CC BY
62
--------------------------------- © К.К. Мулухов, З.Н. Беслекоева,
2009
К.К. Мулухов, З.Н.Беслекоева
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЁТ КОНВЕЙЕРНОГО ПЕРЕГРУЖАТЕЛЯ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КРУПНОКУСКОВЫХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД ПРИ ОТВАЛООБРАЗОВАНИИ И РЕКУЛЬ ТИВАЦИИ КАРЬЕРОВ
Рассматриваются вопросы, связанные с проектированием и расчетом специального конвейерного оборудования для отвалообразователей и перегружателей, предназначенных для открытых разработок месторождений со скальными горными породами. Предложена конструкция высокоскоростного ленточноколесного конвейера, способного перемещать практически в полном объеме вскрышные породы в отвал без вторичного измельчения в дробильных агрегатах. Приведена уточненная методика расчета на прочность ходовых опор конвейера.
Ключевые слова: конвейерные перегружатели, скорость движения ленты, ленточно-колесный конвейер, ходовые опоры, формирование грузопотока.
Яередвижные конвейерные перегружатели, консольные отвалообразователи и транспортно-отвальные мосты являются наиболее эффективными транспортными машинами как при перемещении вскрышных пород во внутренние или внешние отвалы, так и для последующей рекультивации открытых разработок месторождений. К ленточным конвейерам таких машин предъявляются дополнительные требования.
Так, скорость движения ленты должна достигать 3—6 м/с, что позволяет уменьшить погонную нагрузку на металлоконструкцию отвалообразователя. По нормам проектирования размер наибольшего куска для ленточных конвейеров не должен превышать 300 мм. Но и при такой крупности кусков скорость конвейера приходится снижать до 1—1,5 м/с, поскольку сохранение скорости в пределах 3—6 м/с приводит к резкому сокращению срока службы конвейерной ленты.
Установка дробильных агрегатов для вторичного дробления вскрышных пород перед подачей груза на отвалообразователь существенно увеличивает затраты на отвалообразование и рекультивацию. Проблема создания перегружателей и отвалообразователей для крупнокусковых грузов может быть решена применением лен-
точно-колесного конвейера, предложенного проф. А.О. Спиваков-ским.
Особенностью конструкции специального конвейера (рис. 1, а, б) является расположение груженой ветви ленты 1 на подвижных опорах, состоящих из траверс 2, снабженных катками 3, перемещающимися по верхним 4 и нижним 5 направляющим. Траверсы соединены между собой двумя цепями 6, образующими замкнутые в вертикальной плоскости контуры при огибании концевых звездочек 7 и 8. Лента 1, приводимая в движение обычным барабанным приводом 9, увлекает за счет сил трения неприводной цепной контур с ходовыми опорами. На холостой ветви лента перемещается по обычным роликоопорам 10. Натяжение ленты осуществляется барабаном 11. На концевых участках лента поддерживается стационарными роликоопорами амортизирующего типа 12.
Учитывая необходимость применения конвейерных лент большой ширины в соответствии с крупностью кусков, скорость движения до 0,8—1,0 м-с"1 является вполне приемлемой для потребной производительности.
Как показали опытно-промышленные испытания ленточноколесного конвейера, крупность отдельных кусков скальной горной массы может достигать 1200 мм, при этом скорость движения не должна превышать 0,8 — 1,0 м-с-1 [1]. Кратковременные периоды работы с большими скоростями (до 1,5-1,7 м-с-1) сопровождались очень большими ударными нагрузками при переходе ходовых опор с верхних направляющих на нижние и наоборот, а также шумом при работе конвейера и вибрацией опорных элементов.
Исключение составляют конвейеры отвалообразователей и транспортно-отвальных мостов.
Скорость движения ленточно-колесного конвейера ограничивается в основном действием центробежной силы инерции ходовых опор на цепи при огибании концевых станций. Кроме того, при переходе с верхних направляющих на нижние и наоборот направление вращения ходовых катков изменяется на противоположное, что вызывает износ катков и начальных участков направляющих. Следует отметить и непроизводительный
Рис. 1. Ленточно-колесный конвейер: а — схема конвейера; б — сечение конвейера по став
расход энергии, связанный с торможением катков и последующим их разгоном при переходе с одних направляющих на другие. Так, например, на опытно-промышленном ленточно-колесном конвейере при диаметре катка по беговой дорожке 160 мм масса катка составила 15 кг. При скорости движения 1,5 м-с-1 частота вращения катков составит 180 об/мин, что и обусловливает существенные потери энергии.
Значительное повышение скорости движения обеспечивает модификация ленточно-колесного конвейера, в котором используются дополнительные катки, воспринимающие центробежные силы инерции ходовых опор и поддерживающие ходовые опоры на нижней ветви.
В предлагаемом ленточно-колесном конвейере верхние 1 и нижние 2 ходовые пути соединены на концевых станциях переходными участками 3 и 4, выполненными в виде полуокружности и замыкающими ходовые пути в вертикальной плоскости. Траверсы 5 снабжены дополнительными катками 6, подпружиненными и перемещающимися по внутреннему контуру ходовых путей, в то время как ходовые катки 7 обкатываются по внешнему контуру ходовых путей (рис. 2, а, б). На концевых станциях центробежная сила инерции траверс и катков воспринимается дополнительными катками 6, которые подпружинены резиновыми упругими элементами, установленными под осями дополнительных катков. Упругие элементы не только обеспечивают прижатие катков к полкам ходовых путей, но и амортизируют действие динамической центробежной силы инерции.
При огибании концевых станций контуром с ходовыми траверсами соединительный орган 9 перемещается по концевому барабану 10 (11), а дополнительные катки 6 — по переходным участкам 3, (4). Грузонесущая лента 12 огибает приводной 13 и хвостовой 14 барабаны. На холостой ветви лента поддерживается роликоопорами 15, а в пункте погрузки — роликоопорами амортизирующего типа 16. Предложенный конвейер обладает высокой степенью конструктивной преемственности по отношению к базовой модели ленточно-колесного конвейера. Действующая модель высокоскоростного ленточноколесного конвейера была изготовлена и успешно прошла испытания в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте.
Ходовые опоры по существу являются основным отличительным узлом ленточно-колесного конвейера. Форма опорных траверс может быть скругленной или трапецеидальной. Траверса скругленной формы обеспечивает более благоприятное опирание ленты с грузом и более технологична.
Ходовые катки опор могут устанавливаться как на концах траверс, так и под траверсой. Первый вариант крепления катков приводит к увеличению ширины става, но при этом он имеет такие эксплуатационные преимущества, как: свободный доступ к каткам; смазка с соединительных цепей не попадает на нижнюю ветвь ленты. Однако центр тяжести ходовой опоры в порожнем состоянии расположен ниже оси вращения катков, что создает дополнительное усилие на узел крепления цепей к траверсе при огибании кон-
цевых звездочек. Второй вариант крепления катков к траверсам позволяет уменьшить ширину и собственную массу конвейера.
Снижение собственной массы ходовой опоры приобретает особенно важное значение при установке конвейера на консольном отвалообразователе с большой длиной отвальной консоли.
а
12 5А 9 15 2А
Рис. 2. Высокоскоростной ленточный конвейер: а — схема конвейера; б — се-чеие конвейера по ставу
Рис. 3, а, б, в — расчетная схема ходовой опоры;
На рис. 3, а, б, в приведена расчетная схема ходовой опоры при полной загрузке конвейера. Траверса представляет собой кри-
вой брус малой кривизны поскольку отношение высоты сечения Н в плоскости кривизны к радиусу кривизны г существенно меньше единицы («0,2 и менее). В этом случае траверса может рассматриваться как прямой брус [2].
Площадь поперечного сечения груза состоит из площади сегмента с радиусом г и равнобедренного треугольника с углом ф, равным углу естественного откоса груза.
Элементарная нагрузка, приходящаяся на отрезок балки длиною dx, равна
dF = q (х) бх,
где q(x) = tgф• х-у/г2 - (х- Ь)2 - г;
2 = л/ г2 - Ь ;
F — грузовая площадь.
к 2
( к ^
2 , -Ь + х
-г аг^д -------------------т
г2 -(Ь - х)2
F(x) = к| q (х) бх = к ^г2 -(Ь - х)2 (Ь - х)- 2 хг
+ х2 tgф
где k — коэффициент, учитывающий нагрузку на единицу площади
(а + q )• I + G
7 \-1 гр -1л/ т
поперечного сечения груза (k =-------------------------); qгр — по-
F
гонная нагрузка на ленту от груза; qл — погонный вес ленты;
Gт — ориентировочный вес траверсы; I — расстояние между ходовыми опорами.
Выражение для изгибающего момента в текущем сечении имеет вид
х х
М (х) =- к| бх| q(x)dx + Q0 х + М0,
0 0
где Q0, М0 — постоянные интегрирования.
В инженерной практике расчет балки на изгиб при распределенной нагрузке можно существенно упростить, рассматривая нагрузку на траверсу разбив площадь сечения груза на треугольник и сегмент.
В этом случае грузовая площадь равна
х^г2 -(ь - х) -
_ 1 . ( г - Ь) 1
р‘ = з хЛ - у [х + Т“! = з
( г - Ь) х?
- у° іХі +“^1 +іт*9(р
Изгибающий момент в текущем сечении
м (х) = пАуХі - к
9 х^I2 -(Ь - х)
9і V V- -V ^-^^Іхі + — !-^9Ф
г - Ь) х? "6
3
где RAy — реакция в опоре.
при х=0
М (х) =0;
при
х = Ь /2
чґ \ ПАУ • Ь к ■ Ь2 2 Ь2 к ■ Ь ■ у0 ( 2Ь - г) к ■ Ь3 .
М (х) = -Ау-----------------------------------------------------л г-+-|-!------fgф;
2 36 \ 4 6 і 3 I 48
при х=Ь
, _ , к ■ Ь2 к ■ Ь ■ у0(2Ь + г) к ■ Ь3 .
М (х) = Я.у ■ Ь-------------г +---------^---------------------f9ф.
V ) Ау 9 9 48
Момент сопротивления коробчатого сечения М ( х)
Ч (х) =
И
Высота коробчатого сечения траверсы Н приобретает вид
H (х ) =
3 Є5±д/9 B2 52 +12 5 М/х (х) 25
Приведенный выше расчет позволяет выполнить траверсу с переменной высотой поперечного сечения, что позволит минимизировать собственную массу траверсы.
Другим серьезным фактором, ограничивающим возможность эффективного применения ленточно-колесных конвейеров,
2
является необходимость подачи крупнокусковых скальных грузов на грузонесущую ленту с минимально возможной высоты и со скоростью движения конвейера.
Загрузка высокопроизводительных ленточных конвейеров для крупнокусковых грузов может осуществляться специальным лопастным перегружателем. Известные лопастные питатели имеют тот существенный недостаток, что лопасти при своем вращении внедряются в грузопоток. При загрузке крупнокусковых скальных грузов это неизбежно влечет заклинивание отдельных кусков между лопастями и направляющим лотком. Этот недостаток не имеет описанный ниже перегружатель (рис. 4, а, б). Предлагаемый перегружатель включает лопастный барабан, состоящий из двух боковых колец 1, соединенных жестко между собой лопастями 2. Кольца 1 устанавливаются на опорных катках 3. Барабан с лопастями приводится во вращение приводом 4.
Транспортируемый груз подается подбункерным питателем 5 внутрь лопастного питателя. Груз, падая с питателя 5 между кольцами 1 и лопастями 2, проталкивается лопастями по направляющему лотку 6 на загружаемый конвейер 7. При этом лопасти барабана входят в лоток 6 и перекрывают его сечение перед тем местом лотка, на которое происходит ссыпание груза, обеспечивая тем самым предотвращение заклинивания груза между лопастями и лотком. Благодаря тому, что кромка лотка 6 установлена непосредственно над поверхностью ленты конвейера 7, груз поступает на нее с минимально возможной высоты (100-150 мм) и со скоростью, близкой к скорости движения конвейера. К достоинствам перегружателя следует отнести и то, что на нем происходит формирование грузопотока в поперечном сечении перед поступлением его на ленту конвейера.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мулухов К.К. Ленточно-колесные конвейеры. Владикавказ, «Терек»,
2000.
2. ФеодосъевВ.П. Сопротивление материалов.: М.: Наука, 1986. ЕШ
Muluhov K.K., Beslekoeva Z.N.
DESIGN AND CALCULATION OF CONVEYOR LOADER
FOR MOVING OF LARGE-SIZED OVERBURDENED ROCKS
AT DUMP FORMATION AND RECULTIVATION OF OPEN-CAST MINES
There are considered the questions connected with designing and calculation of special conveyor equipment for dump spreaders and loaders, intended for open-cast mining of deposits with rocky rocks. It is offered the design of the high-speed belt-wheel conveyor, capable to move overburdened rocks to a dump without secondary crumbling up in crushing machines practically in corpore. And it is resulted the specified method of calculation of conveyor running supports durability.
Key words: conveyor loaders, belt movement speed, belt-wheel conveyor, running support, cargo traffic formation.
Коротко об авторах
Мулухов К.К. — профессор, доктор технических наук,
Беслекоева 3.Н. — ассистент, кандидат технических наук, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)» email: skgtu@skgtu.ru
А
