CC BY
108
:::::семинар 7 :
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ: ГОРНЯКА
99” ІМІМІМІМІМІМИ .і
МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99 ______
; А.А. Кулешов; К.А.; Васильев, /І
і С.В. Голицын, 2000^ Ч
і УДК 622.643.2
і А.А. Кулешов, К.А. Васильев, С.В. Голицын
і ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ
і ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
! КАЧЕСТВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
О
боснована актуальность использования опор скольжения взамен ролико-опор для повышения эксплуатационных качеств ленточных конвейеров. Рассмотрены опоры скольжения зарубежных фирм. Приведена информация о созданной кафедрой горных транспортных машин СПГГИ (ТУ) опоры скольжения для загрузочных устройств ленточных конвейеров и результатах ее промышленных испытаний на шахте «Ворку-тинская» ОАО «Воркутауголь».
Роликоопоры являются наиболее распространенным опорным элементом для лент, применяемым в конструкциях ленточных конвейеров. В общей сумме капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с использованием ленточных конвейеров, затраты на ролики занимают второе место после затрат на конвейерную ленту. От надежности роликоопор так же, как и от их стоимостных параметров, существенно зависят показатели эксплуатационных качеств конвейеров. Основным достоинством роли-коопор является низкий коэффициент сопротивления вращению роликов, обусловленный применением для их осей подшипников качения.
Во многом это определяет малую энергоемкость процесса транспортирования ленточными конвейерами. Однако в целом эксплуатационные качества роликоопор не отвечают предъявляемым к ним требованиям. На их уровень оказывают влияние как степень совершенства конструкции
роликоопор, так и их адекватность условиям эксплуатации конвейеров. От обоих этих факторов зависит износ, как роликов, так и взаимодействующей с ними ленты конвейера. Нарушение соосности обечайки и оси роликов оказывает наибольшее влияние на срок службы ленты, вызывая ее повреждения от вибрации роликов, способствует увеличению мощности потребляемой конвейером, приводит к ускоренному износу обечайки роликов. Ролики вызывают недопустимую вибрацию конвейерного става, особенно при высоких скоростях движения ленты. Работоспособность роли-коопор снижается при отклонениях оси конвейера от строго прямолинейного ее положения в плане, а также от неудовлетворительного исполнения стыковых соединений ленты. По мере загрязнения и износа подшипниковых узлов роликоопор увеличивается сопротивление вращению роликов, и по отношению к первоначальному это увеличение может достигать 40 % [1]. Для длинных конвейеров это сопряжено со значительным увеличением мощности потребляемой на транспортирование груза. Весьма тяжелый режим работы характерен для ролико-опор и конвейерной ленты в загрузочных устройствах конвейеров, что обусловлено значительными динамическими нагрузками на ленту и роли-коопоры от загружаемого материала. При погрузке крупнокускового материала динамическая нагрузка на ро-ликоопору в месте удара куска может достигать 50-100 кН при длительности действия 0,001-0,05 с, в то время как на роликоопорах линейных сек-
ций эти нагрузки составляют в среднем 5-8 кН при длительности действия 0,05-0,2 с [2]. Высокие удельные нагрузки на ленту и ролики в узлах загрузки конвейеров, обусловленные малой площадью контакта их поверхностей, приводят к повышенному износу ленты и роликоопор. Срок службы роликоопор на линейных секциях грузовой ветви конвейеров не превышает 2 года, на холостой 2,5 года. Ро-ликоопоры загрузочных устройств конвейеров имеют срок службы 15002000 часов. За время эксплуатации конвейеров их роликоопоры обновляются от 2 до 4-5 раз.
Кафедрой горных транспортных СПГГИ (ТУ) выполнена работа по оценке эксплутационных качеств ленточных конвейеров, эксплуатируемых на шахтах ОАО «Воркута-уголь», проведенная методом анкетирования сотрудников компетентных служб шахт. Оценивая эксплутационные качества роликоопор, все респонденты, участвовавшие в опросе, указали фактический срок их службы в узлах загрузки от 1-3 до 6 месяцев, а на линейных секциях конвейеров 1-2 года.
Высокие эксплуатационные издержки на ремонт и замену ролико-опор, достигающие 30-40 % от всех затрат на обслуживание конвейера, делают проблему повышения надежности и эксплутационных качеств опорных элементов для лент конвейеров весьма актуальной.
Разнообразные конструкции роли-коопор, предложенные в настоящее время, не снижают остроту этой проблемы для всех горнодобывающих предприятий, эксплуатирующих ленточные конвейеры. Известно, что альтернативой применению роликоопор, в значительной мере устраняющей их недостатки, является опоры скольже-
Рис. 1. Загрузочное устройство с опорами скольжения фирмы «Скега»
ния. Они представляют собой обычные
металлические желоба (сплош-ные или состоящие из продольных балок) футерованные низкофрикционным материалом, с поперечным сечением идентичным поперечному сечению роликоопор. Для опор скольжения характерны отсутствие вращающихся частей, а значит и подшипниковых узлов, систем их смазки, простота конструкции и компактность. Их использование уменьшает образование пыли и просыпи в узлах загрузки конвейеров. Практически исключается сквозной пробой ленты кусками загружаемого материала. Весьма значительно снижаются удельные динамические нагрузки на ленту, вследствие существенного увеличения площади ее опорной поверхности. При этом снижаются нагрузки на металлоконструкцию конвейера, улучшаются условия обслуживания загрузочного устройства и техника безопасности. Срок службы опор скольжения зависит от износостой-
кости и толщины слоя низкофрикционного материала, и в среднем составляет не менее года.
К недостаткам опор скольжения следует отнести их повышенную энергоемкость в сравнении с ролико-опорами вследствие более высокого коэффициента трения (0,15-0,80) между лентой и опорами скольжения, который в 10-30 раз выше, чем при использовании роликоопор. Однако этот недостаток проявляется только при замене всех роликоопор конвейеров и практически не ощущается при использовании опор скольжения только в узлах загрузки. Повышенный коэффициент трения накладывает огра-
ничения на использование опор скольжения и по температурному фактору. По этой причине скорость движения ленты конвейера при полной замене роликоопор на опоры скольжения не должна превышать 2 м/с [1]. Однако при использовании опор скольжения только в узлах загрузки их температурный режим, так же как и ленты, находится в допустимых пределах. По этой причине замена роликоопор загрузочных устройств конвейеров на опоры скольжения позволяет повысить надежность их работы, улучшить эксплуатационные качества ленточных конвейеров. Особенно эффективно применение опор скольжения в загрузочных устройствах конвейеров транспортирующих кусковатые рудные материалы с повышенной насыпной плотностью.
Обычно в узлах загрузки располагаются 2-3 роликоопоры стоимостью 1000-1500 (по состоянию на 01.01.99) руб. каждая для конвейеров с шириной ленты 1200 мм. Их замена через каждые 1500-2000 ч. работы ощутимо сказывается на эксплуатационных расходах по обслуживанию конвейера.
Зарубежные фирмы, такие как «Скега» (Швеция), «Мартин» (США), «Нокия» (Финляндия) и др. выпускают опоры скольжения преимущественно для загрузочных узлов ленточных конвейеров.
Опоры скольжения фирмы «Ске-га» (рис. 1) состоят из продольных профильных балок завулканизирован-ных в слой твердой резины. На поверхность резины, контактирующую с конвейерной лентой, нанесен слой высокомолекулярного полиэтилена, обладающего низким коэффициентом трения. Полосы устанавливаются на стальной поддерживающей раме взамен роликоопор. Слой резины выполняет амортизирующую роль, погло-
щая энергию удара от загружаемого материала.
Опоры скольжения фирмы «Мартин» (рис. 2) имеют аналогичную конструкцию. Их можно устанавливать в промежутках между ролико-опорами с целью увеличения площади опорной поверхности для ленты. Это позволяет также устанавливать опоры скольжения в узлах загрузки с зазором 15-20 мм. относительно ленты для использования ее амортизирующих свойств.
В качестве низкофрикционных материалов для опор скольжения зарубежные фирмы используют полиэтилен и пропилен высокого давления, а фирма «Нокия» полиэтилен низ-кого давления. Полиэтилены обладают относительно невысоким коэффициентом трения о ленту (0,52) и сравнительно низкой стоимостью. Однако, для повышения срока службы опор скольжения, толщина слоя низкофрикционного материала (полиэтилена) составляет 10-12 Нм, а слой резиновых амортизаторов 60 мм. Это существенно удорожает стоимость изготовления опоры скольжения. Так, например, стоимость 1 м балки опоры скольжения выпускаемой фирмой «Нокия», составляет $130-150. Для замены трех роликоопор загрузочного устройства конвейера с шириной ленты 1200 мм. необходимо 9 м таких балок, и стоимость модернизации загрузочного устройства конвейера составляет порядка $1000 долларов. Высокие первоначальные затраты на установку опор скольжения, которые, естественно, окупаются в процессе использования конвейера, сдерживают использование опор скольжения промышленными предприятиями. Снижение стоимости опор скольжения и повышение их эксплуатационных качеств во многом зависит от свойств (коэффициента трения, износостойкости) и стоимостных параметров антифрикционных материалов.
Рис. 2. Опоры скольжения фирмы «Мартин»
В бывшем СССР работы в этом направлении велись в ИГТМ АН УССР [2], ВосНИГРИ [1], АН БССР [3] и рядом других организаций. Ими были предложены и испытаны такие антифрикционные материалы, как шлакоситалл [2] (коэффи-циент трения 0,49), древеснополимерные материалы [3] с коэффициентом трения 0,08-0,10. Они обладают высокой износостойкостью и низкой стоимостью. На отдельных предприятиях имеется положительный опыт использования экспериментальных образцов опор скольжения в загрузочных устройствах конвейеров [3]. Однако серийного производства элементов для опор скольжения нет ни в России, ни в странах СНГ.
В СПГГИ (ТУ) в течение ряда последних лет ведутся работы по созданию опор скольжения для загрузочных узлов отечественных конвейеров. В результате выполненных работ по хоздоговору с ОАО «Воркутауголь» кафедрой разработана конструкция опоры скольжения (рис. 3) для загрузочного устройства конвейера 1Л120, которая была изготовлена в мастерских шахты и успешно прошла промышленные испытания на конвейере 1Л120 с пропускной способностью 5000 т/сутки, установленном на магистральном конвейерном штреке г. 510 м шахты «Воркутинс-кая». Загрузочное устройство с опорами скольжения было смонтировано на конвейере взамен трех роликоопор. Длина каждой из несущих балок опор скольжения составляла 1,5 м.
Конструкция опоры скольжения, состоящая из трех шарнирно сочлененных частей, позволяла ее монтаж на конвейере без демонтажа конвейерной ленты.
Отличительной особенностью конструкции является использование в ней в качестве амортизаторов резиновых поручней от эскалаторов метрополитена, свободно одеваемых на полку двутавра № 14. На резиновых амортизаторах закреплены съемные металлические пластины с наклеенным на их поверхность слоем низкофрикционного материала толщиной 2 мм. В качестве такого материала был использован износостойкий фторопласт Ф-4К15М5, имеющий добавки дисульфида молибдена и кокса.
В отличие от обычного фторопласта, который обладает наименьшим из всех полимерных материалов коэффициентом трения о ленту (0,42), он обладает, кроме повышенной износостойкости, эластичностью близкой к резине. Предложенная конструкция по стоимости изготовления не превышала стоимости заменяемых ею роли-коопор. Этому способствовало применение сменных пластин с уменьшенным слоем антифрикционного покрытия. При промышленных испытаниях опоры скольжения только с сентября по октябрь 1996 г. по опоре скольжения было перемещено 130 тыс. т. горной массы без видимого износа фторопластового покрытия. При этом температура нагрева опоры скольжения не превышала 20оС.
Рис. 3. Загрузочное устройство с опорами скольжения конструкции СПГГИ (ТУ):
1 — несущая балка; 2 - резино-кордовый амортизатор; 3 - сменная металлическая пластина; 4 - фторопласт; 5 - конвейерная лента
Рабочий проект опоры скольжения с внесенными в него после испытаний конструктивными доработками передан для использования ОАО «Воркутауголь».
В настоящее время в развитие выполненных кафедрой работ ведутся исследования новых материалов для антифрикционного покрытия опор скольжения (ударопрочного полиэтилена, хромового пленочного покрытия). Отечественные исследования и испытания опор скольжения, зарубежный опыт их использования на ленточных конвейерах убедительно свидетельствуют об эффективности замены роликоопор на опоры скольжения и не только в узлах загрузки
конвейеров. Опоры скольжения могут быть эффективно использованы, например, для замены боковых роликов, несущих меньшую нагрузку, чем центральные ролики, по всей длине става конвейера. Конструкция таких опор скольжения, плавно переходящая в вертикальные борта конвейера, предотвращает просыпи транспортируемого груза через края ленты. При такой конструкции возможно частичное или полное перекрытие грузовой ветви конвейера щитами, прикрепленных к бортам, для понижения пылеобразования при транспортировании груза.
Эффективность использования опор скольжения и улучшения с их помощью эксплуатационных качеств конвейеров возможно только при условии их серийного производства отечественными производителями с использованием дешевых антифрикционных материалов, созданных российской промышленностью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Полунин В.Т., Гуленко Г.Н. Эксплуатация мощных ленточ- 2. Новиков Е.Е., Шпакунов И.А., Мостовой Б.И. Повышение
ных конвейеров. М., Недра, 1986. срока службы опорных элементов скольжения для грузовой ветви
ленточного конвейера. А.Н. УССР. Ин-т гнеотехн. мех. -Киев. 1991. -С. 28-33. -Рус.
Московский государственный горный университет
3. Купчинов Б.И., Немогай Н.В., Чижик Е.Ф., Кириленко В.С., 4. Conveyors in mining. Engineering and mining journal. 1987. №
Шолин М.К. Древеснополимерные опоры скольжения для ленточных 12. S 58-65.
конвейеров // Горный журнал 1988.- № 1.- С. 48-50. 5. Martin Foundations. Engineering and mining journal. 1994. № 2.
S 39.
/■
w
Кулешов Алексей Алексеевич профессор, докчор юхничсских наук, Санкч-Петербургский государственный горный институт.
Васильев К.А. — доцент, кандидат технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Голицин С.В. — горный инженер, аспирант, Санкт-Петербургский государственный гор-
ММИ И11С1И1У1.
У
