О центрировании резинотросовых конвейерных лент Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Рис. ЛСйШ\1аРабаН0В выпуклой формы: а) бочкообразный, б) с футеровкОй переменной толщины, в) бицилиндроконический

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -

2001”

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

©

Л.В. Колосов,

В.А. Ропаи,2

Д.Л. Колосов, 001

УДК 531.391+539.4:622.673

Л.В. Колосов,

Д.Л. Колосов, В.А. Ропай О ЦЕНТРИРОВАНИИ РЕЗИНОТРОСОВЫХ

КОНВЕЙЕРНЫХ ПЕНТ

Н

ецентренное движение ленты является одной из главных причин износа и расслоения бортов ленты, при этом из ленты начинают вырываться тросы значительной длины, происходит уменьшение ее ширины и перераспределение натяжений между тросами и, как следствие, значительное уменьшение ее ресурса.

В настоящее время на шахтах широко применяются ленточные конвейеры с жестким или канатным ставом и подвесными роли-коопорами. Для этих конвейеров (при наличии изгиба конвейерного става в горизонтальной плоскости) боковые смещения ленты иногда являются препятствием для нормальной эксплуатации конвейера.

Исследованию поперечного смещения ленты на конвейерном ставе посвящено большое число исследований, наиболее полная их библиография приведена в [1]. В ряде работ по разному раскрывается механизм взаимодействия ленты с геометрически неправильно расположенными опорными элементами конвейерного става, характер и величина центри-

Рис. 1 - Схема ленточного конвейера: а) - схема обводки, б) - сечение в вертикальной плоскости, в) - сечение в горизонтальной плоскости, г) - обратная роликоопора

рующих сил.

Кратко результаты этих исследований, а также анализ опыта эксплуатации, выполненный авторами, можно сформулировать в следующем виде:

1. В сложных условиях эксплуатации на угольных шахтах, возмущающие боковые усилия превышают центрирующие свойства става и для ограничения бокового схода ленты необходимы как специальные центрирующие роликоопоры, так и дефлекторные (ограничительные) ролики;

2. Несмотря на большое число предложенных конструктивных решений, эффективные конструкции центрирующих роликоопор для верхней ветви отсутствуют;

3. Одной из наиболее простых и надежных центрирующих роли-коопор для нижней ветви конвейера является «обратная» или «перевернутая» роликоопора (рис. 1г), которая хорошо зарекомендовала себя при центрировании ленты на

барабане [2];

4. Увеличение центрирующих свойств роликоопор линейной части става наиболее эффективно осуществляется путем увеличения угла наклона боковых роликов ф (рис. 1б) в вертикальной плоскости, а также поворотом боковых роликов по ходу движения ленты в горизонтальной плоскости на малый угол а = 2 - 5° (рис. 1в);

5. Наиболее опасными центрирующими факторами, вызывающими наибольшие смещения ленты, являются: нецентренная загрузка ленты, искривление конвейерного става в горизонтальной плоскости.

Рассмотрим «обратную» роли-коопору, которая в общем случае представляет двух- или трехроликовую желобчатую опору, закрепленную на нижней ветви перед барабаном (рис. 1).

Несмотря на различие подходов некоторых авторов [1,3] к определению центрирующей силы такой роликоопоры, ее величина при небольших смещениях ленты пропорциональна натяжению ленты £, смещению центрирующей опоры относительно уровня поддерживающих роликов А (рис. 1г), глубине желоба h, углу наклона боковых роликов у , обратно пропорциональна ширине ленты В и расстоянию роликоопоры от барабана 1р.

технические решения по увеличению центрирующей способности конвейерного става и «обратной» роликоопоры на нижней ветви сводятся к увеличению угла наклона боковых роликов ф на верхней и нижней ветвях, угла наклона роликов «обратной» роли-коопоры у .

Однако принудительное увеличение во всех указанных случаях глубины желоба h и угла наклона боковых роликов приводит к существенному перераспределению усилий между отдельными тросами по ширине ленты, при этом крайние тросы получают на переходном участке большие смещения, чем средние и это различие может составлять 50-100 %, что приводит к уменьшению ресурса ленты, отслоению тросов от резины из-за различия деформаций отдельных тросов.

Вследствие этого в каждом конкретном случае должна быть выполнена оценка возможной глубины желоба или изменения формы ленты.

Остановимся еще на одном забытом способе центрирования ленты конвейера, который широко используется в клиноременных передачах - это барабан бочкообразной или бицилиндроконической формы (рис. 2).

В этом случае эффективность центрирования также зависит от относительной бочкообразности С / В, т.е. чем больше отношение С / В, как и глубины обратного желоба, тем больше величина центрирующей силы, действующей на ленту. При этом, если увеличение наклона боковых роликов ф на линейной части конвейера или на «обратной» роликоопоре у приводит к перегрузке крайних тросов, то при перемотке через выпуклый барабан, наоборот, перегружены средние тросы ленты, находящиеся на большем диаметре, а средние недогружены.

Вследствие этого, совмещение в зоне барабана 2 двух механизмов центрирования с применением «обратной» роликоопоры и выпуклого шкива, приведет к уменьшению или устранению дополнительных удлинений тросов на указанном переходном участке от желобчатой формы к прямолинейной.

Кроме того, как было сказано выше, из-за отсутствия эффективных конструкций центрирующих роликоопор для верхней ветви, в сечении А-А предложить сочетание выпуклого шкива, увеличенного угла наклона боковых роликов ф, наклона боковых роликов а в горизонтальной плоскости на угол 2-5°.

Выпуклые шкивы в отечественном конвейеростроении не получили применения, возможно из-за усложнения конструкции шкива, например, бицилиндроконической формы (рис. 2в) , для которой увеличивается толщина обечайки барабана. Однако, здесь может быть предложена ступенчатая конструкция выпуклого шкива (рис. 2б), образованная двумя или несколькими слоями резиновой футеровки, наклеенной на обечайку барабана. Технология изготовления такого типа футеровки достаточно хорошо отработана.

Центрирующая способность выпуклого шкива возрастает с увеличением C / B. Оценим допустимую величину этого отношения с точки зрения перегрузки тросов при перемотке ленты через выпуклый шкив. Для определения максимально допустимого значения C / B ограничим возможную перегрузку средних тросов по отношению к среднему значению не более, чем в 2 раза, т.е. коэффициент неравномерности распределения усилий в тросах на участке перемотки примем равным

T

к = < 2, (1)

н max т —

ср

где Tmax - усилие в наиболее нагруженном тросе, ТСр - среднее

усилие в расчете на один трос ленты.

Поставим задачу выбора оптимальной формы образующей выпуклого шкива из условий:

1 kH max — 2 ; (2)

2. Форма образующей обеспечивает наибольшее значение центрирующей силы.

Для решения этой задачи была использована математическая модель напряженно-

деформированного состояния ленты на переходных участках [4]. При этом были приняты следующие допущения:

1. На дуге обхвата шкива тросы полагаются нерастяжимыми;

2. Разность длин тросов на дуге обхвата шкива представляется в виде начального удлинения тросов;

3. Форма выпуклого шкива задается в виде зависимости

У = Axn . (3)

Дифференциальные уравнения напряженно-деформированного состояния тросов ленты запишем в виде [4]:

d 2u

dx

1— а (U2 — Uj) — 0

d 2ut dx 2

— 2a(Uj+1 — 2Uj + Uj—j) — 0 ....(4)

d 2un dx2

— c(un — un—i) — 0

где а — -

GT

EF

(5)

Здесь: Му - продольное смещение сечения ¡-го троса 0=1, 2,..., п - число тросов) в направлении оси ленты х; GT - сдвиговая жесткость резиновой матрицы между тросами; Е - модуль упругости троса; F - площадь поперечного сечения металла троса.

Уравнения (4) следует интегрировать при граничных условиях:

1. При х=0 (сечение набегания

ленты н^ шкив)

Щ - Щ -1 = Аui - заданная разность удлинений двух соседних тросов;

2. При х ^ ж , Т ^ ТСр, (6)

dui

где Т = EF—- - усилие в ¡-ом

dх

тросе, ТСр - среднее усилие в

расчете на один трос.

В постановке математической модели (4-6) резинотросовую ленту из 62 тросов й= 10,6 мм для упрощения решения задачи условно заменяли лентой из 13 «обобщенных» тросов. В процессе решения варьировали отношением

С/В, а также показателем степени «п» и коэффициентом А в уравнении образующей кривой выпуклого шкива (3). При этом подбирали форму образующей, для которой выполняются условия (2). При решении задачи ленту последовательно «смещали» на 10% от ее ширины, и каждый раз вычисляли значения коэффициентов неравномерности ^ для выбранных форм образующей. Величину стабилизирующей силы Fc определяли по методике [1].

Из решения было получено, что оптимальная форма образующей из условий (2) описывается уравнением >=0,1х2 при отношении С/В=3%, т.е. форма выпуклости вполне приемлема с точки зрения технологичности ее изготовления.

Еще одним недостатком выпуклого шкива или обратной ро-ликоопоры является дополнительный износ обкладок ленты. Совмещение выпуклого шкива и обратной роликоопоры приведет к уменьшению этого отрицательного явления.

Кроме этого, если обратиться к опыту эксплуатации резинотросовых лент на магистральных конвейерах шахты «Павлоградская» ГХК «Павлоградуголь», то выбраковываются ленты, в основном не из-за износа обкладок, а из-за износа бортов ленты и вырыва крайних тросов.

Уменьшения износа обкладок ленты на выпуклом шкиве можно

1. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров. — 2-ое изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1987.

— 336 с.

2. Белостоцкий Б.Х. Анализ поперечного движения ленты на барабане // Шахтный и карьерный

транспорт. М.: Недра, 1974. -Вып. 1., с.116-122

3. Исследовательские работы по работы по расширению области применения серийных ленточных конвейеров с углами наклона до 25°. Отчет о НИР / Коммунарск. горно-металл. ин-т; Рук. работы Завгородний Е.Х. - Тема №1575;

добиться, если выпуклую форму шкива обеспечить путем применения съемной резиновой футеровки шкива.

Рассмотрим реализацию

обоснованных технических решений для магистральных ленточных конвейеров шахты «Пав-лоградская», для которых характерная схема обводки ленты представлена на рис. 1а. Для эффективного центрирования

ленты на барабанах и уменьшения ее бокового схода, следует использовать обоснованные выше следующие технические решения:

1. На нижней ветви конвейера в зоне набегания ленты на барабан (сечение Б-Б) установить «обратную» роликоопору с выпуклым шкивом или без шкива;

2. На верхней грузовой ветви в зоне набегания ленты на барабан (сечение А-А) увеличить углы наклона боковых роликов до 45°, а также выполнить наклон боковых роликов в горизонтальной плоскости на угол 5 .

В случае, если центрирующая способность конвейерного става будет недостаточна, следует применить выпуклый шкив при соотношении С/В=3 %.

В настоящее время указанные технические решения частично реализованы на магистральном ленточном конвейере 1Л100У шахты «Павлоградская».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

№ГР 81056109; Инв.№ 02828009482 — Коммунарск, 1981

- 50 с.

4. Черныш О.Н., Бельмас И.В., Сергиенко А.В. Напряженно-деформированное состояние резинотросовой ленты на поверхности выпуклого шкива // Изв. вузов. Г ор-ный журнал. - 1989, №3. -с. 97-100.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Колосов Леонид Викторович — профессор, доктор технических наук.

Колосов Дмитрий Леонидович — аспирант, Национальная горная академия Украины.

Ропай Валерий Андреевич — профессор, доктор технических наук, Национальная горная академия Украины.