CC BY
46
© Ю.Д. Тарасов, Д.Е. Лунев, 2006
УДК 621.876.2
Ю.Д. Тарасов, Д.Е. Лунев
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНВЕЙЕРА С ПОДВЕСНОЙ ЛЕНТОЙ
Семинар № 19
ЖЭ последние годы рядом органи-
Л.З заций, в том числе Санкт-Петербургским горным институтом (техническим университетом) ведутся работы по созданию нового поколения ленточных конвейеров с подвесной лентой, которые являются альтернативными в определенных условиях производства конвейерам с опиранием ленты на стационарные роликоопоры, размещенные на грузонесущей и нерабочей ветвях.
При этом разрабатываются конвейеры со следующими вариантами опира-ния ленты:
1) на сдвоенные ходовые катки с возможностью их перемещения по трубчатым направляющим; 2) на одинарные ходовые катки в сочетании с контрольными упорами; 3) на одинарные катки с их перемещением по желобчатым направляющим; 4) на стационарные дисковые ролики, взаимодействующие с бортами ленты и другие способы опирания подвесной ленты.
Конвейеры с подвесной лентой по сравнению с традиционными ленточными конвейерами обладают рядом существенных преимуществ, главные из которых следующие [1]. Лента с грузом движется по направляющим, в результате чего исключен поперечный сход ленты и просыпь транспортируемого груза, имеется возможность обеспечить любую желобчатость ленты (при этом ширина
ленты используется наиболее полно) и малый радиус поворота конвейера в горизонтальной плоскости. В конвейере с подвесной лентой существенно уменьшены сопротивления движению ленты, что существенно снижает общую энергоемкость транспортирования и позволяет уменьшить требуемое натяжение ленты, благодаря чему повышается ресурс ленты, снижается нагрузка на натяжную и приводную станции и обеспечивается возможность установки ленты с меньшим разрывным усилием.
Причем конвейеры с подвесной лентой и опиранием на стационарные ролики по сравнению с конвейерами, оборудованными ходовыми катками, обладают дополнительными преимуществами:
• используются традиционные устройства натяжения и привода ленты;
• скорость ленты и длина конвейера могут быть такие же, как у конвейеров на роликовых опорах;
• имеется возможность отказа от ловителей ленты, так как возможность улавливания обеих ветвей оборвавшейся ленты заложена в самой конструкции конвейера;
• уменьшена трудоемкость и время проведения работ, связанных с ремонтом и стыковкой ленты и обслуживанием опорных элементов (дисковых роликов) за счет того, что эти элементы между собой конструктивно не связаны;
Рис. 1. Схема экспериментального стенда: а - поперечный разрез, б - план
• повышена безопасность конвейера за счет отсутствия поступательно движущихся по направляющим катков;
• возможность быстрого ввода конвейера в эксплуатацию за счет использования в его конструкции значительного количества стандартных элементов.
Вместе с тем, для расчета и обоснованного выбора параметров ленточных конвейеров с подвесной лентой при различных вариантах опирания бортов ленты необходимо знать профиль грузонесущей ветви ленты при различном ее заполнении транспортируемым грузом и его физикомеханических свойствах (насыпной плотности, угле естественного откоса и др.).
Для решения этой задачи на кафедре горных транспортных машин СПГГИ (ТУ) проведены соответствующие экспериментальные исследования на стенде [2], позволяющем исследовать форму лотка грузонесущей ветви ленты заданной ширины при различной желобчато-сти лотка, линейной нагрузке от транспортируемого груза и упругих свойствах ленты. Стенд (рис. 1) состоит из рамы 1, на стойках 2 и 3 которой на шарнирах 4, 5 подвешен за свои борта отрезок конвейерной ленты 6. При этом один из
шарниров (5) закреплен на ползуне 7 с возможностью его смещения своими прорезями 8 по горизонтальной направляющей 9 стойки 3 и фиксации на направляющей 9 с помощью болтов 10. На противоположном борту на стойке 2 рамы 1 - экран 12 со шкалой, градуированной в угловых единицах с возможностью фиксации пластиной-указателем 11 угла а наклона борта ленты 6 к горизонтальной плоскости.
Торцевые кромки ленты 6 свободно размещены между прозрачными вертикальными стенками 13 и 14 с возможностью примыкания к ним и размещения на ленте 6 и взаимодействия со стенками 13, 14 пробы транспортируемого груза 15. в - вес пробы транспортируемого груза, Т - поперечное натяжение ленты.
Стенд действует следующим образом. Смещением ползуна 7 и его фиксацией на направляющей 9 задается положение шарнира 5, определяющее прогиб лотка незагруженной ленты 6. С помощью пластины-указателя 11 фиксируется угол а наклона бортов ленты к горизонтальной плоскости.
100 150 200 250 300 350
Пролет x, мм
400
450
Ри
ленты при различной линеинои нагрузке
Далее на ленте 6 размещается проба транспортируемого груза 15. При этом профиль свободной поверхности груза 15 может формироваться по закону треугольника или по какой-либо другой кривой, соответствующей реальному профилю груза на движущейся ленте конвейера.
С помощью пластины-указателя 11 определяется угол а наклона бортов загруженной ленты 6 к горизонтальной плоскости. Через прозрачные вертикальные стенки 13 или 14 фик-сируется поперечный профиль ленты 6 и профиль свободной поверхности груза 15. Исследования проводятся при различных прогибах ленты 6, соответствующих выбранным положениям шарнира 5. В каждом новом положении ползун 7 после смещения его прорезей 8 по направляющей 9 фиксируется болтами 10.
Аналогичные исследования проводят для грузов 15 с различной насыпной плотностью и при различных профилях свободной поверхности груза 15. По
найденным значениям углов а и весу G груза 15 определяют поперечное натяжение T=G/(2sina) ленты 6, а по нему -коэффициент сопротивления движению ленты 6 в зависимости от принятой конструкции катковых опор конвейера с подвесной лентой. Данные о профиле ленты используются для оценки ее несущей способности при различных условиях работы.
При проведении исследований фиксировались координаты точек, определяющих поперечный профиль ленты при различных условиях ее нагружения и пролете между опорами. Для этого менялись такие параметры, как линейная нагрузка на ленту от транспортируемого груза, его профиль, расстояние между точками подвеса ленты, толщина ленты (число прокладок). Для ленты шириной 800 мм с шестью прокладками, нагруженной песком при линейной нагрузке 90 кг/м поперечный профиль выглядит следующим образом:
ми
Кривые на рис. 2 пронумерованы в сторону увеличения расстояния между точками подвеса ленты. Как видно из графиков, форма ленты в поперечном сечении при таком способе подвешивания близка к параболической, которая характерна для однородной нерастяжимой тонкой нити, подвешенной за оба конца, однако несколько от нее отличается. Это в первую очередь связано с неравномерностью нагрузки по ширине ленты при любом варианте заполнения лотка транспортируемым грузом - с плоской поверхностью или по треугольнику, высота которого определяется углом естественного откоса груза, поэтому в каждой точке на оси абсцисс нагрузка на ленту существенно различается с максимумом в середине пролета.
Для иллюстрации неравномерности воздействия веса груза на ленту была проведена серия экспериментов, в которых изменялась нагрузка на ленту - от нуля до максимально возможной при заданном пролете ленты. На графиках на рис. 3 показаны профили ленты в ее средней зоне, где наиболее четко прослеживаются отклонения профиля от исходного положения (при нулевой нагрузке). Кривая 1 описывает положение ленты без нагрузки, кривая 2 - с линейной нагрузкой 20 кг/м и плоской поверхностью груза, кривая 3 - с нагрузкой 55 кг/м и плоской поверхностью груза, кривая 4 - с нагрузкой 110 кг/м и поверхностью груза, сформиро-
ванной по треугольнику при естественном угле откоса груза.
На графиках видна существенная разница в формах поперечного сечения загруженной и незагруженной ленты. Экспериментальные данные аппроксимированы различными видами кривых, что в дальнейшем позволит использовать наиболее подходящую зависимость для расчетов несущей способности конвейера с подвесной лентой. Применение аппроксимации вызвано отсутствием удовлетворительной математической модели, описывающей профиль ленты в функции нагрузки на нее от транспортируемого груза.
В качестве базовых были выбраны зависимости вида:
X X
у1 = а(еь + ес) + С
у2 = ах2 + Ьх + с;
у3 = ах4 + Ьх3 + сх2 + дх + е;
где а, Ь, с, д, е - коэффициенты.
Для каждой из них были подобраны коэффициенты аппроксимации и произведена оценка достоверности аппроксимации. Для зависимости у1 стандартное отклонение от фактических данных составило 0,500 мм, для зависимости у2 - 0,590, для зависимости у3 - 0,957; причем расчетная погрешность измерения в данном случае составляет ±0,28 мм.
Рис. 4. Фактический профиль ленты и аппроксимирующая его кривая
График на рис. 4 иллюстрирует весьма высокую близость аппроксимирующей функции у1 к фактической кривой, формирующей профиль ленты. Таким образом, можно утверждать, что зависимость у1 среди рассмотренных является наиболее близкой к реальной кривой.
Однако для того, чтобы использовать в дальнейшем любую из рассматриваемых зависимостей, необходимо привязать ее к реальным условиям. Для этого используем следующую расчетную схему (рис. 5):
Аппроксимирующая зависимость должна будет удовлетворять следующим граничным условиям:
/(0) = 0; /(х) = Ь;
L
/’(¿/2) = 0; | ^ (X )<Сх + Б = Р,
0
где Ь - расстояние между точками подвеса ленты, м; х - линейная координата, м; /(х) - аппроксимирующая зависи-
мость; S - площадь сечения груза, расположенная выше оси абсцисс, м2.
Решение данных уравнений для различных типов зависимостей входит в задачи дальнейших исследований; на данном их этапе можно сделать следующие промежуточные выводы:
1) кривая, описывающая профиль загруженной ленты отличается от параболы;
2) профиль загруженной ленты с высокой степенью достоверности описывается зависимостью вида
X X
y = a(eb + ec ) + d;
3) Использование уточненной зависимости в расчетах позволит достоверно оценивать несущую способность конвейеров с подвесной лентой и определять усилия, действующие на ходовые катки или борта ленты (в зависимости от типа конвейера с подвесной лентой).
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тарасов Ю.Д. Перспективы использования и особенности расчета конвейеров с подвесной лентой. Известия вузов. Горный журнал, №4, 2002.
2. Пат. 2266855 (РФ). Стенд для исследования параметров конвейера с подвесной лентой / Ю.Д. Тарасов, Д.Е. Лунев - Заявл. 20.05.04, № 2004113594; Опубл. 27.12.2005; МПК В 65 О 15/00, О 01 М 19/00 - Бюл. №36.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Тарасов Ю.Д. - профессор, доктор технических наук,
Лунев Д.Е. - аспирант,
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
