Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Дьяченко Антон Вячеславович. Обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера : Дис. ... канд. техн. наук : 05.05.06 Москва, 2006 172 с. РГБ ОД, 61:06-5/2889

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 15

1.1 Существующие теории и прикладные методы анализа

пластического деформирования сыпучей среды 15

1.2. Современное состояние исследований напряженного
состояния насыпного груза на желобчатой конвейерной
ленте 29

1.3 Математические модели формирования поперечного сечения

конвейерной ленты повышенной желобчатости ..- 35

1.4. Постановка задач исследования 41

* 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКОГО

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СЫПУЧЕГО

ГРУЗА ПРИ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ОБЖАТИЯ

КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТОЙ 42

  1. Постановка задачи 42

  2. Кинематика процесса сворачивания ленты в трубу

и граничные условия НДС груза 43

  1. Анализ напряженно-деформированного состояния груза и определение давления на ленту 53

  2. Сопоставление разработанной модели напряженно-деформированного состояния груза

с другими моделями 62

^ 2.5. Выводы по главе 68

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ СЫПУЧЕГО ГРУЗА ПРИ ПОВЫШЕННОЙ
СТЕПЕНИ ОБЖАТИЯ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТОЙ 70

  1. Описание экспериментальной установки 70

  2. Методика проведения экспериментального исследования 75

  3. Анализ результатов экспериментального исследования 76

3.4. Выводы по главе 86

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

НА УЧАСТКЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЖЕЛОБА 88

4.1.Анализ объемного напряженного состояния груза на участке

формирования желоба конвейера 88

  1. Расчетная модель формирования нагрузок на опорные элементы трубчатого ленточного конвейера на участке формирования желоба... 94

  2. Определение нагрузок на опорные элементы трубчатого ленточного конвейера на участке формирования желоба 101

  1. Определение нагрузок на ролики переходных роликоопор 101

  2. Определение нагрузок на ролики кольцевой роликоопоры

участка формирования желоба ленты ПО

4.4 Выводы по главе 120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123

ЛИТЕРАТУРА 127

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение к работе:

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 ко-

личество 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 Альсбах-

фельд 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 вы-

полнять прочностные расчеты элементов трубчатых ленточных конвейеров и конвейеров с лентой глубокой желобчатости.

Реализация результатов работы. Методика расчета давления груза на 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 - МГТУ), 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.

Подобные работы
Волин Игорь Алексеевич
Обоснование метода расчета соединений ленты с ходовыми каретками подвесных ленточных конвейеров для транспортирования горных пород
Щеголевский Михаил Миронович
Обоснование методов расчета и проектирования гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов
Поляков Андрей Вячеславович
Обоснование рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработка метода расчета эффективности процесса резания ими горных пород
Поляков Алексей Вячеславович
Разработка метода расчета эффективности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления и обоснование параметров устройства для их получения применительно к проходческим комбайнам
Голицын Сергей Вячеславович
Обоснование рациональных параметров опор скольжения ленточных конвейеров в зоне загрузки
Лунев Даниил Евгеньевич
Обоснование рациональных конструктивных и эксплуатационных параметров конвейеров с подвесной лентой для предприятий горной промышленности
Беслекоева Залина Николаевна
Обоснование параметров лопастного перегружателя для безударной загрузки конвейеров крупнокусковыми грузами
Кулагин Дмитрий Сергеевич
Обоснование допустимых радиусов изгиба трасс ленточных трубчатых конвейеров в горизонтальной плоскости
Атакулов Лазизжон Нематович
Обоснование параметров переходного участка загрузочного узла крутонаклонного конвейера с прижимной лентой для открытых горных работ
Рыжикова АГ
Обоснование способов обеспечения устойчивой работы двухбарабанного привода мощных ленточных конвейеров для горной промышленности

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net