ленты, мм

150 0,013 2,00 95 30 ... 50 300... 450

200 0,023 2,16 180 50 ... 70 500 ... 600

250 0,040 2,33 340 70... 90 600... 750

300 0,048 2,50 430 90 ... 100 750 ... 900

350 0,068 2,91 710 100 ... 120 900 ... 1050

400 0,110 3,33 1300 120... 150 1050... 1200

500 0,157 3,75 2100 150 ... 200 1200 ... 1500

600 0,218 4,16 3300 200 ... 250 1500 ... 1800

700 0,284 4,58 4700 250... 300 1800... 2000

850 0,408 5,00 7300 300... 400 2000... 2400

Необходимо отметить, что производительность ЛТК при равной ширине ленты примерно вдвое меньше, чем у обычного ленточного конвейера.

В работе [10] на основании обобщения литературных данных приводится таблица рекомендуемых параметров переходных участков и участков переворота ленты ЛТК в зависимости от диаметра трубы и типа ленты (табл. 1.2.).

Максимальный диаметр транспортируемых кусков груза а]тах (мм) связан с внутренним диаметром трубы с1тр (мм) соотношением:

а\тах - 03^/ир, мм. Минимальный радиус кривизны трассы ЛТК рекомендуется принимать

равным

Ят1п>300 ¿тр.

Величину зоны перекрытия бортов ленты можно определить по выражению 8 = 0,5¿тр. В практике эксплуатации рекомендуется принимать

величину 8 несколько меньшей (табл. 1.3)

Таблица 1.2 - Рекомендуемые параметры переходных участков ЛТК

Диаметр трубы, мм Ширина ленты, мм Тип ленты

Резинотканевая Резинотросовая

Длина переходного участка, м Длина участка переворота ленты, м Длина переходного участка, м Длина участка переворота ленты, м

150 550 3,58 18,0 7,65 36

200 650 5,2 20,0 10,3 40

250 800 6,4 23,0 12,8 46

300 1000 7,65 25,0 15,25 50

350 1200 8,83 30,0 17,8 60

400 1400 10,2 35,0 20,5 70

500 1600 12,8 40,0 25,6 80

600 2000 15,25 50,0 30,5 100

700 2200 17,85 60,0 36,0 120

850 2600 21,65 70,0 43,5 140

Таблица 1.3 - Величина зоны перекрытия бортов ленты

Диаметр трубы с1тр, мм 150 350 750

Зона перекрытия д, мм 30...50 100... 120 275... 300

Диаметр роликов (обычно это шестироликовая опора) колеблется в пределах от 89 до 192 мм, в зависимости от ширины ленты и насыпной плотности груза. Его примерная величина по зарубежным данным приведена в табл. 1.4. Расстояние между роликоопорами на грузовой ветви колеблется в пределах от 0,8 до 2,0 м; по мере возрастания натяжения оно может увеличиваться. На криволинейных участках трассы конвейера расстояние между роликоопорами целесообразно уменьшать.

Таблица 1.4 - Зависимость диаметра роликов от диаметра трубы

Диаметр трубы, мм Диаметр роликов, мм

150 89

200 89 или 127

250 89 или 127

300 127

350 133

400 133

500 133

600 159

700 159

850 159 или 192

Рекомендуемые минимально допустимые радиусы кривизны трассы конвейера при изгибе в плане и профиле приведены в табл. 1.5. При меньших радиусах изгиба и высоком продольном натяжении лента терять контакт с одним из роликов, что нарушает устойчивость её движения. Кроме того, при изгибе в вертикальной плоскости труба может раскрыться из-за расхождения бортов ленты.

Таблица 1.5 - Минимально допустимые радиусы кривизны трассы

конвейера

Вид изгиба трассы Для резинотканевых лент Для резинотро-совых лент

В горизонтальной плоскости Ъ№йтр 700dmp

В вертикальной плоскости 500 йтр 900dmp

Одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскости 400йтр 800dmp

В работах [57, 58, 60] на экспериментальном стенде и путем моделирования на ЭВМ исследована зависимость допустимого радиуса кривизны от различных параметров конвейера. Некоторые из полученных зависимостей приведены на рис. 1.3 и 1.4.

R, и | 1000

700 600

300 200 100

40 900 ООО &40 ¿60

<¿0

50

0

10

20

30

40

50

60

70

7

Ф- '

90

Рис. 1.3. Графики зависимости допустимых радиусов изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера в горизонтальной плоскости от коэффициента заполнения грузом поперечного сечения ленты (р0 для лент различной ширины [58]

1000

R, м

Рис. 5.8. Зависимость радиуса изгиба трассы ленточного трубчатого конвейера от натяжения ленты для лент различной ширины (степень заполнения поперечного сечения ленты ф = 30°, приведенный модуль упругости ленты Е = 1-109 Па, расстояние между роликоопорами l'p = 1м, насыпная плотность транспортируемого груза

р = 2000 кг/м3) [58]

Таким образом, соотношения конструктивных и эксплуатационных параметров ЛТК к настоящему времени установились с достаточной

степенью определенности, необходимой для оценки расчетных нагрузок на став конвейера.

1.2. Обзор работ по исследованию нагрузок на ленту и роликоопоры ленточного трубчатого конвейера

Распределение давления трубообразной ленты с грузом между роликами кольцевой роликоопоры исследовано в работе [77] путем моделирования на ЭВМ методом конечных элементов. В работе [2] выявлены некоторые дополнительные закономерности этого распределения.

Опорная роликоопора ленточного трубчатого конвейера состоит из шести роликов, образующих кольцо (рис. 1.5). На ролики действуют нагрузки от веса транспортируемого груза, веса вращающихся частей роликоопор, веса ленты и ее изгиба на роликоопоре.

С учетом указанных выше дополнительных сил получены выражения для суммарных сосредоточенных сил Р^, действующих на ролики:

= Рт\ + + ^изг + • —' 1р»Н;

РЕ2=Р£6= Рг2 + + ^изг + ' ' 1'р • ~. Н;

= = РтЪ + ~ Ризг б" ^ ' 2 ' Н'

4=Ср- Ртг — где В' = В - А, А - величина нахлёста одного края ленты на другой, м; Ср -

вес вращающихся частей роликов, Н; дл - погонный вес ленты, Н/м; Ризг -усилие, действующее на ролик при изгибе ленты, Н.

Нагрузки на каждый ролик от груза Ргг- определены для случая его пассивного состояния при входе в роликоопору. Распределенная нагрузка по поперечному сечению ленты равна:

АгасС^» а) = Я- р- ё -/р{с(йг)^аг, Па, (1.2)

где функция С(а) = (cos 2(р + cos а) • (cos2 а +

sin2 а

т

); (р - угол,

характеризующий степень заполнения поперечного сечения ленты (рис. 1.5); га - коэффициент подвижности груза; а - текущий угол наклона рассматриваемой площадки к горизонтали; р - насыпная плотность груза, кг/м3.

Сосредоточенные нагрузки на отдельные ролики от груза определялись путем интегрирования по формулам:

л/в

(1.3)

р4

/ /

PTl=2--R2p-g-l'p \c(a)da,Н;

О

л/2

Рт2 =Рг6=^*2Р 8-l'p \c(a)da, Н;

J л/в

Ъл/в

РтЪ=Рт5=^2Р'8'1р ¡C(a)da,H--3 л/2

Рт4= 0.

В работе [77] определены численные значения давления ленты и груза на отдельные ролики, а также длину контакта ленты с роликами. Эти величины определены путем вычислительного эксперимента на ЭВМ в программной среде ANS YS.

В работе [77] силы давления ленты и груза на ролики приведены к сосредоточенным силам PPi, где индекс i изменяется от 1 до 6 (для шестироликовой кольцевой опоры ЛТК), i = 1 для нижнего среднего ролика (рис. 1.5).

В табл. 1.6 приведены значения сосредоточенных сил PPl, рассчитанных для роликов кольцевой роликоопоры для лент разной ширины при

Рис. 1.5. Схема для определения нагрузок на ленту и ролик от груза

заполнении сечения трубообразной ленты на 75%, при расстоянии между роликоопорами 1р= 1 м, плотности насыпного груза 1 т/м\ коэффициент подвижности груза т = 0,3.

Таблица 1.6. Значения сил Ррг при заполнении сечения ленты

В=800 мм В=1000 мм В=1200 мм

163,5/1,32 249,2/1,32 372/1,32

р2=рв,я 163,5 249,2 372,2

Ъ=Р5,И 26,3 39,6 59,2

Сила вдавливания на четвертом ролике принималась равной Р^=2- Ризг, где Ризг - сила реакции ленты при ее изгибе [92, 93], которую в некоторых случаях можно принять равной нулю.

Если транспортируемый груз имеет другую плотность р', а конвейер другое расстояние между роликоопорами 1'ро, то силы Ррг- определяются по

формуле

Р1п=*\—-(1.4) Р 1р

Таким образом, силы в формуле (1.4), действующие на каждый ролик, могут быть определены расчетным путем, если известна их зависимость от ширины ленты.

Учет влияния радиуса кривизны трубообразной ленты в вертикальной плоскости вблизи поддерживающих роликоопор на приведенный диаметр контактирующих тел О дает поправку порядка 1,5%, поэтому в дальнейших расчетах используется в качестве приведенного диаметра величина 2), равная диаметру роликов .

Длина контакта ленты с образующей обечайки ролика - 1ро также

определялась на основании экспериментальных исследований на ЭВМ с использованием разработанной цифровой модели.

В работе [77] получены длины контакта 1ро для лент шириной В = 800

-з

мм (Итр = 250 мм), при плотности транспортируемого груза р = 1,5 т/м .

Результаты получены при следующих исходных данных:

для В = 800 мм (диаметр трубы йтр = 220 мм): натяжение ленты Б=50

8 8

кН, модули упругости ЕХ=ЪЛ® Па, £^=1-10 Па, степень заполнения

сечения грузом 75%, определенная на модели длина контакта ленты с нижним роликом 1р1 =4,6 см, длина контакта с боковыми нижними

роликами 1р2 = 1р6 = 3,3 см, длина контакта с боковыми верхними роликами 1рЗ =1Р5 =1>2 см;

для В = 1000 мм (диаметр трубы Отр = 280 мм): натяжение ленты

8 8 8=10кН, модули упругости Ех = 3 10 Па, £^=1-10 Па, степень

заполнения сечения грузом 75%, определенная длина контакта ленты с нижним роликом Iр\ = 5,6 см, длина контакта с нижними боковыми -

1р2 = 1рб = 4,4 см, с верхними боковыми - 1р3 = 1р5 = 1,4 см;

для В = 1200 мм(диаметр трубы Отр =380 мм): натяжение ленты

8 8 8=134 кН, модули упругости £х=7,5-10 Па, £^=2,5-10 Па, степень

заполнения сечения 50%, длина контакта ленты с нижним роликом 1р\ ~ 5,1

см, с нижними боковыми - 1р2 ~ 3,4 см, с верхними боковыми - 1р3 = 3,4 см,

со средним верхним - 5 см.

Из табл. 1.6 следует, что при Вл> 1 м соблюдается соотношение

Рр\ ■ рР2 :РрЗ~1:132:0,21 (при этом РА « 0). При Вл < 0,8 м,

Рр1 : Рр2 '■ Рръ = 1:1,4:0,2. Поэтому при дальнейшем анализе (гл. 2)

принимаем первое из этих соотношений, имея в виду, что ширина ленты В л =0,8 м является наименьшей целесообразной для горной промышленности шириной для ЛТК.

Для длины контакта ленты с роликами при характерных для современных лент физико-механических свойствах также в среднем соблюдается соотношение 1р\ : 1р2 :133 ~ 1:0,75 :0,25.

В работе [2] установлена зависимости нагрузки Рр\ и I рХ от параметров

ЛТК. С учетом формулы (1.4) имеем

ро\ = Л(вл)- — -—; (1-5)

рi л> юоо 1,0

где f\{Bn) - функциональная зависимость нагрузки Рр\ от ширины ленты В.

Эта функциональная зависимость с достаточной степенью точности аппроксимирована выражением:

Мвл) = тв2/. (1.6)

В работе [2] плотность р в выражении (1.5) выражена через эксплуатационные параметры конвейера: погонную массу груза и ленты и ширину ленты. Для этого введена приведенная плотность груза и ленты

Лф=^^-,кг/М3, (1.7)

FT-8

где g =9,&1м/с - ускорение свободного падения; Fr - площадь сечения

груза, м2.

Учитывая, что площадь сечения груза

Fr = 0,059K3Bl = 0,059 • 0,75 • Я2 = 0,04452, м2, (1.8)

получается

2,32^-^-, Н/м3. (1.9)

При этом

РрХ ~ 0,4365д'2 + qR )l'p, Н. (1.10)

В работе [2] с использованием данных работы [27] установлено, что эта длина контакта ленты с нижним роликом Iр\ зависит от нагрузки на пролет

ленты между роликоопорами, а отношение длины к этой нагрузке прямо пропорционально ширине ленты Вл. При этом можно записать:

(1.11)

где сомножитель /2 [(дг + Ур ] - описывает функциональную зависимость

длины контакта от нагрузки на один пролет конвейера для ленты шириной Вл = 0,8 м.

В работе [77] функция /2 [(дг + Ур ] в интервале изменения аргумента

Чт + от 45ОН до 900Н аппроксимирована линейной зависимостью.

Однако, с учетом того, что эта функция должна иметь нулевое значение при нулевом значении аргумента, в работе [2] она аппроксимирована следующим нелинейным выражением:

/2 [(«г +ЯяУР]«0,00645[(9г +дя)1'р ]°'3. (1.12)

Таким образом, длина контакта ленты со средним нижним роликом I х

выражена через эксплуатационные параметры конвейера в виде:

^^отвАдг+ЯлУр}'3- (1.13)

Для порожняковой ветви ЛТК в работе [77] рекомендуется принимать нагрузки на ролики кольцевой роликоопоры и длину их контакта с лентой, принимая приближенно в приведенных выше зависимостях =0. В то же время, в этой работе приведены точные теоретические значения нагрузок Рр1, из которых следует (при Риз? ~ 0 и Ргг- =0), что давление ленты имеет

место только на среднем и боковых нижних роликах:

1 _ 1 Рвдп "-^Чп^р* рп2 =Рп6 РпЗ ~ Рп5 = Рп4 ~ 0 • (1-14)

В работе [37] выполнено экспериментальное и теоретическое

исследование сил, действующих на ролики на переходном участке ЛТК, где

лента с грузом сворачивается в трубу. При этом оценено дополнительное

давление на роликоопоры от упругого сопротивления изгибу ленты при её

сворачивание в трубу [93], которое оказалось весьма малым для того, чтобы его учитывать при расчетах.

Таким образом, для прямолинейных участков ЛТК силы давления ленты и груза на ролики в цитируемых работах изучены подробно, однако в них не рассматривалось распределение этих сил между роликами на криволинейных участках. Такая задача решалась рядом авторов [5, 7, 36, 44] только для обычного ленточного конвейера. В ряде работ [25, 41] рассматривались криволинейные участки ЛТК, но анализировалась лишь устойчивость вращательного движения ленты на них, а не силы, действующие на ролики. В то же время, известно, что на криволинейных участках ЛТК появляются дополнительные силы, связанные с от боковой составляющей натяжения ленты, также силы инерции. Кроме того, до настоящего времени не рассматривалась и не оценивалась возможная ветровая нагрузка на трубообразную ленту в поперечном направлении.

1.3. Анализ работ по формированию продольных усилий, действующих на ленту и став трубчатого конвейера

В работе [2] обобщены имеющиеся экспериментальные данные и теоретические зависимости, а также выполнены дополнительные экспериментальные исследования путем моделирования на ЭВМ основных составляющих общей силы сопротивления движению ленты на ленточном трубчатом конвейере: силы сопротивления вращению роликов, силы сопротивления от вдавливания роликов в ленту и силы сопротивления от деформирования груза и ленты в пролете между роликоопорами:

ир=ивр+ивд+идеф, Н. (1.15)

За основу приняты теоретические и экспериментальные результаты работы [77]. Однако содержащиеся в указанной работе данные (для лент с В = 800, 1000, 1200 мм) не позволяют получить зависимости коэффициента сопротивления движению ленты на ЛТК в более широком диапазоне изменения его параметров (ширины ленты, расстояния между роликоопорами и т.д.). Кроме того, оценка влияния некоторых факторов на

отдельные составляющие коэффициенты сопротивления показала, что приведенные в работе [77] зависимости могут быть в некоторых случаях упрощены.

Для определения силы сопротивления вращению роликов Uep в

работах [72, 73] предложена формула:

Uep = (а + Ьул ) • у/\в) + CpP + CpF0, Н, (1.16) 1

где Р - радиальная нагрузка; F0 - осевая нагрузка; Ср,Ср - коэффициент^

радиальной и осевой нагрузок; а,Ь - конструктивные коэффициенты; ул-скорость движения ленты, м/с.

Коэффициент Ср примерно на порядок меньше коэффициента Ср,

сила Fa также значительно меньше силы Р, поэтому в дальнейшем слагаемое Ср ■ F0 в расчетах не учитывается.

Влияние температуры окружающей среды учитывалось усредненным температурным коэффициентом

U „(в)

у/{в) =-Е-, (1.17)

U р(20°С)

где Uр (в)- сила сопротивления вращению ролика при температуре в°С, Н.

Температурный коэффициент у/ {в) зависит от типа смазки и скорости ленты. Константы а и b для различных типов подшипников колеблются в довольно широких пределах [119]. Для современных типов подшипников рекомендуется принимать а =2, Ь= 0,4 при лабиринтных уплотнениях, при контактных уплотнениях а = 1,3, Ъ =0,2.

На основании обобщения экспериментальных данных и с использованием формулы (1.16) в работе [77] предлагается несколько иная и более удобная для расчетов формула

Uep = (а + Ьул +Ср Р)■ у/{в), Н, (1.18)

где у/(в) - усредненный температурный коэффициент.

Роликоопора ленточного трубчатого конвейера состоит из шести роликов, образующих кольцо (рис. 1.5). На ролики действуют нагрузки от

веса транспортируемого груза, веса вращающихся частей роликов, веса ленты и от ее изгиба.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Иванов, Никита Юрьевич

Заключение

В результате выполненных исследований дано решение актуальной задачи по разработке математических моделей, позволяющих обосновать метод расчета нагрузок на став ленточного трубчатого конвейера с криволинейной пространственной трассой. На основании теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные выводы и результаты.

Результаты и выводы, полученные лично автором: 3. В качестве криволинейной пространственной трассы для ЛТК принята винтовая линия, обеспечивающая наиболее устойчивое положение ленты, исключающее ее значительное вращательное движение, приводящее к износу бортов и потере герметичности трубообразной ленты.

4. Разработана математическая модель расчета дополнительных статических нагрузок на ролики единичной роликоопоры для двух типов криволинейных участков трассы, учитывающая натяжения ленты на криволинейном участке, его радиус кривизны и угол наклона участка. При определении дополнительных статических нагрузок на ролики единичной роликоопоры, связанных с движением ленты по криволинейным участкам трассы, использовано современное представление о силе сопротивления движению ленты сквозь кольцевые роликоопоры как состоящей из силы сопротивления от вращения роликов, силы сопротивления от вдавливания роликов в ленту и силе сопротивления от деформирования груза и ленты.

5. Получено выражение для обобщенной суммарной силы сопротивления движению на единичной роликоопоре ЛТК, расположенной на криволинейном участке любого типа. Установлены зависимости этой силы от типа криволинейного участка, его радиуса и угла наклона, диаметра трубообразной ленты, её скорости и физико-механических характеристик, температуры окружающей среды, конструкции опорных роликов, их диаметра и типа смазки и пр.; через натяжение в конвейерной ленте все перечисленные факторы оказывают влияние на нагрузки на став конвейера.

6. Предложена последовательность расчета статического натяжения в ленте на криволинейном участке соответствующего типа. Разработан алгоритм и составлена программа расчета натяжения ленты, позволившие выполнить тяговый расчет конвейера и определить продольные и поперечные статические нагрузки на став ЛТК от единичных роликоопор.

7. Наряду со статическими нагрузками на став ЛТК на криволинейном участке в работе учтены динамические нагрузки, возникающие в ленте при пуске конвейера: достаточно точно динамические нагрузки можно оценить в случае, если известна диаграмма предварительного натяжения ленты предполагает наличие у привода предпусковой ступени.

8. Характерной особенностью ЛТК с криволинейной трассой является переменный и скачкообразно изменяющийся на криволинейном участке

коэффициент сопротивления движению, который не позволяет без корректировки использовать существующие теоретические методы расчета динамических нагрузок в конвейерной ленте.

Разработаны математическая и цифровая модели расчета динамических нагрузок в ленте трубчатого конвейера, учитывающая переменный по длине ЛТК коэффициент сопротивления движению и его дополнительное изменение на криволинейном участке.

9. Предложен стандартный набор криволинейных трасс ЛТК, для которых путем моделирования на ЭВМ установлены дополнительные динамические нагрузки, которые оценен при помощи специального коэффициента; так для ЛТК с криволинейным участком, расположенным в головной части этот коэффициент равен 1,15, в средней части - 1,1, в хвостовой части - 1,05.

В качестве исходного варианта для расчета динамической нагрузки в ленте трубчатого конвейера рекомендуется принимать условный прямолинейный трубчатый конвейер с параметрами, соответствующими рассчитываемому, постоянным коэффициентом сопротивления движению, равным среднеарифметическому значению между его значением в головной и хвостовой частях, при этом на нем реализована предварительная пусковая ступень. Предложена рассчитанная формула для определения величины основного динамического усилия.

8. Рассмотрено влияние ветрового потока на трубообразную ленту; предложены формулы для расчета вертикальной и нормальной составляющих ветровой нагрузки на трубообразную ленту.

9. Численными расчетами установлено, что при допустимых радиусах кривизны и существующих скоростях движения ленты центробежные силы инерции ленты и груза в расчетах можно не учитывать.

10. Разработана методика тягового расчета ленточного трубчатого конвейера с криволинейной трассой. Методика принята ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» к использованию при проектировании ленточных трубчатых конвейеров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванов, Никита Юрьевич, 2013 год

Литература

1. Бажанов П.А. Обоснование и выбор рациональных конструктивных параметров линейной части ленточного трубчатого конвейера для горной промышленности// Автореферат дисс. на соиск уч. степ. канд. техн. наук,- Москва, 2012.-24 с.

2. Сергеева Н.В. Обоснование метода расчета распределенных сил сопротивления движению ленты на линейной части трубчатого конвейера. // Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук, Москва, МГИ, 2009 -24 с