Оптимизация расчетов непрерывных видов транспорта с учетом условий эксплуатации в горнорудной промышленности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© А.Н. Дедов, 2014

УДК 681.268 А.Н. Дедов

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ НЕПРЕРЫВНЫХ ВИДОВ ТРАНСПОРТА С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ГОРНОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Раскрыт механизм определения параметров конвейерного транспорта в зависимости от условий эксплуатации. Проведено сравнение величин сопротивления на прямолинейном участке ленточных и пластинчатых конвейеров. Классифицированы по следующим признакам эксплуатационные условия, оказывающие влияние на транспортные машины: среда, рабочее пространство и нагрузки и приведено их подробное описание.

Ключевые слова: ленточный конвейер, пластинчатый конвейер, тяговый орган, условия эксплуатации.

К устройствам транспорта непрерывного действия относят большую группу конвейеров, в том числе ленточных, пластинчатых, а также канатные подвесные дороги. Тяговый орган этих транспортных устройств образует замкнутый контур и в общем случае состоит из чередующихся прямолинейных и криволи нейных участков. В простейшем случае тяговый замкнутый контур состоит из двух участков: верхней ветви, перемещающей груз, и нижней оборотной ветви. Общее сопротивление движению тягового органа складывается из распределенных сопротивлений по длине прямолинейных и криволинейных участков и сосредоточенных сопротивлений в отдельных пунктах тягового контура, в основном на отклоняющих блоках, барабанов, звёздочек и в местах погрузки и промежуточной разгрузки.

На ленточном конвейере, как и на всяком транспортном устройстве непрерывного действия с замкнутым тяговым органом, действуют распределённые и сосредоточенные

силы сопротивления, которые за висят от мест погрузки-разгрузки, огибании барабанов (звёздочек) и в линейной части в зависимости от длины конвейера.

Сопротивление на прямолинейном участке ленточного конвейера, длиной L под углом наклона в можно представить в виде [1].

Wrp = (q + Qn + qp )* L * w * cos p ±

± (q + q„) * L * sin p;

Wnap = Q + qp )* L * w * ± ± q,1 * L* sin p

(1)

(2)

где , ^пор — соответственно сопротивление на грузовой и порожней ветвях замкнутого контура ленты, Н; д, дл — линейная сила тяжести груза и ленты, Н/м; а а" — линейная сила тяжести вращающихся частей роликов соответственно на грузовой и порожняковой ветви, Н/м; ш — приведенный коэффициент сопротивления движению.

Сопротивления движению на пластинчатых конвейерах, в отличие

от ленточных, можно определить по той же формуле (1), однако (дл + др) и

(Яп + ) необходимо заменить на д0,

т.е. линейную сипу пластинчатого полотна, т.к. пластины движутся совместно с роликами, прикрепленными к пластинам.

Расчеты непрерывных видов транспорта сводятся к определению натяжений тягового органа (ленты, цепи, каната и т.д.) с учетом предварительного натяжения 50 методом обхода контура

5наб = 5о + , Н; (3)

5сб = 5о + ^'пор, Н; (4)

Величина тяговой силы определяется как разность натяжений набегающей 5наб и сбегающей 5сб ветвей

5нб - 5сб = № , Н (5)

Мощность на валу двигателей, учитывая КПД редукторов п и скорость движения и определяют

№ ■ V N = -, кВТ,

(6)

п

где №о тяговая сила, кН; и— скорость движения, м/с; п — КПД установки, зависящая от передачи редуктор-барабан (звезда).

По результатам расчета определяют статическую прочность тяговой ленты, цепи или каната и, поскольку в расчетах не определяется динамическая составляющая, то её учитывают коэффициентом запаса прочности, величина которого может колебаться от 6 до 1о.

В приведенных ниже материалах раскрывается механизм определения параметров конвейерного транспорта от условий эксплуатации.

При выборе, проектировании и эксплуатации средств непрерывного транспорта необходимо учитывать

условия эксплуатации, которые тесно связаны с климатическими и геодезическими особенностями региона, горно-геологическими и горно-техническими факторами.

Эксплуатационные условия, оказывающие влияние на транспортные машины можно классифицировать по следующим признакам: среда, рабочее пространство и нагрузки [2].

Среда характеризуется следующими факторами: влажностью, запыленностью, абразивностью, температурными колебаниями, газоносностью и другими свойствами, усложняющими работу транспорта.

Влажная среда зависит от атмосферных осадков, выпадающих в местах, где эксплуатируется транспорт на поверхности (в карьерах) или обводненности горных выработок (в рудниках или шахтах), что оказывает отрицательное воздействие на транспортирующую поверхность и узлы машин: коррозию металла, вымывание смазки из подшипниковых узлов, повышенной износ трущихся поверхностей. При передаче тягового усилия от двигателя рабочему органу (например, ленте) влажность среды вызывает снижение коэффициента сцепления и, как следствие, пробуксовку ленты на барабане, поэтому натяжение тягового органа необходимо увеличивать на значительную (до 15—20%) величину, поэтому срок службы такого органа существенно снижается.

Попадание влаги в подшипниковые узлы приводит к тому, что необходимо узел защищать от внешней среды с помощью контактных уплотнений, что увеличивает коэффициент сопротивления движению полотна (например, на пластинчатых конвейерах до 10—15%), чем объясняется увеличение мощности приводных станций, особенно при пуске многоприводных систем. Опыт эксплуата-

ции пластинчатых конвейеров в угольных шахтах показал, что в обводненных выработках угольных шахт ролики в течение 3—4 месяцев эксплуатации полностью заштыбо-вывались (уплотнение — лабиринтное), что потребовало в последующих моделях (П-65м) заменить лабиринтные уплотнения на контактные и мощность приводов увеличить на 20—25 % [3].

Абразивность среды проявляется в виде повышенной истираемости транспортируемой поверхности и вместе с запыленностью вызывает износ трущихся поверхностей (ленты, желобов, цепи, звездочек и т.д.), поэтому для повышения износостойкости от истирания элементов увеличивают запасы прочности путем утяжеления конструкции (ленты, цепи), либо применяют специальные материалы с термической обработкой (металлов) или тканевые ленты заменяют на ленты с тросами.

Температурные колебания также влияют на работоспособность транспортных установок. В зимнее время на поверхности при низких температурах металлические элементы сжимаются, становятся хрупкими (цепи, звездочки и др), поэтому для их стойкости применяют повышенные запасы прочности, что может существенно влиять на расчетные параметры соответствующих установок. Высокие температуры окружающей среды также могут влиять на работоспособность элементов, поэтому в расче тах следует учитывать изменения температурных факторов: в зимнее время появляются дополнительные расходы энергии при смерзании смазок (в картерах, гидромуфтах и т.д.), примерзании транспортируемого материала к несущей поверхности (для очистки требуются специальные устройства) и т.д.

В большинстве случаев пространство, в котором функционируют транспортные машины характеризуется стесненностью, переменными углами подъема-спуска, криволинейно-стью в профиле и плане, непостоянством рабочего места, большой протяженностью и т.д.

Стесненность характерна для эксплуатации транспорта в подземных условиях шахт и рудников, в карьерах, в галереях, на погрузоч-но-разгрузочных пунктах, в тоннелях и т.д.

Данный фактор требует создание средств транспорта компактными, особенно по ширине и по высоте, поэтому зачастую приводные устройства в условиях стесненности располагают вдоль става (скребковые и пластинчатые конвейеры) или в местах установки приводив сооружают специальные камеры (ленточные конвейеры), что снижает в первом случае коэффициент полезного действия (в трехступенчатом редукторе скребковых и пластинчатых конвейерах) и требует увеличения мощности установок или снижает эффективность применения ленточных конвейеров за счет дополнительных расходов на сооружение камер.

Одним из существенных факторов, влияющим на работу конвейерно го транспорта является искривленность трассы в плане, что вынуждает в местах поворота осуществлять перегрузку с одного конвейера на другой, поскольку ленточные и скребковые конвейеры могут работать только прямолинейно, а применение пластинчатых конвейеров на криволинейных трассах увеличивает коэффициент сопротивления движению на 20—25 % в зависимости от радиуса поворота.

Нагрузки действующие на транспортные машины специфичны, кото-

рые создаются из-за неравномерности загрузки грузонесущею органа, неровности трассы, конструктивных недоработок, анормальных режимов работы транспорта. Данные обстоятельства вызывают значительные динамические нагрузки в тяговонесущих органах, что приводят к снижению усталостной долговечности узлов и деталей, а иногда к их деформации или поломке.

Поэтому при проектировании транспортных машин закладывают некото-

1. Спиваковский А.О. Транспортные ма шины и комплексы открытых горных разработок. - М.: Недра. - 1983.

2. Штокман И. Т. Проектирование и конструирование транспортных машин и комплексов. - М.: Недра. - 1986.

рый резерв прочности деталей (не менее 2,5 кратный), а тяговые элементы должны иметь запас: цепи от 6 до 8, ленты от 6 до 9, канаты от 9 до11 от максимального расчетного натяжения.

Таким образом, при расчете конвейерного транспорта необходимо досконально изучить не только характеристику трасс, но и условия эксплуатации, в которых предполагается применять конкретные виды непрерывного транспорта.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Дедов А.Н., Пырков Н.С. Промышленные испытания пластинчатого изгибающегося конвейера П65м. Угольное машиностроение, № 1. - М.: ЦниЭИуголь - 1978.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Дедов А.Н. - кандидат технических наук, КарГТУ, kargtu@kstu.kz

А

UDC 681.268 -

OPTIMIZED CALCULATION OF CONTINUOUS TRANSPORTATION EQUIPMENT CONSIDERING ITS ACTUAL OPERATING CONDITIONS IN ORE MINES

DedovA.N., Candidate of Engineering Sciences, Karaganda State Technical University, e-mail: kargtu@kstu.kz

The author illustrates determination and setting of conveyor equipment parameters depending on actual operating conditions. Resistances of the rectilinear sections of the belt and apron conveyors are compared. The operating environment factors that affect transport machines include ambiance, working area, loads. The article gives a detailed description of these factors.

Key words: belt conveyor, apron conveyor, take-off assembly, operating conditions.

REFERENCES

1. SpivakovskyA.O. Transport Machines and Mining Machine Complexes. Moscow: Nedra, 1983.

2. Shtokman I.T. Design and Construction of Transport Machine and Machine Complexes. Moscow: Nedra, 1986.

3. Dedov A.N., Pyrkov N.S. Industrial Tests of Curved Apron Conveyor P65m. In: Coal Mining Machine Engineering. Moscow: TsniElUgol, 1978.