Главная » 2014»Август»23 » Скачать Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий. Яхонтов, бесплатно
11:37 PM
Скачать Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий. Яхонтов, бесплатно
Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий
Диссертация
Автор: Яхонтов, Юрий Александрович
Название: Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий
Справка: Яхонтов, Юрий Александрович. Развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для горных предприятий : диссертация доктора технических наук : 05.05.06 Москва, 2005 319 c. : 71 06-5/124
Объем: 319 стр.
Информация: Москва, 2005
Содержание:
Введение
Глава 1 Обзор конструкций подвесных роликоопор ленточных конвейеров и научно-исследовательских работ, посвященных силовому взаимодействию ленты с роликоопорами
11 Обзор конструкций подвесных роликоопор
12 Обзор научно-исследовательских работ, посвященных силовому взаимодействию ленты с роликоопорами
Глава 2 Исследование силового взаимодействия ленты с подвесными роликоопорами
21 Определение поперечных сил действующих на ленту при её боковом сходе на подвесных роликоопорах с плечом крепления на канатах става (тип 1)
22 Определение поперечных сил, действующих на ленту при её боковом сходе на подвесных роликоопорах с шарнирным соединением со ставом (тип 2 и 3)
23 Экспериментальные исследования подвесных роликоопор на Гайском ГОКе и стенде института УкрНИИпроект
Глава 3 Особенности тягового расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами
31 Определение натяжения ленты на грузовой ветви горизонтального конвейера
32 Определение натяжения ленты на грузовой ветви бремсбер-гового конвейера
33 Определение натяжения ленты на грузовой ветви уклонного конвейера
Глава 4 Определение натяжения канатов става с подвесными роликоопорами
41 Изменение натяжения канатов при взаимодействии ленты с подвесными роликоопорами
42 Исследование влияния температуры на натяжение канатов става
Глава 5 Определение и исследование областей устойчивости поперечного движения ленты
51 Исследование поперечного движения ленты
52 Анализ областей устойчивого движения ленты
53 Исследование бокового схода ленты на горизонтальных и наклонных конвейерах с подвесными роликоопорами
54 Предлагаемые конструкции линейной части ленточного конвейера
Глава 6 Исследование автоколебаний подвесных роликоопор
61 Автоколебательные процессы на ставе с подвесными роликоопорами
62 Экспериментальное определение зависимости приведенного коэффициента трения f от угла перекоса ролика у
63 Вывод уравнения движения подвесной роликоопоры при шарнирном креплении к ставу (горизонтальный конвейер)
64 Решение уравнения движения подвесной роликоопоры для горизонтального конвейера
65 Вывод и решение уравнения движения подвесной роликоопоры с плечом крепления на канатном ставе бремсбергового конвейера
66 Определение области автоколебаний подвесных роликоопор на уклонном конвейере
Введение:
Ленточные конвейеры, являясь одним из наиболее эффективных и высокопроизводительных видов конвейерного транспорта, нашли широкое применение на подземных и открытых горных работах. Применение ленточных конвейеров обеспечивает на горных предприятиях интенсивный путь развития, позволяя использовать поточную и циклично-поточную технологию, широко внедрять автоматизацию производственных процессов, соответствуя при этом современным экологическим требованиям.
Постоянно растут объёмы перевозок ленточными конвейерами в угольной 1 промышленности, черной металлургии, промышленности нерудных строительных материалов и других отраслях. По данным работы [74] объём вскрышных пород по угольным разрезам, перемещаемый различными видами транспорта к 2010г. достигнет 650-670 млн.м3 в год. При этом объём перемещаемой горной массы в 2005-2010 гг., приходящийся на конвейерный транспорт, в процентах к общему объёму перевозок, в схемах циклично-поточной технологии составит 12-14%, и на конвейерный транспорт в схемах поточной технологии — 8-10%. В этой же работе отмечается перспективность использования комбинации автомобильного и конвейерного транспорта и приводятся следующие данные о значительном улучшении показателей процесса транспортирования по сравнению с применением «чистого» автотранспорта, В зависимости от размеров грузопотоков, глубины разреза и расстояния транспортирования, себестоимость транспортирования снижается на 25-35%, удельные энергозатраты сокращаются в 1,5-2,0 раза, трудоёмкость уменьшается, в зависимости от размера грузопотока, в 1,3-1,5 раза. Также приводятся сведения о том, что в Европе в связи с широким применением многоковшевых экскаваторов на угольных карьерах массовое распространение получил именно конвейерный транспорт.
Подземная добыча угля в настоящее время характеризуется высоким удельным весом применения конвейерного транспорта. Опыт эксплуатации и постоянное совершенствование конструкции позволяют считать ленточные конвейеры одним из наиболее применяемых видов транспорта не только сегодня, но и в перспективе.
Эффективность применения ленточных конвейеров во многом зависит от стабильной работы линейной части конвейера (става и роликоопор), поскольку именно на линейной части конвейера наблюдаются основные причины выхода из строя лент (самого дорогостоящего элемента конвейера) и роликов, которых, например, только на грузовой ветви конвейера длиной в 1000 м находится около 3000 шт.
Таким образом, конструктивное совершенствование ленточных конвейеров, их экономически эффективное применение невозможны без совершенствования и установления рациональных параметров элементов линейной части конвейера.
В отечественной и мировой практике всё большее применение находят ленточные конвейеры с подвесными роликоопорами. Например, из 11 типов конвейеров (с учетом модификаций) отечественного типажного ряда подземных ленточных конвейеров с шириной ленты 1000 мм, 10 типов (т.е. все, кроме специального грузолюдского 2ЛЛ100) выпускаются с канатным ставом и подвесными роликоопорами, причём роликоопоры могут крепиться к канатному или жесткому ставу [69].
В работах [17, 95] делается вывод, что конструкция ленточного конвейера с подвесными, шарнирными (или гибкими) роликоопорами, является наиболее прогрессивной при транспортировании крупнокускового груза. При этом снижаются динамические нагрузки на ленту и ролики и увеличивается срок службы ленты. Навеска подвесных роликоопор на канаты става уменьшает металлоемкость конструкции конвейера на 30-40%. В качестве недостатка отмечается некоторое увеличение коэффициента сопротивления движению ленты за счет дополнительного деформирования груза. В работе [49] на основании анализа конструкций обоснован более высокий обобщённый показатель качества конвейеров с подвесными роликоопорами.
Аналогичная тенденция широкого применения ленточных конвейеров с канатным ставом и подвесными роликоопорами имеет место и за рубежом. В работе [15] приводятся данные, согласно которым в США свыше 90% ленточных конвейеров, работающих в подземных условиях, имеют канатный став. Указываются преимущества и недостатки таких конвейеров (с канатным ставом и подвесными роликоопорами) по сравнению с конвейерами с жесткоуста-новленными роликоопорами. Среди основных преимуществ — следующие: 1) упрощается доставка конвейера и уменьшаются габариты узлов, а также снижается трудоёмкость монтажа, демонтажа и наращивания конвейера; 2) капитальные затраты на несущую конструкцию на 10-20% ниже, чем у конвейеров с жестким ставом. При этом эксплуатационные расходы ( в пересчёте на конвейерную установку длиной в 500 м) ниже на 3-5%; 3) уменьшаются повреждения ленты и роликоопор и снижаются просыпи груза; 4) с применением гибких ро-ликоопор улучшается центрирование ленты.
Одной из важнейших проблем в конвейеростроенни является повышение срока службы ленты. Одной из основных причин выхода лент из строя является боковой сход ленты на грузовой и порожняковой ветвях и, как следствие, изнашиваются борта ленты, происходят её порывы, а также просыпается транспортируемый груз. В работе [38] приводятся данные по угольной промышленности по выходу лент из строя. Были обследованы повреждения лент: 2131 повреждение на подземных конвейерах, 978 на конвейерах обогатительных фабрик и на поверхности шахт. В процентном соотношении к общему количеству повреждений лент, в среднем по комбинатам, расслоение бортов составило л 13% (в отдельных случаях — свыше 30%), а поперечные порывы — 12%. Обе эти причины можно отнести к последствиям бокового схода ленты. Таким образом, в среднем по комбинатам выход лент из строя по причине аварийного (свыше допустимого) бокового схода ленты достигал значительной величины — 25%, превосходя все остальные причины.
В работе [35] приводятся сведения о том, что на магистральных конвейерах шахты «Павлоградская» резинотросовые ленты выходят из строя в основном из-за износа бортов и вырыва крайних тросов. При этом подчеркивается, что причины снятия лент с эксплуатации именно эти, а не износ обкладок. 1
Аналогичное явление наблюдалось и на ленточных конвейерах, работающих в других отраслях промышленности. В работе [72] дан подробный анализ причин простоев роторно-конвейерных комплексов на горно-обогатительных комбинатах КМА. Простои комплексов, составляющие 60-70% календарного времени происходили из-за нарушения в работе конвейеров. И около двух третей простоев были вызваны выходом лент из строя, причём основной причиной этого послужил боковой сход ленты. Например, по Михайловскому карьеру (комплекс КГТО-2) за один год аварийные простои роторных комплексов по причине схода ленты, её порывов и заштыбовки става составили свыше 70% от общего количества простоев.
Одной из основных причин простоев комплексов называется боковой сход ленты на грузовой ветви. Количество просыпавшегося грунта (из-за бокового схода ленты на грузовой ветви) по всей длине конвейерной линии вскрышного комплекса КГТО-2 (Михайловский карьер) составляло в среднем 4ч-4,5 тыс.м3 в месяц, т.е. около 2% месячной производительности комплекса. В работе [79], также приводятся данные о значительных трудозатратах по уборке просыпей. Около 30% трудозатрат от общего количества по обслуживанию ленточных t конвейеров приходится на уборку просыпей и устранение других последствий бокового схода ленты.
Анализ причин бокового схода ленты проанализирован во многих работах [72, 79, 104, 105 и др.]. В качестве итога можно отметить, что предвидеть все причины, вызывающие боковой сход ленты, невозможно. Например, такие, как изменение гипсометрии почвы, неодинаковый коэффициент сопротивления - - У ? вращению боковых роликов и другие причины. По данным работы [79], при наиболее интенсивном пучении почвы периодичность выставления става для конвейера IJI80 составляла 25-40 суток. В той же работе делается вывод, что трудозатраты по выставлению става конвейера составляют около 60 человеко-часов на 1000 м.
Возвращаясь к проблеме применения ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами (о преимуществах применения которых говорилось выше), следует отметить, что вопросы устойчивости поперечного движения ленты на таких конвейерах должны рассматриваться ещё детальнее, ввиду специфических особенностей работы подвесных роликоопор, положение которых относительно ленты может меняться в зависимости от угла наклона конвейера или характера взаимодействия с движущейся лентой. Вопросы устойчивости поперечного движения ленты ранее рассматривались в основном применительно к конвейерам с жестким ставом и жесткоустановленными роликоопорами. Неисследованными остались вопросы влияния конструктивных вариантов подвески роликоопор на устойчивость поперечного движения ленты. Наблюдения за работой конвейеров с подвесными роликоопорами показали, что тип подвески и положение роликоопоры относительно ленты являются определяющими факторами влияющими на центрированное движение ленты. Например, в работе [139] приводятся данные о том, что подвесные роликоопоры на канатном ставе не всегда обеспечивают центрированное движение ленты. Так, на одном и том же конвейере, имеющем наклонные участки трассы, при движении вниз под уклон движение было неустойчивым, а вверх — устойчивым. Роликоопоры были шарнирно закреплены на канатах става и на участке, где лента двигалась вниз под уклон роликоопоры поворачивались относительно места крепления вперед по ходу движения ленты, создавая перекос роликов в плане конвейера. Данное положение роликоопоры, при боковом сходе ленты должно создавать децентрирующее ленту усилие. При отклонении роликоопоры назад (при движении ленты вверх по уклону), поперечная сила трения, при боковом сходе ленты, наоборот, центрирует ленту.
Таким образом, для разных конструктивных типов става с подвесными роликоопорами необходимо более углублённо исследовать поперечное движение ленты на основании разработки математической модели этого движения, учитывающей конструктивные особенности подвесных роликоопор и позволяющей устанавливать области устойчивого движения ленты. При этом для компенсации возмущающих сил, вызывающих боковой сход ленты и стабильной работы ленточных конвейеров, одной из первостепенных задач является создание и применение таких конструкций ставов ленточных конвейеров, которые обеспечивали бы достаточно хорошее самоцентрирование поперечного движения ленты.
Из-за возможности изменения положения подвесной роликоопоры при движении ленты или в зависимости от угла установки конвейера необходимо учитывать, при тяговом расчете, возникновение дополнительного сопротивлес ния движению ленты от перекоса боковых роликов в плане конвейера.
При нелинейном характере силы трения, возникающей между лентой и боковыми роликами подвесной роликоопоры с падающим участком кривой, могут возникать автоколебания подвесных роликоопор, приводящие к износу ленты, роликоопор и нестабильной работе конвейера (колебаниям канатов става, неустойчивому движению ленты, увеличению динамических усилий при транспортировании груза). Необходимо исследование автоколебаний подвесных роликоопор, установление условий их возникновения и определение областей автоколебательных режимов в зависимости от параметров конвейера, с расчетом частот и амплитуд этих колебаний.
На основании анализа приведенных в работе научных исследований и опыта эксплуатации ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами сформулирована следующая цель работы: развитие теории и разработка методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами для обоснования конструктивных параметров линейной части, повышающих срок службы ленты, роликов и других элементов конвейера.
Идея работы. Повышение срока службы ленты, роликов и других элементов конвейера достигается за счет определения рациональных параметров его линейной части, полученных на основании исследования силового взаимодействия движущейся ленты с роликоопорой и разработки методов расчета конвейеров с подвесными роликоопорами.
Основные научные положения, выносимые на защиту: математическая модель силового взаимодействия ленты с подвесной роликоопорой, позволяющая определить поперечные и продольные силы, действующие на ленту в зависимости от параметров конвейера и физико-механических свойств груза; метод расчета распределённых сопротивлений движению ленты на ветвях ленточного конвейера, оборудованных подвесными роликоопорами, с учетом дополнительных продольных сил, возникающих от взаимодействия ленты с роликами, имеющими перекос в плане конвейера, и участвующих в формировании тягового усилия; математическая модель поперечного движения ленты по подвесным роликоопорам, позволяющая определить критическую жесткость системы, при которой возникает неустойчивое движение (угол бифуркации поперечного движения ленты) и обосновать с использованием фазовой плоскости области и вид устойчивого движения ленты; математическая модель вращательного движения подвесной ролико-опоры относительно мест её крепления на ставе, с установлением условий возникновения автоколебаний подвесных роликоопор и определением областей автоколебательных режимов в зависимости от конструктивных параметров конвейера и расчетом частот и амплитуд этих колебаний; метод расчета натяжения канатов става ленточного конвейера свободно лежащих на опорных стойках, с учетом силового взаимодействия ленты с подвесными роликоопорами, а также температуры окружающей среды.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями. Теоретические исследования базируются на известных методах теоретической и прикладной механики, математическом анализе, теории дифференциальных уравнений, теории устойчивости движения механических систем, теории автоколебательных процессов. Лабораторные и промышленные исследования подтверждают правильность теоретических положений и расчетов. Расхождения полученных в диссертации теоретических и экспериментальных данных не превышает 10—12 %.
Научная новизна. Разработана математическая модель силового взаимодействия ленты с подвесной роликоопорой линейной части конвейера, отличающаяся тем, что при определении поперечных и продольных сил, действующих на ленту дополнительно учтены силы трения, возникающие от сопротивления движению ленты по роликам, имеющим перекос в плане конвейера, а также момент сил от натяжения канатов при варианте подвески роликоопоры с плечом крепления на канатах става.
Предложен метод расчета сопротивления движению ленты на линейной части конвейера с подвесными роликоопорами, отличающийся тем, что в нем учтены дополнительные продольные силы, возникающие от взаимодействия ленты с роликами, имеющими перекос в плане конвейера, и участвующие в формировании тягового усилия.
Разработана математическая модель поперечного движения ленты по ставу, оборудованному подвесными роликоопорами, представляющая собой механическую систему с распределенными параметрами, описываемую дифференциальным уравнением в частных производных пятого порядка, на основании которой определена критическая жесткость системы, характеризующая условия возникновения неустойчивого движения ленты и соответствующая углу бифуркации поперечного движения ленты. С использованием метода фазовой плоскости и построением фазовых портретов исследованы области и определен вид поперечного движения ленты для исследуемых конструктивных типов подвесных роликоопор с учетом угла наклона конвейера.
Разработана математическая модель вращательного движения подвесной роликоопоры относительно мест её крепления на ставе, с определением условий возникновения и областей существования автоколебаний подвесных роликоопор и расчетом частот и амплитуд этих колебаний в зависимости от конструктивных параметров конвейера.
Предложен метод расчета натяжения канатов става конвейера, свободно лежащих на опорных стойках, отличающийся тем, что учитывает продольные силы, возникающие в канатах от взаимодействия ленты с подвесными роликоопорами при перекосе боковых роликов, а также температуру окружающей среды.
Научное значение работы состоит в новом развитии теории и разработке методов расчета ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами, которые базируются: на исследовании силового взаимодействия ленты с подвесной ро-ликоопорой и определении поперечных сил, действующих на ленту при её боковом сходе; на исследовании устойчивости поперечного движения ленты на конвейерах, оборудованных подвесными роликоопорами, и построении на основе теории устойчивости по A.M. Ляпунову областей устойчивого движения ленты; на уточнении тягового расчета конвейера с учетом продольных сил трения, возникающих при взаимодействии ленты с роликами подвесных роликоопор, имеющими перекос в плане конвейера; на определении областей, частот и амплитуд стационарных автоколебаний подвесных роликоопор и путей устранения этих автоколебаний; на расчете натяжения канатов става, свободно лежащих на опорных стойках, в котором учтены продольные силы трения, возникающие при взаимодействии ленты с подвесными роликоопорами, боковые ролики которых, имеют перекос в плане конвейера, а также температура окружающей среды.
Практическое значение работы заключается в разработке: метода расчета поперечных сил, действующих на ленту при её боковом сходе на конвейере с подвесными роликоопорами; методики расчета сопротивления движению ленты на линейной части конвейера с подвесными роликоопорами и метода расчета натяжения канатов става; методики определения областей устойчивого поперечного движения ленты; метода определения областей и условий возникновения автоколебаний подвесных роликоопор.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика уточненного тягового расчета и Методика определения областей устойчивого поперечного движения ленты конвейеров с подвесными роликоопорами использованы институтами ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИИПТМаш при проектировании ленточных конвейеров и при разработке транспортно-технологических схем, а также в учебном процессе в дисциплинах «Эксплуатация и расчет горнопроходческих машин и механизмов» и «Горнотранспортные и дорожно-строительные машины» в Московском государственном геологоразведочном университете.
Апробация работы. Работа и её отдельные положения докладывались на конференциях: «Повышение надёжности и производительности конвейерного транспорта на горнодобывающих предприятиях» (г. Челябинск, 1980 г.); «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX-XXI веков» (г. Москва, МГГА, 1998 г.); IV международная конференция «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, МГГА, 1999 г.); V международная конференция «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, МГГА, 2001 г.); Четвертая международная научно-практическая конференция «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых» (г. Москва, МГГРУ, 2004 г.); на научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Моеква, МГГУ, 2004 г.); на заседании кафедры «Механизация и автоматизация горных и геологоразведочных работ» МГГРУ (г. Москва, 2005 г.); на заседании кафедры «Горной механики и транспорта» МГГУ (г. Москва, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 работ, в том числе получено 9 авторских свидетельств и патентов.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 142 наименований, содержит 94 рисунка, 4 таблицы, 2 приложения.
