CC BY
157
УДК 656.615.073.27.004.69:664.7
М. С. Турпищева, Н. В. Дульгер, В. К. Пенский
ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ ПОРТОВЫХ ЗЕРНОВЫХ ТЕРМИНАЛОВ
Предлагается методика оценки надежности ленточных конвейеров, используемых для транспортировки зерновых грузов в портах при загрузке и разгрузке судов и на складах силосного типа. Согласно результатам исследований основные элементы конвейера испытывают значительные динамические нагрузки, результатом действия которых являются отказы элементов конвейера. Реализации процессов нагружения системы могут быть получены методами компьютерного имитационного моделирования. Учет влияния факторов риска позволит оценить надежность конвейерной системы и определить соответствующие нормативные значения конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров.
Ключевые слова: ленточный конвейер, зерновые грузы, зерновой терминал порта, транспортировка зерна, динамические нагрузки, отказы элементов конвейера, надежность системы транспортировки.
Введение
Увеличение грузопотоков сыпучих грузов, глобализация перевозок и интенсификация логистических процессов создают необходимость дальнейшего развития и совершенствования способов их транспортировки и хранения. Доля насыпных грузов в общем объеме грузовых перевозок весьма значительна. Особое место занимают перевозки зерновых грузов. По данным главы Минсельхоза РФ Н. Федорова, логистические мощности портов России рассчитаны на вывоз зерновых в объеме 40 млн т в год.
Традиционной и наиболее экономичной является бестарная перевозка зерновых грузов с промежуточным хранением в складах силосного типа.
Базисным оборудованием для перевалки таких грузов в речных и морских портах являются машины непрерывного транспорта, пневмоустановки, грейферные краны и погрузчики.
Возрастающий грузооборот зерновых терминалов портов предусматривает внедрение новых энергосберегающих и экологически чистых технологий и модернизацию существующего оборудования, увеличение производительности, надежности и безопасности процессов транспортировки, перегрузки и хранения зерна в порту.
Основные проблемы, которые возникают при работе с мелкозернистыми, пылевидными, склонными к образованию взрывоопасных сред грузами, являются:
- интенсивное пыление, которое приводит не только к потерям груза на причалах портов (1-3 % годового грузооборота), но и к негативному воздействию на окружающую среду, ускоряет износ деталей машин;
- потеря груза при его перегрузке грейферными кранами и конвейерными системами (0,1-0,5 % годового грузооборота);
- отказ перегрузочного оборудования из-за недостаточной надежности и тяжелых условий эксплуатации.
На зерновых терминалах астраханских речных портов при перегрузке зерна используются в основном конвейерные системы, в составе которых значительное место занимают ленточные транспортеры.
Для достижения высокой производительности скорость движения ленты должна составлять не менее 1-3 м/с, а протяженность трассы - 100 м и более. При этом сыпучий груз на ленте и само ленточное полотно испытывают значительные динамические нагрузки. При перемещении груженого ленточного полотна по роликоопорам наблюдаются пространственные колебания высоких и низких частот. При совпадении частоты колебаний ленты с частотой собственных колебаний опорной конструкции возможен резонанс, резкое увеличение просыпания груза, нарастание нагрузок на элементы конвейера.
Провисание ленты при прохождении через роликовые опоры вызывает поперечные колебания, частота которых зависит от ее натяжения. Параметры поперечных колебаний можно определить, рассматривая ленту с грузом как однородную струну, находящуюся под натяжением и движущуюся относительно опор [1].
Частота поперечных колебаний, Гц:
V] = 2/^—7/(- - и2), Р
где — - натяжение ленты, Н; р - линейная плотность ленты с грузом, кг/м; I - расстояние между опорами, м; и - скорость движения ленты, м/с.
Продольные колебания ленты зависят от скорости распространения в ней упругой волны. Параметры продольных колебаний замкнутого тягового органа могут быть получены, если рассматривать его как стержень с распределенной массой [1]. В этом случае средняя частота колебаний основного тона, Гц:
у2 = а/4£ ,
где а - приведенная скорость распространения упругой волны на рабочей и холостой ветвях тягового органа, м/с; Ь - расстояние между осями барабанов, м.
Колебательные процессы в ленте запускаются при включении электродвигателя и особенно опасны при запуске загруженного конвейера.
Появление ощутимых динамических нагрузок связано также с технологией загрузки и выгрузки ленточных конвейеров на разгонных участках, где наблюдается значительный износ ленты. При падении кускового материала в местах загрузки конвейера возникают быстро нарастающие удары. Нагрузка к ленте прикладывается в виде удара из-за выбора зазоров между ротором электродвигателя и элементами приводного барабана. Для уменьшения динамического ударного воздействия на полотно ленты поступающий груз должен иметь скорость по величине и направлению близкую к скорости движения ленточного полотна.
Динамические нагрузки в ленте конвейера возникают по следующим причинам.
1. Порывы в местах износа, особенно опасные в местах стыковок, ранее подвергавшихся ремонту.
2. Пробуксовка полотна.
3. Отставание концевой части от головной для длинных конвейеров.
4. Износ и поломка деталей передач и металлоконструкции ленточного става.
В результате снижаются надежность и безопасность процесса перегрузки, сроки службы элементов конвейера, увеличиваются простои оборудования, затраты на ремонт.
Надежность ленточного конвейера определяется на основании расчета надежности его узлов и деталей. Согласно [2], выход из строя одного из основных элементов конвейера приводит к остановке (отказу) всей системы. Предупреждение отказов таких систем предусматривает необходимость оценки предельных значений, определяющих надежность параметров и диапазоны их безопасных изменений. Эти задачи решаются на основании статистики отказов или данных натурных испытаний.
Однако для анализа сложных систем при требовании высокой надежности интерес представляют расчетно-экспериментальные вероятностные методы, основным инструментом которых является вероятностное моделирование динамики локальных состояний системы с оценкой функций безопасности и риска по заданным критериям отказа. Реализация процессов нагруже-ния системы может быть получена методами компьютерного имитационного моделирования.
Для оценки функций риска с учетом конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов исследуемую систему можно представить [3] как динамическую систему состоящую из узлов о и элементов е, с начальным Е0 и конечным Е/ состояниями:
= U^
i
; i = 1, n; j = 1, m,
20 ^ / •
Для обеспечения безопасности необходимо удерживать динамику Е во множестве безопасных состояний на заданном сроке эксплуатации системы. Принадлежность к этому множеству определяется функцией безопасности ФЕ и функцией риска RЕ(t).
Функцию безопасности представляют как вероятность устойчивости системы при возмущении ее элементов:
ФЕ(t) = Р{t: var [ev]е £ф}.
Функцию риска RE можно определить как вероятность нежелательных последствий при нарушении устойчивости элементов системы:
Re (t) = P {t: H | var [ep ]e £ф),
где var[ej] - вариации состояний элементов системы; ЕФ - множество устойчивых состояний элементов; Н - вектор опасностей; Р - вероятность события.
Заключение
Таким образом, для оценки конструктивных и эксплуатационных параметров ленточных конвейеров, используемых при транспортировке зерна на зерновых портовых терминалах, целесообразно методами имитационного компьютерного моделирования получить спектр реализаций процессов нагружения и оценить надежность и вероятность рисков отказов исследуемой системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вайнсон А. А. Подъемно-транспортные машины / А. А. Вайнсон. М.: Машиностроение, 1974. 431 с.
2. Шахмейстер Л. Д. Теория и расчет ленточных конвейеров / Л. Д. Шахмейстер, В. Г. Дмитриев. М.: Машиностроение, 1987. 335 с.
3. Лепехин А. М. Риск-анализ конструкций потенциально опасных объектов на основе вероятностных моделей механики разрушения: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / А. М. Лепехин. Новосибирск, 2000. 36 с.
4. URL: www.Zol.ru.
Статья поступила в редакцию 20.12.2014, в окончательном варианте - 16.02.2015
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Турпищева Марина Семеновна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, профессор; профессор кафедры «Техника и технология наземного транспорта»; mturpi@mail.ru.
Дульгер Надежда Валерьевна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Техника и технология наземного транспорта»; ndulger@yandex.ru.
Пенский Василий Константинович - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; студент, специальность «Наземные транспорт-но-технологические комплексы»; Vasily_Pensky@mail.ru.
M. S. Turpishcheva, N. V. Dulger, V. K. Penskiy
ISSUES OF RELIABILITY OF BELT CONVEYERS OF PORT GRAIN TERMINALS
Abstract. The technique of reliability prediction of the belt conveyers used for transportation of grain freights in ports at loading and unloading of the ships and in the silage warehouses is offered. According to the results of the researches, the main conveyor elements experience significant dynamic loads, the results of which are failures of the elements of the conveyor. The mechanization of the processes of the system loading can be carried out by the methods of computer simulation modeling. Taking into account the effect of risk factors allows to estimate the reliability of the conveyor system and to determine the corresponding standard values of the constructive, technological and operational parameters of the transportation system.
Key words: belt conveyer, grain freights, grain terminal of a port, grain transportation, dynamic loads, failures of elements of the conveyor, reliability of transportation system.
REFERENCES
1. Vainson A. A. Pod"emno-transportnye mashiny [Lifting and transporting machines]. Moscow, Mashi-nostroenie Publ., 1974. 431 p.
2. Shakhmeister L. D., Dmitriev V. G. Teoriia i raschet lentochnykh konveierov [Theory and analysis of the belt conveyers]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1987. 335 p.
3. Lepekhin A. M. Risk-analiz konstruktsii potentsial'no opasnykh ob"ektov na osnove veroiatnostnykh modelei mekhaniki razrusheniia. Avtoreferat dis. dok. tekhn. nauk [Risk analysis of the constructions of potentially dangerous objects based on the probabilistic models of the failure mechanics. Abstract of dis. doc. tech. sci.]. Novosibirsk, 2000. 36 p.
4. Available at: www.Zol.ru.
The article submitted to the editors 20.12.2014, in the final version - 16.02.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Turpishcheva Marina Semenovna - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science, Professor; Professor of the Department "Machinery and Technology of Land Transport"; mturpi@mail.ru.
Dulger Nadejda Valerievna - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Machinery and Technology of Land Transport"; ndulger@yandex.ru.
Penskiy Vasiliy Konstantinovich - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Student, Specialty "Land Transport Technological Complexes"; Va-sily_Pensky@mail.ru.
