CC BY
56
© К.К. Мулухов, З.Н. Бсслскосва, 2012
УДК 621.867.2.003.13
К.К. Мулухов, З.Н. Беслекоева
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ КРУТОНАКЛОННОГО ЛЕНТОЧНО-КОЛЕСНОГО КОНВЕЙЕРА ДЛЯ КРУПНОКУСКОВЫХ ГРУЗОВ И ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ
Рассмотрена усовершенствованная конструкция крутонаклонного ленточно-колесного конвейера. Основной отличительной особенностью предлагаемой конструкции является отсутствие дополнительной прижимной ленты, роль которой выполняют боковые участки самой грузонесушей ленты, образующей трубчатую конфигурацию. Прижимные элементы, установленные на ходовых опорах, обеспечивают не только прижатие слоя груза к ленте, но и поддерживают холостую ветвь ленты, что исключает применение роликоопор и на нижней ветви. Предлагаемый конвейер способен транспортировать крупнокусковые горные грузы и обеспечивает возможность бесперегрузочного подъема грузов из глубоких карьеров. Рассмотрены условия удержания груза на ленте и получены формулы для расчета параметров конвейера.
Ключевые слова: ленточно-колесный конвейер, глубокий карьер, крутонаклонный конвейер, прижимной рычаг.
С увеличением глубины разрабатываемых открытым способом месторождений проблема создания крутонаклонных конвейерных подъемников становится наиболее актуальной в развитии горно-транспортного машиностроения.
Применяющиеся в схемах с циклично-поточной технологией (ЦПТ) ленточные конвейеры традиционной конструкции на глубоких карьерах практически исчерпали себя, так как при максимальном угле подъема, превышающем 18° (как правило, меньше угла откоса карьера, что вносит технологические трудности), длина конвейерной линии достаточно велика и представляет собой несколько конвейеров с перегрузкой. Открытая поверхность груза на конвейере и несколько перегрузок служат дополнительным источником пылеобразова-ния [1].
В последние годы были предложены различные конструкции крутонаклонных ленточных конвейеров, основанные на использовании дополнительной прижимной ленты, прижимаемой к слою груза сверху катками, стационарно расположенными на участке подъема. Условием работоспособности таких конвейеров является наличие ровной верхней поверхности слоя груза. При повышенных углах наклона конвейера возможно просыпание груза через боковые щели между грузонесущей и прижимной лентами. Другим фактором, ограничивающим перспективы развития таких конвейеров, является необходимость вторичного дробления пород и руд в дорогостоящих передвижных или полустационарных дробильных агрегатах. Указанные недостатки ограничивают перспективы применения крутонаклонных конвей-
еров с дополнительной прижимной лентой при разработке месторождений со скальными и полускальными породами и рудами.
Ленточно-колесный конвейер для крупнокусковых горных грузов, предложенный проф. Спиваковским А.О., создает благоприятные возможности для использования прижимных устройств, установленных непосредственно на перемещающихся совместно с грузонесущей лентой ходовых опорах [2]. Важным преимуществом подъемного ленточно-колесного конвейера является возможность обеспечения бесперегрузочного транспортирования одним конвейером за счет использования нескольких контуров с ходовыми опорами в качестве промежуточных приводов.
В настоящей работе рассматривается усовершенствованная конструкция крутонаклонного конвейерного подъемника, в котором в отличие от предложенной ранее конструкции [3] роль дополнительных прижимных лент выполняют свободные от груза боковые участки самой грузонесущей ленты, а прижимные рычаги взаимодействуют с ними без креплений, образуя свободное нахлесточное соединение кромок над слоем груза. Такие изменения существенно упрощают конструкцию за счет исключения прижимных гофрированных лент и многочисленных креплений этих лент, как к ходовым опорам, так и к краям прижимных рычагов. Следует отметить и то, что исключается возможность просыпания мелких фракций груза в местах соединения грузонесу-щей и прижимной лент.
Кроме того, на холостой нижней ветви конвейера грузонесущая лента поддерживается теми же прижимными рычагами, что исключает необходимость в установке роликоопор на холостой ветви.
Устройство модифицированного крутонаклонного конвейера поясняется на рис. 1, а, б, в. Конвейер содержит грузонесущую ленту 1, огибающую концевые барабаны 2 и 3, опирающуюся на ходовые опоры 4 на верхней ветви и поддерживаемую прижимными рычагами 5 и 6 на нижней ветви. Конвейер установлен на раме 7. Прижимные рычаги 5, 6 шар-нирно установлены по краям ходовых опор 4, подпружинены относительно поворота и соединены с опорами посредством передаточных механизмов 22. Передаточный механизм может быть выполнен в виде конической передачи или пространственного шар-нирно-стержневого механизма. Ходовые опоры 4 снабжены катками 8, перемещающимися по верхним 9 и нижним 10 ходовым направляющим. Опоры 4 соединены между собой замкнутыми тяговыми органами (цепи) 11, огибающими верхние приводные звездочки 12 и нижние натяжные 13. На передаточных механизмах 22 смонтированы ролики 14, установленные на поворотных рычагах и взаимодействующие на концевых участках с копирными направляющими 15 и 16. При этом на верхней ветви копирные направляющие установлены с взаимным смещением относительно продольной оси конвейера.
На нижней ветви ленты 1 между головным разгрузочным барабаном 2 и приводными звездочками 12 расположена роликоопора обратной же-лобчатости 17 (рис. 1, а), а между натяжным барабаном 3 и натяжными звездочками 13 - отклоняющие барабаны 18. В пункте загрузки конвейера размещена амортизирующая роли-коопора 19, а между головным барабаном 2 и приводными звездочками 12 — переходная роликоопора 20. Между роликоопорой 19 и натяжными звездочками 13 установлен датчик
а
Рис. 1. Крутонаклонный ленточно-колесный конвейер для крупнокусковых грузов: а — схема конвейера; б — разрез конвейера по ставу, А-А, а; в — вид D на б
аварийной перегрузки конвейера 21 (рис. 1, а). При необходимости использования на конвейере дозирующего устройства, оно может выполнять также функции датчика аварийной перегрузки конвейера.
Конвейер работает следующим образом.
Загрузочное устройство подает груз на ленту 1. Загруженная лента после прохождения роликоопоры 19
поступает на ходовые опоры 4 с разведенными прижимными рычагами 5, 6. По мере прохождения роликами 14 копирных направляющих 16 на верхнем участке происходит поочередное сведение прижимных рычагов 5, 6 до образования нахлесточного соединения боковых краев ленты над слоем груза. На верхнем концевом участке копирные направляющие 15 воздействуют на ролики 14, вызывая
принудительное поочередное разведение прижимных рычагов 5, 6 и освобождение ленты 1 с грузом. Лента 1 через переходную роликоопору 20 поступает на головной барабан 2, осуществляющий разгрузку конвейера. После огибания головного барабана 2 лента 1 проходит через роликоопору обратной желобчатости 17, после чего захватывается сверху прижимными рычагами 5, которые сводятся в процессе прохождения роликами 14 ко-пирных направляющих 15. На нижнем концевом участке ролики 14 наезжают на копирные направляющие 16, что вызывает разведение прижимных рычагов 5, 6 и освобождение от захвата ленты 1 , которая через обводные барабаны 18 поступает на концевой натяжной барабан 3.
Удержание груза от ссыпания на ленте рассматриваемого крутонаклонного конвейера требует выполнения следующих трех условий:
• исключения разведения прижимных рычагов от распорных сил, вызываемых действием слоя груза между опорами;
• исключения проскальзывания слоя груза в сечении под прижимными рычагами;
• высыпание груза в пролете между опорами при отсутствии зоны перекрытия боковых участков конвейерной ленты.
Распорное давление от слоя груза на прижимные рычаги можно ориентировочно определить по формуле УкрНИИпроекта [4], или по формулам, предложенным в работе [5]. Принимая допущение о равномерном распределении распорного давления на прижимные рычаги, потребный крутящий момент для каждой из пружин в отдельности определяется из условия равновесия (рис. 2)
(1)
Рис. 2. Схема действия распорного давления на прижимные рычаги
„ pR2 a sin а тт
i =-, Нм
4
где р — распорное давление, Н/м; R — радиус кривизны прижимных рычагов, м; a -угол охвата рычагом слоя груза, рад.
С другой стороны необходимое усилие прижатия слоя груза в сечении под прижимными рычагами из условия отсутствия сползания груза вниз определяется (рис. 3)
2FT = 2Qf > qlsinp-f cosp , (2)
где Fi - сила трения между грузом и лентой, Н; Q — суммарное вертикальное усилие прижатия, Н; f - коэффициент трения между грузом и
лентой; qi--погонная нагрузка на
ленту от груза, Н/м; l — расстояние между прижимными рычагами, м; в -угол наклона конвейера.
Крутящий момент в данном случае определяется по формуле
T = Q< = qrl (sin p- f cos p) h
= 4 = 8f ■ l3)
Из двух значений крутящих моментов, полученных по формулам (1) и (3) расчетным будет наибольший. При расчете и проектировании пружины кручения, действующей на прижимной рычаг, расчетный крутящий момент следует принимать с коэффициентом запаса с учетом возможной перегрузки конвейера, а также поперечной жесткости конвейерной ленты.
Рис. 3. Расчетная схема к определению требуемого усилия прижатия
Конструктивно предлагаемый конвейер может быть отнесен к ленточным трубчатым конвейерам, которые получили широкое распространение в зарубежной практике в последние годы. В ленточных трубчатых конвейерах лента принудительно сворачивается в трубу при прохождении стационарных шести-роликовых опор, что существенно ограничивает допускаемый к транспортированию груз по кусковатости. Так для большинства таких конвейеров максимальный размер кусков не превышает 80 мм. Необходимым условием работоспособности трубчатых конвейеров является сохранение зоны перекрытия (ширина поверхности контакта боковых краев ленты, соединенных внахлестку). Величина зоны перекрытия в процессе эксплуатации может изменяться в зависимости от ряда факторов, наиболее важными из которых являются: расстояние между опорами, величина провеса ленты, характеристика груза, угол наклона конвейера к горизонту, характеристика конвейерной ленты.
В вопросе установления максимально допускаемого провеса ленты между роликоопорами существуют расхождения. В большинстве случаев величина рекомендуемого провеса изменяется от 1,25 до 2,5 % от расстояния между ролико-опорами. При определении провеса конвейерная лента рассматривается как гибкая нить. Как известно, при допущении о расположении погонной нагрузки от груза по горизонтальной проекции ленты между опорами лента принимает форму параболы (рис. 4, а). Величина провеса при этом определяется по формуле
5 =
( Яг + Ял )12 85
(4)
где - погонная нагрузка на ленту соответственно от груза и самой ленты Н/м; Б - натяжение ленты, Н.
При переходе на участок подъема вершина параболы смещается от середины пролета к опоре А (рис. 4, б).
В этом случае величина провеса определяется по формуле
5 =
( Яг + Ял ) 1 "сое р
85
(5)
где 10 - горизонтальная проекция расстояния между опорами, м.
Сравнивая обе формулы можно заметить, что величина провеса при переходе с горизонтального на наклонный участок уменьшается. Однако это не означает снижение опасности раскрытия нахлесточного соединения краев ленты, т.к. на наклонном участке возникает распорное давление верхнего слоя груза, которое и может привести к потере зоны перекрытия, что приведет к аварийной ситуации, связанной с просыпанием груза.
Рис. 4. Схема грузонесушей ленты как гибкой нити: а — на горизонтальном участке конвейера; б — на наклонном участке конвейера
Из формул (4), (5) можно определить предварительное натяжение ленты при определенных значениях дг, дЛ, 10, при этом д необходимо принять минимальным (5=(0,015^0,02)10. Предварительное натяжение ленты может оказаться недостаточным и его потребуется увеличить. Поэтому при проектировании конвейера нового типа следует предусмотреть возможность увеличения натяжения грузонесущей ленты.
Выводы
Предлагаемый в работе усовершенствованный крутонаклонный конвейер не требует применения дополнительного контура с прижимной лентой, что существенно упрощает конструкцию. Кроме того, применение такого конвейера позволит исключить дорогостоящее вторичное дробление горных грузов и обеспечивает возможность бесперегрузочного транспортирования грузов из глубоких карьеров.
Рассмотрены условия надежного удержания слоя груза при повышенных углах наклона конвейера и получены формулы для определения основных параметров.
1. Шешко O.E. Эколого-экономические предпосылки применения новык средств транспортирования из глубоких карьеров. Горный информационно-аналитический бюллетень, отдельный выпуск 16. - М.: МГГУ, 2009. — С. 238—245.
2. Мулухов К. К. Ёенточно-колесные конвейеры. — Владикавказ: Терек, 2000.
3. Мулухов К.К., Беслекоева З.Н. Крутонаклонный конвейерный подъемник для круп-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
нокусковых грузов и глубоких карьеров. горный информационно-аналитический бюллетень, 2009. — № 3. — С. 249—257.
4. Шахмейстер Л.Г., Солод Г. И. Подземные конвейерные установки. — М.: Недра, 1976. — 174 с.
5. Галкин В. И. и др. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий. — М.: МГГУ,2005. — С. 342—246. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Мулухов Казбек Казгериевич - доктор технических наук, профессор,
Беслекоева Залина Николаевна - кандидат технических наук, доцент, bezalina60@yandex.ru, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).
